量子方向上的能量子假設存在條件下的定性分析

曾聰

（河源職業技術學院人文學院，廣東 河源517000）

對于什么是量子，我們大多數人都不是很清楚。畢竟這量子物理學的概念還不是很普及，只有專業是物理相關的人士才會知道其意義。為了能更好的理解下面描述的能量子，且認識到能量子是一種粒子性的物質。這里需要對量子的概念描述一下。物理科學家是這樣對量子進行定義的：一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個物理量是量子化的，并把最小單位稱為量子。量子英文名稱量子一詞來自拉丁語quantus，意為“有多少”，代表“相當數量的某物質”。在物理學中常用到量子的概念，指一個不可分割的基本個體。通俗地說，量子是能表現出某物質或物理量特性的最小單元[1]。

對于量子的產生歷史，我們也可以了解一下。在經典物理學中，根據能量均分定理：能量是連續變化的，可以取任意值。19世紀后期，科學家們發現很多物理現象無法用經典理論解釋。當時德國物理界聚焦于黑體輻射問題的研究。1900 年左右，M·普朗克試圖解決黑體輻射問題，他大膽提出量子假設，并得出了普朗克輻射定律，沿用至今。普朗克提出：像原子作為一切物質的構成單位一樣，“能量子”（量子）是能量的最小單位。物體吸收或發射電磁輻射，只能以能量量子的方式進行。之后韋納·海森堡(Werner Heisenberg)、馬克斯·玻恩(Max Born)和帕斯庫爾·約當(Pascual Jordan)三個人一起提出了量子力學較完整的第一個版本，矩陣力學。人們也開始認識到通過系統的方法整理可觀察的光譜線來理解原子中電子的運動是不可取的[2]。埃爾溫·薛定諤(Erwin Schrodinger)自己則獨立提出了量子力學的第二種形式，即所謂的波動力學。在波動力學中，體系的狀態用薛定諤方程的解——波函數來描述。表面上看矩陣力學和波動力學好像是互為矛盾不相容的，但實質上是用不同的形式表達了同樣的意思。緊跟著是保爾·A·M·狄拉克(Paul A. M. Dirac)提出了相對論性的波動方程，這個波動方程是用來描述電子的，解釋了電子的自旋并且還可以預測反物質的存在[3]。提出電磁場的描述得到了更進一步的發展，它是由狄拉克在量子方向來描述，建立了量子場論的基礎。為了解釋量子理論中一些明顯的矛盾，玻爾從哲學上出發，提出了互補原理，互補原理對波粒二象性的現象描述顯得更通俗易懂。1928 年，革命結束，量子力學的基礎本質上已經建立好了。

1 微觀現象與宏觀現象的聯系與統一

宏觀現象。有了前面關于量子的闡釋作鋪墊，那么我們可以進入正題了。拿一個實例來說，就是我們生活中最不可或缺之一的一樣東西：水。我們都知道一池水由許多滴水組成，我們肉眼觀察到水是成一個大整體，并非是一粒一粒的水分子，而是一池的可以觸摸到，可以感受到，可以看的到的水，這就是水的宏觀現象。

微觀現象。然而每一滴水都是由許多的水分子所組成，等于將水拆分成無數個水分子來想象。我們在腦海里想象一下，一池的水其實就是一池的無數個水分子聚集在那里，不停地蠕動，不停地碰撞，這就是水的微觀現象。

宏觀與微觀的聯系與統一。我們用手拍打在一池的水面上，會發現有波浪在水面上傳播，這是我們宏觀上觀察到的現象，讓我們想象一下，水浪在上下波動，將水拆成無數個水分子，你會發現有N 個水分子在上下運動著，這是所謂的微觀現象。當這些無數個水分子的上下運動組合成一個美妙的波動曲線時，我們的肉眼才能夠欣賞到這些美麗的波浪曲線。我們生活中一定經歷過這樣的事情，當水流從軟管中噴射而出的時候，大部分的水是成直線運動的，只是偶爾有那么一小簇不聽話的水珠脫離了群眾，而相對如此大勢，這些小水珠就成為孤獨的個體了。可以想象到一束光波射出來，就那么一些光子會逸散出來，不跟隨大眾，這就是為什么光是波粒二象性。因為主光束都是由大量光子組合成的（水流），體現了波的形式，而逸散出來的光子就是（水珠）體現了光的粒子性。因此，根據普朗克定義的量子，任何物質都是可以拆分成其構成其物質性的最小單位。

2 能量子的定義與描述

能量子：能被一切高于絕對零度的物質所吸收，且自身就是能量體現的微粒子物質。能量子是所有已知物質性中最小的單位粒子，它不能長期單獨存在于空間中，因為它可以被任何高于絕對零度的物質所吸收。即使我們用某種東西來存儲能量，能量照樣會緩慢逸散，請記住，能量子能被任何高于絕對零度的物質所吸收。

根據對能量子的定義，那么我們可以推測出太陽光照射到地球，給我們帶來了光明，同時也給我們帶來了溫度。實質上是光子吸收了N 個能量子，之后跨越星空，雖然在星空旅行中會有無數個能量子被帶離我們的太陽光束的大軍，但是還是有大部分太陽光到達地球，再經過大氣層與云層的吸收與削弱，最終才抵達地球地表，被地球地表的物質從光子中剝離出能量子，并將其吸收，從而獲得能量。

物質吸收能量子不可能是一個或者幾個幾個去吸收，其吸收的能量子數取決于物質表面的量子數，因此普朗克中描述的物體吸收或發射電磁輻射是以量子的形式進行。

假設物質表面有N 個粒子，則每個粒子一次性能吸收能量子數為K，則一次性吸收的能量子總數為N*K。物質表面的粒子不會一次性吃成胖子，它會分L 次進行吸收，那么表面粒子飽和性吸收的能量子數為N*K*L 個，而且物質還會將表面吸收的能量子向里面傳遞。表面的飽和性吸收能量子僅僅是表面物質吸收的龐大N*K*L 個能量子，這龐大的能量子群宏觀上表現出了物質是一波一波去吸收或輻射能量的，這就形成了我們發現的波動學說，從而誕生輻射頻率f。

我們都知道水是從高處往低處流的，這是由高度差造成的結果。那么同樣存在能量差的時候，相應會發生的事情就是能量流動，能量流動是從高能量流向低能量，最終走向能量平衡。在局部區域里，能量差不存在，則不會有能量的流動。

3 解釋生活中的現象

生活中為什么黑色的車比其他車顏色的車在太陽光底下更熱?根據能量子存在假設，我們能夠得到這樣的解釋。黑色的車更容易吸收光子，那么其所吸收的光子數量會比其他顏色的車多的多。而光子攜帶著能量子，自然產生的能量也會較多，因此黑色車的溫度會較高些。

保溫瓶中的熱水最終會變成冷水。我們都知道，無論保溫瓶的保溫效果有多么驚人，里面裝的100 度的水，最后肯定會變冷，材質的不同無非造成保溫的時間段不同而已。那為什么會這樣呢？根據能量子理論，我們可知只要高于絕對零度以上的物質都能夠吸收能量子。對于不同的保溫材質，其吸收能量子的速度與容量不同，換句話來說，好的保溫材質的保溫瓶，吸收能量子比較慢，且與外部的能量子流動較遲鈍，所以保溫效果好的保溫瓶能夠擁有較長的保溫時間段。相反，保溫效果不好的保溫瓶自然吸收能量子較快，且與外部能量子流動較快，造成保溫時間段較短。

能量激光的射程是有限的。現代武器當中，能在極短時間里打掉敵人的空中飛行器或者是遠處某物體。我們立馬可以想到是能量激光武器，也只有它能夠在極短時間里解決這個問題。光是可以照射到非常非常遠，那我們豈不是可以讓所有的武器在激光武器面前失效？事實并非如此，激光武器有一定的限程，超過了這個距離就會達不到理想的效果。為什么呢？根據能量子理論，任何高于絕對零度的物質都可以將其吸收。那么，在激光射向鎖定目標的過程中，它會被空氣中的物質吸收掉部分能量子，且即使擊中目標如果在臨界時間段里，能量子數沒有累積到一定的數量也是無法摧毀目標的。這些原因都造成激光武器并非無所不能，因此激光武器是有有效射程短板制約著。

結束語

上面的描述對能量子有了概念性的闡釋，對于其本質的理解是這樣的，能量子是一種微小的粒子物質，可能是目前已知所有物質當中的最小單位物質性粒子，能被高于絕對零度的一切物質所吸收，不能長期單獨存在于空間中。最后我提議一種實驗證明來檢驗能量子是否存在。用一束跟太陽光束同樣強度的人造光束照射，用一只凸面鏡將光聚焦，觀察其是否能產生同樣的熱量。假如太陽光聚焦的能量與人造光束聚焦的能量相差巨大，那么能量子存在假設就成立了。