如果說當(dāng)今科技前沿最時(shí)髦的主題是什么?我認(rèn)為“量子”無疑是當(dāng)之無愧的。關(guān)于量子的文章、報(bào)道可以說是鋪天蓋地、數(shù)不勝數(shù)。當(dāng)然,“人工智能”也是近年來持續(xù)火熱的話題,但與量子相比,它們并不在同一維度上。前者屬于基礎(chǔ)研究,而后者則側(cè)重于應(yīng)用層面。
我們最常聽到的概念可能是量子力學(xué)、量子糾纏、量子坍縮、量子通信等。但在深入了解這些概念之前,我們首先需要明確:到底什么是量子?又有誰能清晰地解釋這個(gè)概念呢?
今天,我們就來聊一聊量子。作為一個(gè)非專業(yè)人士,我會(huì)盡量用通俗的語言來解釋“量子”這個(gè)概念?;蛟S,非專業(yè)人士更容易向非專業(yè)人員解釋清楚這種前沿概念。
在如今的信息時(shí)代,能看到這篇文章的讀者或許都聽說過“量子”一詞。有人會(huì)說:“量子不就是微觀粒子嗎?不就是電子、光子嗎?”其實(shí),這種說法并不完全正確。量子并不是具體的粒子,要想理解量子,我們必須跳出那些現(xiàn)實(shí)存在的有形具體粒子的思維框架。
我們知道,物質(zhì)是由分子、原子組成的,而原子又由質(zhì)子、中子(注:原文中的“種子”應(yīng)為“中子”)、電子等粒子構(gòu)成。如果我們再進(jìn)一步細(xì)分,現(xiàn)代物理學(xué)將所有的粒子歸納為幾十種現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為不可再分割的所謂基本粒子,除了上面提到的質(zhì)子、中子、電子之外,還有夸克等。但其中并沒有哪個(gè)微觀粒子被稱為“量子”。
因此,量子不是實(shí)物,不是有形的顆粒,而只是一種概念。通常情況下,我們不會(huì)將“量子”視為粒子,而是將其作為量子力學(xué)、量子理論、量子態(tài)、量子現(xiàn)象等概念的一種泛稱。
“量子”一詞來源于拉丁語,原意為“不可分割”,指的是物理量的不連續(xù)性。在經(jīng)典物理學(xué)中,物理量的變化可以無限細(xì)分,沒有最小值限制。就像我們?nèi)サ叵萝噹斓耐ǖ溃且粋€(gè)斜坡,高度是連續(xù)變化的,理論上這個(gè)變化值可以無限小。
但在量子力學(xué)中則不同。同樣以車庫為例,下車庫的通道不再是斜坡,而是樓梯,是一級一級的臺階。而且,這些臺階的高度不能無限小下去,而是有一個(gè)最小值,這個(gè)最小值就是普朗克常數(shù)。這就說明這個(gè)樓梯的高度被“量子化”了,不再是連續(xù)性的。
很多人認(rèn)為,有形的物體應(yīng)該能夠被無限分割。就像古人說的:“一尺之棰,日取其半,萬世不竭”。但在量子理論中,情況并非如此。物理量都有一個(gè)不可再分割的最小值,這個(gè)最小值都與普朗克常數(shù)有關(guān)。這便是量子理論研究的范疇。量子力學(xué)以及它所研究的中子、質(zhì)子、電子等基本粒子,都在普朗克常數(shù)這樣的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。