【量子团队声音】微观粒子家族和量子力学（下）-智辰咨询
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科普四：
微观粒子家族和量子力学（下）
导语
本篇是“微观粒子家族和量子力学”的末篇，主要叙述电子与光子的量子特征。
电子和光子，是微观粒子家族在量子力学中最为重要和最为活跃的角色，也是量子力学研究的主要对象。
光子，则是开启量子力学新学科大门的金钥匙。
三百年前，牛顿爵士建成了他的经典力学圣殿，这在物理学史上，可是一件惊天动地的大事！
17世纪初-19世纪末之间，物理学界又陆续出了和牛顿爵士齐名的麦克斯韦尔、以及爱迪生、法拉第…..等一大批名载史册的物理大师。
物理学，发展到19世纪末期，可以说是发展到相当完美、相当成熟的程度夏业良。一切物理现象似乎都能够从相应的理论中得到满意的回答。
诺贝尔奖获得者普朗克的一位名师，柏林大学的G.基尔霍夫(1824-1887)说过这样的话："物理学已经无所作为，往后无非在已知规律的小数点后面加上几个数字而已江川美奈子。”
诺贝尔奖获得者开尔文勋爵却在物理学万里晴空中发现"两朵乌云"——“紫外灾难”及“以太之谜”，并为之忧心忡忡，正是这两朵小小的乌云，终于酿成了一场大风暴——二十世纪20~30年代，量子力学以迅雷不及掩耳之势撼动了经典物理大厦！
本篇结束之后的下一个阶段，我们将向各位阐述“量子力学的主要实验和主要原理”。量子力学博大精深，而且还在不断的探索发展之中，我们将选择已经基本公认的，并且和量子哲学观、宇宙观以及量子管理相关的内容，奉献给大家！
——量子活力场
七、什么是电子？
电子是一种带有负电的亚原子粒子，通常标记为e- 。电子带有1/2自旋（我们将在后面专门解释）。电子的反粒子是正电子，其质量、自旋、带电量大小都与电子相同，只是电量正负性与电子相反。电子与正电子会因碰撞而互相湮灭，在这过程中，创生一对以上的光子。
白色的为原子核外绕核旋转的电子
由电子与中子、质子所组成的原子，是物质的基本单位，所以电子属于亚原子范畴。
相对于中子和质子所组成的原子核，电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量的1842倍。
当原子的电子数与质子数不等时，原子会带电；称这粒子为离子。当原子得到额外的电子时，它带有负电茶树菇烧肉，叫阴离子，失去电子时，它带有正电，叫阳离子。
若物体带有的电子多于或少于原子核的电量，导致正负电量不平衡时，称该物体带静电。当正负电量平衡时，称物体的电性为电中性。
电子与质子之间的吸引力，使得电子被束缚于原子，称此电子为束缚电子。当电子脱离原子核的束缚，能够自由移动时，则改称此电子为自由电子。许多自由电子一起移动所产生的净流动现象称为电流。移动的电子会产生磁场，也会被外磁场偏转。呈加速度运动的电子会发射电磁辐射。
6、电子和量子力学的关系
前面已经说过，电子和质子、中子共同构成原子，所以它属于亚原子尺度；更重要的是，电子是带电粒子的最小单位，不可再分战神冉闵，一个电子所带负电荷量e＝1.6021892×10^(-19)库仑。任何带电体的带电量只可能是电子电荷的整数倍读孟尝君传，因此，电子的电荷量就是量子化的，人们常常会把电子称为量子，指的就是它的电荷是量子化的。
电子的运动特征与宏观物体的运动有着极大的不同----它没有确定的轨道谢尔曼将军树，只知道它在某些位置的几率，所以，电子具有量子力学的明显特征，如：波粒两象性、态叠加性、纠缠性等，是量子力学的主要研究对象。
八、什么是光子？
1、经典物理大厦的倾覆就是从定义光子开始的。1900年，马克斯.普朗克在做黑体辐射实验时，引入了一个常数作为不可再分割的最小辐射能量，即能量子，来解决维恩公式和瑞利-琼斯公式与实验结果不能完全吻合的矛盾，结果由这个普朗克公式所得出的理论数据与实验结果精确相符，即普朗克辐射定律。此定律用光谱辐射度表示。
普朗克认为：为了从理论上得出正确的辐射公式，必须假定物质辐射(或吸收)的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍，普朗克把这个最小数值叫能量子。
2、光（量）子就成为光（即电磁波）最小的能量单位，辐射频率是ν的光波能量的最小数值ε=hν(读niu音)，其中h叫做普朗克常数，普朗克常数是现代物理学中最重要的物理常数独步仙尘，它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。
1906年普朗克在《热辐射讲义》一书中,系统地总结了他的工作，为开辟探索微观物质运动规律新途径提供了重要的基础。
当然，普朗克引入最小能量子完全是在数学的推演过程中暴力狐尊，为解决理论公式曲线与实验曲线不能吻合这个矛盾。在当时的物理学界，普遍认为这只是一个数学游戏，一定可以从牛顿力学中找到解释的答案。但是爱因斯坦运用能量子的思想，成功地解释了赫兹早年发现的光电效应，由此证明了光量子的存在。
3、光子和量子力学的关系
光子的定义和发现丁微，引发了物理学的全新革命，量子力学诞生了。光的波粒两象性、相干性、退相干性、量子叠加、……都与光子有关。
后面讲述量子力学主要规则和重要实验都将讲到光子。为了不显累赘、重复，此处对光子的介绍，先讲这些。
综述：
行文至此，“微观粒子家族和量子力学”的章节就到此结束了。
我们终于明白：物质追根究底是由像电子、夸克这样的微观粒子组成的。这些小家伙像乐高积木一样组合在一起，形成了原子和分子，而原子和分子又是拼成宏观世界的“乐高积木”。
科学家们发展出来的、描述微观世界本质及其运作规律的理论叫做量子力学。量子世界的一些性质简直就像魔法让人难以想象和理解(例如，粒子可以同时出现在两个地方，粒子像波一样扩散或两个分离的粒子相互纠缠，我们对一个粒子的作用会同时影响远处的另一个粒子)，但它是目前物理学中最精确的理论，在过去近百年里经受住了严格的检验。
没有量子理论及量子技术，我们周围的许多科技产品，如电脑和智能手机里的芯片、超导体、超流体等，都是不可想象的。除了技术领域，科学家们还发现了量子力学与生命的关系，甚至下结论说：如果挖掘得深，一切事物都是量子的，没有量子力学，就不会有生命。
量子世界是诡异的傅红雪传奇，统治我们熟悉的“经典”世界的规则在微观世界基本上都失效了。只有少数几个硕果仅存，凌宝儿像能量守恒、电荷守恒等等。
所谓“经典”，是物理学家用于描述我们“日常感觉”的术语——当事物的表现不超出你日常经验的范围，我们就说它是“经典”的。
王慧中
本文作者
编辑：王文璐 谢 华 吴凯骏
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山鹰：
致力于传统企业管理者思维转型和组织数字化转型研究大连潮汐表，同济大学-自主创新工程研究院量子管理研究核心团队成员，量子管理研究和推广，十多年数字化营销和数字化运营管理经验（7年海尔集团数字化转型从业经验，5年中小企业数字化营销咨询服务经验，2年创业企业实操管理经验）。从战略（《传统企业数字化转型战略思维》）和执行（《新零售精细化运营方法论》）两个维度，助力传统企业数字化转型。
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