量子方向上的能量子假设存在条件下的定性分析

曾聪

（河源职业技术学院人文学院，广东 河源517000）

对于什么是量子，我们大多数人都不是很清楚。毕竟这量子物理学的概念还不是很普及，只有专业是物理相关的人士才会知道其意义。为了能更好的理解下面描述的能量子，且认识到能量子是一种粒子性的物质。这里需要对量子的概念描述一下。物理科学家是这样对量子进行定义的：一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。量子英文名称量子一词来自拉丁语quantus，意为“有多少”，代表“相当数量的某物质”。在物理学中常用到量子的概念，指一个不可分割的基本个体。通俗地说，量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元[1]。

对于量子的产生历史，我们也可以了解一下。在经典物理学中，根据能量均分定理：能量是连续变化的，可以取任意值。19世纪后期，科学家们发现很多物理现象无法用经典理论解释。当时德国物理界聚焦于黑体辐射问题的研究。1900 年左右，M·普朗克试图解决黑体辐射问题，他大胆提出量子假设，并得出了普朗克辐射定律，沿用至今。普朗克提出：像原子作为一切物质的构成单位一样，“能量子”（量子）是能量的最小单位。物体吸收或发射电磁辐射，只能以能量量子的方式进行。之后韦纳·海森堡(Werner Heisenberg)、马克斯·玻恩(Max Born)和帕斯库尔·约当(Pascual Jordan)三个人一起提出了量子力学较完整的第一个版本，矩阵力学。人们也开始认识到通过系统的方法整理可观察的光谱线来理解原子中电子的运动是不可取的[2]。埃尔温·薛定谔(Erwin Schrodinger)自己则独立提出了量子力学的第二种形式，即所谓的波动力学。在波动力学中，体系的状态用薛定谔方程的解——波函数来描述。表面上看矩阵力学和波动力学好像是互为矛盾不相容的，但实质上是用不同的形式表达了同样的意思。紧跟着是保尔·A·M·狄拉克(Paul A. M. Dirac)提出了相对论性的波动方程，这个波动方程是用来描述电子的，解释了电子的自旋并且还可以预测反物质的存在[3]。提出电磁场的描述得到了更进一步的发展，它是由狄拉克在量子方向来描述，建立了量子场论的基础。为了解释量子理论中一些明显的矛盾，玻尔从哲学上出发，提出了互补原理，互补原理对波粒二象性的现象描述显得更通俗易懂。1928 年，革命结束，量子力学的基础本质上已经建立好了。

1 微观现象与宏观现象的联系与统一

宏观现象。有了前面关于量子的阐释作铺垫，那么我们可以进入正题了。拿一个实例来说，就是我们生活中最不可或缺之一的一样东西：水。我们都知道一池水由许多滴水组成，我们肉眼观察到水是成一个大整体，并非是一粒一粒的水分子，而是一池的可以触摸到，可以感受到，可以看的到的水，这就是水的宏观现象。

微观现象。然而每一滴水都是由许多的水分子所组成，等于将水拆分成无数个水分子来想象。我们在脑海里想象一下，一池的水其实就是一池的无数个水分子聚集在那里，不停地蠕动，不停地碰撞，这就是水的微观现象。

宏观与微观的联系与统一。我们用手拍打在一池的水面上，会发现有波浪在水面上传播，这是我们宏观上观察到的现象，让我们想象一下，水浪在上下波动，将水拆成无数个水分子，你会发现有N 个水分子在上下运动着，这是所谓的微观现象。当这些无数个水分子的上下运动组合成一个美妙的波动曲线时，我们的肉眼才能够欣赏到这些美丽的波浪曲线。我们生活中一定经历过这样的事情，当水流从软管中喷射而出的时候，大部分的水是成直线运动的，只是偶尔有那么一小簇不听话的水珠脱离了群众，而相对如此大势，这些小水珠就成为孤独的个体了。可以想象到一束光波射出来，就那么一些光子会逸散出来，不跟随大众，这就是为什么光是波粒二象性。因为主光束都是由大量光子组合成的（水流），体现了波的形式，而逸散出来的光子就是（水珠）体现了光的粒子性。因此，根据普朗克定义的量子，任何物质都是可以拆分成其构成其物质性的最小单位。

2 能量子的定义与描述

能量子：能被一切高于绝对零度的物质所吸收，且自身就是能量体现的微粒子物质。能量子是所有已知物质性中最小的单位粒子，它不能长期单独存在于空间中，因为它可以被任何高于绝对零度的物质所吸收。即使我们用某种东西来存储能量，能量照样会缓慢逸散，请记住，能量子能被任何高于绝对零度的物质所吸收。

根据对能量子的定义，那么我们可以推测出太阳光照射到地球，给我们带来了光明，同时也给我们带来了温度。实质上是光子吸收了N 个能量子，之后跨越星空，虽然在星空旅行中会有无数个能量子被带离我们的太阳光束的大军，但是还是有大部分太阳光到达地球，再经过大气层与云层的吸收与削弱，最终才抵达地球地表，被地球地表的物质从光子中剥离出能量子，并将其吸收，从而获得能量。

物质吸收能量子不可能是一个或者几个几个去吸收，其吸收的能量子数取决于物质表面的量子数，因此普朗克中描述的物体吸收或发射电磁辐射是以量子的形式进行。

假设物质表面有N 个粒子，则每个粒子一次性能吸收能量子数为K，则一次性吸收的能量子总数为N*K。物质表面的粒子不会一次性吃成胖子，它会分L 次进行吸收，那么表面粒子饱和性吸收的能量子数为N*K*L 个，而且物质还会将表面吸收的能量子向里面传递。表面的饱和性吸收能量子仅仅是表面物质吸收的庞大N*K*L 个能量子，这庞大的能量子群宏观上表现出了物质是一波一波去吸收或辐射能量的，这就形成了我们发现的波动学说，从而诞生辐射频率f。

我们都知道水是从高处往低处流的，这是由高度差造成的结果。那么同样存在能量差的时候，相应会发生的事情就是能量流动，能量流动是从高能量流向低能量，最终走向能量平衡。在局部区域里，能量差不存在，则不会有能量的流动。

3 解释生活中的现象

生活中为什么黑色的车比其他车颜色的车在太阳光底下更热?根据能量子存在假设，我们能够得到这样的解释。黑色的车更容易吸收光子，那么其所吸收的光子数量会比其他颜色的车多的多。而光子携带着能量子，自然产生的能量也会较多，因此黑色车的温度会较高些。

保温瓶中的热水最终会变成冷水。我们都知道，无论保温瓶的保温效果有多么惊人，里面装的100 度的水，最后肯定会变冷，材质的不同无非造成保温的时间段不同而已。那为什么会这样呢？根据能量子理论，我们可知只要高于绝对零度以上的物质都能够吸收能量子。对于不同的保温材质，其吸收能量子的速度与容量不同，换句话来说，好的保温材质的保温瓶，吸收能量子比较慢，且与外部的能量子流动较迟钝，所以保温效果好的保温瓶能够拥有较长的保温时间段。相反，保温效果不好的保温瓶自然吸收能量子较快，且与外部能量子流动较快，造成保温时间段较短。

能量激光的射程是有限的。现代武器当中，能在极短时间里打掉敌人的空中飞行器或者是远处某物体。我们立马可以想到是能量激光武器，也只有它能够在极短时间里解决这个问题。光是可以照射到非常非常远，那我们岂不是可以让所有的武器在激光武器面前失效？事实并非如此，激光武器有一定的限程，超过了这个距离就会达不到理想的效果。为什么呢？根据能量子理论，任何高于绝对零度的物质都可以将其吸收。那么，在激光射向锁定目标的过程中，它会被空气中的物质吸收掉部分能量子，且即使击中目标如果在临界时间段里，能量子数没有累积到一定的数量也是无法摧毁目标的。这些原因都造成激光武器并非无所不能，因此激光武器是有有效射程短板制约着。

结束语

上面的描述对能量子有了概念性的阐释，对于其本质的理解是这样的，能量子是一种微小的粒子物质，可能是目前已知所有物质当中的最小单位物质性粒子，能被高于绝对零度的一切物质所吸收，不能长期单独存在于空间中。最后我提议一种实验证明来检验能量子是否存在。用一束跟太阳光束同样强度的人造光束照射，用一只凸面镜将光聚焦，观察其是否能产生同样的热量。假如太阳光聚焦的能量与人造光束聚焦的能量相差巨大，那么能量子存在假设就成立了。