量子力学中的“量子”到底是什么东西？

目师

量子力学中的“量子”到底是什么东西？

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这里主要想澄清一个误解：
量子不是粒子！
量子不是粒子！
量子不是粒子！
重要的话说三遍。
没有任何一个粒子，可以被称之为「量子」。之所以引起误解，估计还是要翻译来背锅。

从最早的理论开始说吧。早期人们对于原子的认识，还停留在「行星模型」上。这个模型认为电子像行星一样，绕着原子核旋转。
但在电磁学建立之后，这个模型就暴露出了一个问题：旋转运动的电子，会在运动的同时发出电磁波，从而损失能量。能量损失了，它就会坠入原子核中。
这样的结构显然是不稳定的。但我们身边的物质都是非常稳定的。
必须有一个理论能解决这个矛盾。波尔提出了「波尔模型」，在这个模型中，他依然采取了行星的结构，但规定电子的轨道速度 x 半径需要是某一个值的整数倍。
也就是说，电子的角动量是间断的、不连续的。这样电子的能量也是不连续的。
电子会在不同的轨道上跃迁，在这个过程中，会释放、吸收光子，而这些光子的能量也是间断、不连续的。
就像一份一份的能量一样，而很多其他的物理量在量子力学中，也是不连续的、一份一份的。所以物理学家称之为「量子」。
「子」这个字，在这里只表示不连续、分立，但绝不是「粒子」的「子」。

yiyee123

这个问题其实是一个比较深的理论物理的问题，虽然很基本，但真要解释清楚不容易。通俗地来讲，“量子”指的就是物理研究中的基本能量单元。

在“电学”中，电子是基本能量单元；在“光学”中，光子是基本能量单元。基本能量单元的含义，就是不可再分割，是一份一份的能量，所以对应的数学就是离散数学、线性代数。
接下来打的比喻是高能的，请认真思考，明白了你就能透过去，看不懂就没办法了：

打个比喻，虽然我们看电影时，感觉上电影画面是连续性的，但是实际上我们的电影画面是一帧一帧地出来的。这种情形，对于你所见的世界其实也是一样的，光被你感知其实也是一份一份的。

虽然如此，我不能告诉你，下述结论是正确的：

光子等是物质的最小基本单元！

我只能告诉你：

研究光学现象时，光子是所能研究的最小能量单元！

这不可能再小了，再小就会出现数学与逻辑上的错误了！
正因如此，量子力学是反经典，反传统的。为什么呢？因为从古希腊哲学以来的主流思辨传统来看，物质一定是“无限可分”的。所以，从近代以来的经典力学传统来讲，从分子中再分出原子，从原子再分出质子、中子、电子等粒子。于是粒子到底能不能再细分就成了一个难题。
最初，普朗克在解释黑体辐射时运用经典的理论不成功，便引入了能量量子的概念，取得了成功。也就是说，他用不连续性的数学与物理解释，替代了传统的基于连续性思想而建立起来的数学与物理解释，反而成功了。
爱因斯坦在解释“光电效应”时，也是按照普朗克的这个方法，提出了“光量子”的假说，注意这不是一种传统的物质粒子概念，而是提出了光是由一份一份基本的能量单元构成的。爱因斯坦是凭这一理论得的诺贝尔奖的。
这两个人的研究方法，可以说是量子力学的基本起点，随后玻尔的哥本哈根诠释使量子力学在此基础上系统化了起来。
那么，量子的概念与粒子有什么区别呢？量子是从能量角度而言的，粒子则是传统的物质结构概念。量子不等同于粒子，量子概念能解释物质是无限可分还是不可分的悖论，而粒子概念不能。
那么物质到底是无限可分还是不可分呢？这个问题其实若简单回答为可分或不可分都会有逻辑矛盾，这是一个二律背反问题。但并不是不能解答，我们要注意，正如社会学研究中的最小单元是个体的人，不是胳膊、腿、脑袋、细胞什么之类的；生理学研究中的最小单元是基因，而不是其他；物理学研究其实也自然会有最小的基本单元，也即各种量子，对应的是各种能量特性。如果你能体会这里头的微妙之处，你其实就大致明白了什么是量子。本质上，这是一个建立在约定前提基础上的“最小”能量概念。

为什么我在这里强调约定呢？要注意，正如绝对时间与绝对空间是不存在的，所谓“最小”或“基本”这样的概念其实也不能是绝对性的，也是相对的。对我在此提出的这个观念感兴趣的研究者，不妨去查阅一下庞加莱关于数学的“约定主义”思想，我指的是这个含义。
最后再打一个比喻：量子这个概念其实很像微积分中的导数概念，它其实不是实体性的。所以，也千万不要误以为世界是由某种实际的“最小”物质组成的，这可是推理不出来的。

所以，量子力学与相对论结合的一个必然逻辑结果是：统一场论。必须建立在将这个世界看作不可分割的统一整体来看，然后在此基础上才可再进行相对性或互补性的分割，以方便数学上的运算。在我个人看来，玻尔的互补性原理其实就是相对性原理的另一种角度的表述而已。
如果你看完本篇后，觉得还是无法理解“量子”概念，没必要觉得可耻，就算了吧，别再研究这玩意，因为你没这天分，再整下去就成民科了，精神容易出问题，而且会被方舟子们戏弄的。虽然实际上UFO中文网科普里头那些与方舟子成群结队的所谓博士们来布道的科学神棍式的科普，我看也全都是一个一个的蠢货们讲的胡话，他们是“蠢货量子”。

assdsss

量子（quantum）的本意是“一份”、“一份”的意思，这个词被普朗克用来描述他为了解释黑体辐射实验曲线所引入的一份、一份的能量。

黑体辐射研究的是具有一定温度的理想物体（所谓理想指的是这类物体对光的吸收率为1）发射的电磁辐射谱，横轴是电磁波的波长，纵轴是能量密度。

黑体辐射谱。

根据经典的电磁波理论，电磁波是横波，电磁波的能量由电场强度E的平方决定，而在经典物理中电场强度E是可以连续取值的。

举个例子，我们在坐标原点放一个电量为Q的点电荷，电场强度随距离r的关系是：

由于距离r的取值是连续的，电场E的取值也肯定是连续的。换句话说，根据经典理论，电磁波具有的能量应该是连续的。


但普朗克现在说电磁波所具有的能量只能是一份、一份的，这每一份就是一个量子。

普朗克的量子就是光量子，或者干脆叫光子。后来爱因斯坦又进一步发展了量子概念，提出光量子不仅具有一份、一份的能量，还具有确定的动量，和我们平时所见的粒子（小石头子）一样。

光是粒子其实是个很古老的想法，从古希腊哲学家到牛顿都认为光是粒子。

以量子为词根，还有一些变形，最著名的有量子化，所谓量子化是说一些物理量我们一直以为它的取值是连续的，但后来发现在微观物理学中变成是一个个分立取值的了。

最著名的量子化是能量量子化，比如电子在原子中能量的取值就是量子化的，此外还有角动量量子化等。

薛定谔针对电子在原子中的运动，提出了量子力学，解释了这种量子化的行为，薛定谔版本的量子力学就是把电子的运动描述为波函数，然后针对波函数求解一个偏微分方程，薛定谔说过一句很有名的话，“所谓量子化就是求解本征值问题！”

一维方势井的本征值问题。

因为在薛定谔的量子力学里，偏微分方程的求解归结为求解一系列本征方程，因为边界条件，能量本征值等自然而然就是分立的，或量子化的。

薛定谔的这套方法后来被狄拉克推广到相对论情形，以此为基础又发展出了量子场论等等。除了薛定谔版本的量子力学外，还有海森堡的矩阵力学，费曼的路径积分，这些在物理上都是等价的。

量子场论有很多版本，比如量子电动力学，量子色动力学等等。目前量子力学的这套方法在很多领域都取得了成功，只剩一个领域还没有被量子力学描述，就是引力，因为引力实在是太弱了，要想观察到引力的量子效应，得能量特别特别高才行。

在低温，小尺寸情形下，还有许多奇特的量子行为，比如量子电导，就是电导率变成量子化的了。

弦论是把引力量子化的候选方案之一，但因为需要验证弦论的能量太高了，目前这套理论尚缺乏实验证据。

rynet

量子，最简单的理解就是“能量粒子”。
普朗克在研究黑体辐射时，发现经典理论不能解释一些现象，当他创造性打破经典物理学的能量均分定理，将以前认为能量是连续变化的变成能量是离散的，一份份的“能量子”之后，成功的解释了黑体辐射的问题。
普朗克认为“能量子"是能量的最小单位，普朗克在1900年12月14日的德国物理学学会会议中第一次发表了能量量子化数值，标志着量子力学的诞生。
其后，1905年，爱因斯坦借鉴普朗克“量子”的概念，提出了“光量子”的说法，提出光具有波动性和粒子性，从而完美的解释了光电效应。
光量子简称为光子，这么一简化，反而让人误解光子只具有粒子性了，而不是光线能量的最小单位。