寫(xiě)了很多年技術(shù)文章，現(xiàn)在也來(lái)做做科普，另外，也讓大家體驗(yàn)下思維的真正力量。知識(shí)并不重要，重要的是駕馭知識(shí)的能力以及天馬行空的想象力！希望廣大讀者不要將本文當(dāng)成一篇普通的科普文章，而當(dāng)做進(jìn)入思維殿堂的入口。無(wú)論讀者從事哪種職業(yè)，思維，尤其是發(fā)散思維，都會(huì)對(duì)你未來(lái)的人生起到至關(guān)重要的影響。
說(shuō)在前面的話(huà)
盡管本文標(biāo)題是做一下量子物理學(xué)科普以及解釋為什么“振金”可以吸收能量，但本文所展現(xiàn)的知識(shí)關(guān)聯(lián)和聯(lián)想能力是一切科學(xué)（包括但不限于計(jì)算機(jī)、物理、化學(xué)、生物學(xué)、機(jī)械工程學(xué)）所必備的基本素養(yǎng)，只有擁有這些能力，才會(huì)在科學(xué)研究以及工作中有新的突破。不管你是程序員、還是科學(xué)家、工程師、醫(yī)生、教師，都會(huì)從這種能力中獲得力量。
本文將回答如下為什么：
- 為什么原子要不斷運(yùn)動(dòng)
- 如何得知億萬(wàn)光年外天體的大氣組成
- 為什么我們會(huì)感覺(jué)到太陽(yáng)的溫暖
- 高溫火焰為什么是藍(lán)色的
- 電子真的存在嗎
- 在量子世界中原子和電子有怎樣的關(guān)系
- 光的頻率是怎樣產(chǎn)生的
- 美國(guó)隊(duì)長(zhǎng)的盾牌為什么能那么抗揍
- “振金”為什么能吸收能量
- “振金”為什么能為瓦坎達(dá)提供能源
- “振金”在通過(guò)磁懸浮高速列車(chē)運(yùn)輸時(shí)為什么要使用聲波穩(wěn)定器才安全
- “振金”汽車(chē)為什么會(huì)被脈沖武器輕而易舉摧毀
正文
相信很多人都看過(guò)漫威旗下的各種超級(jí)英雄電影。尤其是2018年上映的幾部，如黑豹、復(fù)仇者聯(lián)盟3。
不過(guò)我在這里并不會(huì)討論電影的細(xì)節(jié)。而是將焦點(diǎn)放在《黑豹》中的虛構(gòu)國(guó)家瓦坎達(dá)中特有的金屬“振金”上。盡管漫威宇宙和《黑豹》的故事是完全虛構(gòu)的，但科幻也分為硬科幻和軟科幻，像那些什么玄幻小說(shuō)，完全胡說(shuō)八道那種，很明顯屬于軟科幻，也就是毫無(wú)科學(xué)依據(jù)，完全憑作者的想象力寫(xiě)成的。而硬科幻盡管故事情節(jié)是虛構(gòu)的，但很多高科技產(chǎn)品或武器都是以現(xiàn)實(shí)世界的科學(xué)理論為基礎(chǔ)的延伸，就拿“振金”來(lái)說(shuō)，最引人注目的特性就是可以吸收能量。那么問(wèn)題來(lái)了，“振金”也是金屬的一種，為什么可以吸收能量呢？吸收的能量跑到哪里去了，其實(shí)這個(gè)問(wèn)題完全可以用量子物理學(xué)解釋。
量子物理，聽(tīng)起來(lái)好高深的樣子，好像是只有極少數(shù)科學(xué)家才能玩的東西。其實(shí)如果你不試圖用復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式去證明假設(shè)和推導(dǎo)理論的話(huà)，還是相對(duì)好理解的，因?yàn)榱孔泳驮谖覀兩磉叀?/p>
首先要理解一下什么是量子。要將這個(gè)詞分成兩部分，一個(gè)是“量”，一個(gè)是“子”，“量”是指能量的意思，“子”是指粒子的意思。也就是說(shuō)，“量子”的意思就是“帶有能量的粒子”。
現(xiàn)在暫時(shí)將量子拋到一邊，感受一下太陽(yáng)給我們帶來(lái)的溫暖，然而這些溫暖的感覺(jué)是怎樣來(lái)的呢？ 太陽(yáng)距離地球1個(gè)天文單位（約1.5億公里），我們?cè)趺磿?huì)感覺(jué)到離得如此遙遠(yuǎn)的天體的溫度呢？
我們拿著三棱鏡折射陽(yáng)光，會(huì)看到三棱鏡將太陽(yáng)光分解成多種不同顏色的光，這就是大家再熟悉不過(guò)的七色光（赤橙黃綠青藍(lán)紫）。那么為什么會(huì)有不同顏色的光呢？其實(shí)有過(guò)一點(diǎn)點(diǎn)光學(xué)知識(shí)的同學(xué)都應(yīng)該清楚，光的顏色是由頻率決定的，頻率越高，顏色就越偏藍(lán)，頻率越低，顏色就越偏紅。頻率低到一定程度，發(fā)出來(lái)的光肉眼就看不到了，稱(chēng)為紅外線(xiàn)，頻率高到一定程度，發(fā)出來(lái)的光肉眼也看不到了，稱(chēng)為紫外線(xiàn)。而只有在一定頻率內(nèi)的光，肉眼才會(huì)看到，稱(chēng)為可見(jiàn)光，也就是三棱鏡折射出來(lái)的七色光。
其實(shí)不同物質(zhì)發(fā)出的光的頻率是不同的，所以我們會(huì)看到五彩繽紛的世界，不同物質(zhì)發(fā)出不同頻率的光的特性在天文學(xué)上有一個(gè)非常重要的應(yīng)用，就是分析億萬(wàn)光年外天體的大氣成分。由于不同物質(zhì)（包括各種氣體）會(huì)發(fā)出不同頻率的光，所以氫氣、氦氣、氧氣、氮?dú)獍l(fā)出的光的頻率是不同的，只要分析接收到的光譜，就可以很容易得知是什么物質(zhì)發(fā)出來(lái)的光，從而得知這個(gè)天體的氣體成分。
通過(guò)光學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，只能得出光的顏色和頻率的關(guān)系。但問(wèn)題又來(lái)了，為什么不同物質(zhì)可以發(fā)出不同頻率的光呢？為什么在火把面前會(huì)感受到它的溫度呢？
不管是初等化學(xué)，還是初等物理，都會(huì)講到物質(zhì)的最小單元是原子，原子由原子核和圍繞在原子核周?chē)碾娮咏M成。原子核帶正電、電子帶負(fù)電，正負(fù)抵消，所以物質(zhì)才不帶電。其實(shí)這只是表象而已。
對(duì)于剛開(kāi)始接觸物理和化學(xué)的學(xué)生，老師只會(huì)給他們講這個(gè)，因?yàn)楦呱畹睦碚摽赡芾蠋熞膊惶宄?。然而，?925年，著名物理學(xué)家海森堡就已經(jīng)給出了答案：電子并不總是存在，而只在原子相互作用下才存在的。
在1925年的一個(gè)晚上，海森堡一個(gè)人在大街上一邊散步，一邊思考高深的物理問(wèn)題（也就是本文要涉及的量子理論），在1925年，可不像現(xiàn)在半夜12點(diǎn)還燈火通明，到了晚上，基本就是漆黑一片，只有零星的路燈，周?chē)沫h(huán)境只比絕對(duì)漆黑亮一點(diǎn)。海森堡突然看到前方一個(gè)人在走路，由于路燈的作用，那個(gè)人走到的路燈下，會(huì)清楚地看到那個(gè)人，當(dāng)走到黑暗的地方，那個(gè)人就會(huì)消失，于是海森堡靈光乍現(xiàn)，意識(shí)到那個(gè)人并不是真的顯現(xiàn)或消失，只是在路燈和黑暗的作用下才會(huì)若隱若現(xiàn)，于是迅速回到辦公室，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，得到了我們前面給出的結(jié)論：電子并不總是存在，而只在原子相互作用下才存在。
那么這個(gè)結(jié)論是什么意思呢？基本的意思就是電子和科幻電影一樣，為了解釋物質(zhì)是中性的而虛構(gòu)出來(lái)的，那么物質(zhì)確實(shí)是中性的，這又怎么解釋呢？其實(shí)解釋只有一個(gè)，電子確實(shí)存在，但并不像我們想象的那樣，將原子核比作恒星，電子比作若干個(gè)行星，圍繞著原子核恒星旋轉(zhuǎn)，其實(shí)這完全是錯(cuò)誤的理解。這只是用宏觀世界的展現(xiàn)形式來(lái)理解微觀世界，量子世界與宏觀世界完全是兩回事（看過(guò)《蟻人》的同學(xué)應(yīng)該很清楚）。
確實(shí)有一股能量將原子核的能量抵消掉了，這是一堆能量包，或者稱(chēng)為量子的集合（帶有能量的粒子），現(xiàn)在的問(wèn)題是，這些能量包是如何產(chǎn)生的呢？這就要看海森堡的下半句話(huà)了：而只在原子相互作用下才存在。這里的原子相互作用是指原子之間的相互碰撞。碰撞就會(huì)產(chǎn)生能量，這些能量就是我們所說(shuō)的電子，也就是說(shuō)，電子本質(zhì)上是經(jīng)過(guò)原子（其實(shí)就是原子核）之間不斷碰撞而產(chǎn)生的能量包。而不是大多數(shù)人認(rèn)為的像玻璃球一樣真實(shí)存在的帶有維度的小顆粒。這里還有一個(gè)隱含的意思，就是為了產(chǎn)生大量的能量包（電子），組成物質(zhì)的原子必須不斷地運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)，地球上存在的所有物質(zhì)中的原子都不是靜止的，而是不斷運(yùn)動(dòng)，相互碰撞的。
當(dāng)原子之間碰撞產(chǎn)生能量包后，能量包（也可以成為量子）會(huì)沿著不同軌道運(yùn)動(dòng)，不過(guò)根據(jù)量子含有的能量大小不同，這些量子會(huì)突然跳到另外的軌道，在物理學(xué)上稱(chēng)為“量子躍遷”，量子躍遷可能會(huì)很多次，在一定時(shí)間內(nèi)，量子躍遷的次數(shù)稱(chēng)為量子躍遷的頻率。某種物質(zhì)的原子的量子躍遷頻率是固定的，而原子之間的碰撞會(huì)不斷進(jìn)行，所以量子也會(huì)不斷產(chǎn)生，就會(huì)有很多量子脫離原子，以電磁波形式向外傳播，這就是為什么我們會(huì)感覺(jué)到火把、太陽(yáng)光的溫度，因?yàn)槲覀儽幻撾x原子的量子擊中。那么每一個(gè)量子到底帶多少能量呢？我們都知道愛(ài)因斯坦的能量公式：E = mc^2。但在量子物理學(xué)中還有另外一個(gè)用于計(jì)算量子包含能量的公式：E = kv。其中k是普朗克常數(shù)，而v是一個(gè)變量，表示量子躍遷的頻率，從光學(xué)角度看，就相當(dāng)于光波的頻率。這里的光波本質(zhì)上就是量子以電磁波形式傳播，所以光本身?yè)碛胁６笮?。也就是說(shuō)，既可以用波的理論解釋?zhuān)部梢杂昧Ｗ永碚摻忉?。根?jù)這個(gè)公式，很顯然，量子躍遷的頻率越高，包含的能量越大，從宏觀表現(xiàn)看就是我們的皮膚感覺(jué)到越熱。
由于量子躍遷的宏觀表現(xiàn)就是光的頻率，量子躍遷頻率越高，光的頻率越高，也就是光的顏色越偏藍(lán)色，這樣我們就會(huì)感覺(jué)到越熱。所以溫度的高低不是由總能量決定的，而是由光的頻率（量子躍遷頻率）決定的，這也是為什么高溫的火焰都是呈現(xiàn)藍(lán)色的原因。
前面說(shuō)了一大堆，最終得到了一個(gè)理論，或稱(chēng)為一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。也就是組成任何已知的物質(zhì)的原子都是在不斷運(yùn)動(dòng)的，以便產(chǎn)生量子來(lái)抵消原子核的能量，還有就是向外不斷以電磁波形式發(fā)射能量包（量子）?，F(xiàn)在回到本文的主題“振金”上來(lái)，根據(jù)漫威宇宙的描述，“振金”的原子是完全靜止的，也就是說(shuō)，“振金”內(nèi)部是不會(huì)產(chǎn)生任何量子的。當(dāng)然，這也會(huì)帶來(lái)科學(xué)上的不嚴(yán)謹(jǐn)，如果不產(chǎn)生量子，物質(zhì)就會(huì)帶有能量，很顯然，“振金”表面上不帶任何能量，只會(huì)吸收能量。我們暫且做一個(gè)假設(shè)，“振金”的原子核也比較特殊，即使沒(méi)有量子，在一般情況下，也不會(huì)將能量釋放出來(lái)。但在高速運(yùn)動(dòng)（注意，這是一個(gè)彩蛋）或在巨大力量撞擊時(shí)，就會(huì)釋放原子核中的能量。
看過(guò)《美國(guó)隊(duì)長(zhǎng)》全系列以及《復(fù)仇者聯(lián)盟》全系列的同學(xué)應(yīng)該了解美國(guó)隊(duì)長(zhǎng)的盾牌，這不是普通的盾牌，而是用“振金”做成的盾牌，就是用這個(gè)盾牌，擋住了子彈、擋住了導(dǎo)彈、擋住了綠巨人的拳頭、擋住了雷神的錘子，甚至擋住了獲得6塊無(wú)限原石的滅霸的一記重拳。這些攻擊都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是沖擊力巨大。而“振金”的特性就是當(dāng)遇到巨大沖擊力時(shí)，原子核的能量就會(huì)釋放（根據(jù)沖擊力的大小，會(huì)釋放相應(yīng)等級(jí)的能量），但由于沖擊力同樣會(huì)產(chǎn)生巨大的能量，所以沖擊力的能量和原子核所釋放的能量正好抵消了，這也是為什么用“振金”做的盾牌幾乎可以抵御任何強(qiáng)度的能量攻擊原因。
其實(shí)“振金”還有另外一個(gè)用途，就是可以提供能源，而且是絕對(duì)清潔的能源。因?yàn)椤罢窠稹痹雍颂N(yùn)含著巨大的能量，通過(guò)某些方式可以讓其釋放，所以瓦坎達(dá)人發(fā)現(xiàn)這一特性后，科技就迅速崛起，因?yàn)槟茉词俏拿靼l(fā)展的基石，一個(gè)文明能控制的能源越多，就發(fā)展的越快，科技也會(huì)越先進(jìn)。不過(guò)當(dāng)瓦坎達(dá)人在用高速磁懸浮列車(chē)運(yùn)輸“振金”時(shí)，卻需要將“振金”穩(wěn)定，而黑豹-特查拉同父異母的妹妹蘇瑞公主想到一個(gè)辦法，用聲波穩(wěn)定器在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中穩(wěn)定“振金”。之所以要穩(wěn)定“振金”，就是因?yàn)椤罢窠稹敝械脑雍瞬还庠谑艿骄薮鬀_擊力時(shí)會(huì)釋放能量，而且在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)也會(huì)釋放能量，相信瓦坎達(dá)在以前研究“振金”時(shí)也因此出過(guò)事，死過(guò)人，所以才想到這樣一個(gè)辦法。
《黑豹》中并沒(méi)有解釋過(guò)聲波穩(wěn)定器的原理，但根據(jù)量子理論不難猜到，無(wú)外乎用以下兩種方式：
- 增強(qiáng)原子核的穩(wěn)定性，讓其在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)釋放能量。
- 讓“振金”的原子像普通物質(zhì)的原子核一樣運(yùn)動(dòng)和碰撞，產(chǎn)生足夠中和“振金”原子核釋放出的能量的量子。
不管用那種方法，聲波穩(wěn)定器會(huì)將“振金”暫時(shí)變成普通的金屬。這也就是為什么黑豹的“振金”戰(zhàn)衣在受到聲波穩(wěn)定器的影響后不能保護(hù)黑豹的原因，因?yàn)閼?zhàn)衣已經(jīng)暫時(shí)變成了由普通金屬做成的戰(zhàn)衣了。
在《黑豹》中還有一個(gè)場(chǎng)景，瓦坎達(dá)人駕駛著由“振金”做成的汽車(chē)追一些偷“振金”的賊，結(jié)果被有個(gè)家伙用從瓦坎達(dá)偷走的脈沖武器擊中了“振金”汽車(chē)，結(jié)果“振金”汽車(chē)立刻零碎了。很多漫威粉感到奇怪，“振金”盾牌甚至可以抵御滅霸的拳頭，難道區(qū)區(qū)一個(gè)脈沖槍都抵擋不了？看到有很多人解釋?zhuān)怯捎凇罢窠稹逼?chē)中參有其他普通金屬，脈沖武器就是擊中了這些普通金屬，所以才會(huì)讓“振金”汽車(chē)解體。我要說(shuō)的是，你在逗我嗎？瓦坎達(dá)的“振金”堆成山，就連燈罩都用“振金”做的，還缺汽車(chē)上的那幾塊金屬？怎會(huì)讓“振金”汽車(chē)有這么嚴(yán)重的瑕疵。
“振金”汽車(chē)被脈沖武器摧毀的原因只有一個(gè)。就是脈沖武器的原理類(lèi)似于聲波穩(wěn)定器，可以讓“振金”暫時(shí)變成普通金屬，無(wú)法吸收能量。而“振金”汽車(chē)并不像普通的汽車(chē)通過(guò)焊接和螺絲組裝在一起。而是通過(guò)“振金”零部件中蘊(yùn)含的能量通過(guò)某種方式連接在一起的，當(dāng)“振金”變成普通金屬后，無(wú)法吸收能量，這些連接就自動(dòng)失效了，而且脈沖武器應(yīng)該也會(huì)帶有一定的能量輸出。所以“振金”汽車(chē)就會(huì)四分五裂。不過(guò)“振金”汽車(chē)并沒(méi)有爆炸哦，甚至連一點(diǎn)火花都沒(méi)有。這也說(shuō)明一點(diǎn)，“振金”汽車(chē)使用的能源并不是普通汽車(chē)使用的汽油或電能，而是使用“振金”本身的能源，也就是說(shuō)，“振金”汽車(chē)本身就是一塊超級(jí)電池，這塊電池釋放出的能量也許夠這輛汽車(chē)使用10000年。估計(jì)現(xiàn)在要是有這樣的電池，特斯拉就會(huì)立刻破產(chǎn)了。
另外，《黑豹》開(kāi)始提了一下，瓦坎達(dá)的“振金"是從天而降，是一座小山大小的隕石，想一想7000萬(wàn)年前的那次天地大碰撞，造成了地球上恐龍的滅絕。而這次那么大一塊“振金"隕石從天而降，瓦坎達(dá)以及非洲其他國(guó)家竟然沒(méi)什么事，也沒(méi)出現(xiàn)大范圍的災(zāi)難，而且瓦坎達(dá)人竟然還優(yōu)哉游哉地利用起“振金"發(fā)展自己的科技，這也從側(cè)面說(shuō)明了如下3點(diǎn)：
- “振金"原子核包含的能量接近于無(wú)限大。
- “振金"隕石撞擊地面，本應(yīng)該產(chǎn)生像核彈爆炸一樣的效果，但卻沒(méi)有造成任何大量的人員死亡，原因只有一個(gè)，爆炸所產(chǎn)生的能力被“振金"隕石吸收了。
- “振金"會(huì)根據(jù)沖擊力大小決定釋放出多少能力來(lái)中和沖擊力所產(chǎn)生的能量，一顆子彈和滅霸的拳頭肯定不是一個(gè)數(shù)量級(jí)的，產(chǎn)生的能力也會(huì)不同，否則“振金"盾牌反而會(huì)傷著美國(guó)隊(duì)長(zhǎng)。
好了，本文要解釋的理論都說(shuō)完了，最后感謝漫威宇宙和瓦坎達(dá)給我們帶了的視覺(jué)盛宴、豐富的想象力以及背后的科學(xué)知識(shí)，瓦坎達(dá)萬(wàn)歲！
