量子力学有多少个原子（原子和粒子神秘世界的初学者指南）

在我们的世界里，事情通常是直截了当且合乎逻辑的。例如，汽车在静止或移动，或者一个人在行走或坐着。没有中间地带，也没有宏观层面的状态组合。

正如我们所知，量子物理学是复杂且难以理解的。

准确地说，诺贝尔奖获得者、量子物理学家理查德·费曼爵士说：“如果你认为你了解量子物理学，那你就是不了解量子物理学”。

读到这里感觉有点令人沮丧，但这并不完全正确。

我们对量子物理学有一定程度的了解，但还不完全。

从 LED 到核电站，每个设备背后都有量子力学；你周围的一切都遵循量子物理定律。

今天，我们将学习一些初级水平的量子力学，探索原子和粒子的世界。

Quantum，即拉丁语中的quanta，意思是“多少或最小”。所以量子力学是物理学的一部分，描述了我们宇宙中最微小的粒子。您已经了解了原子和亚原子粒子，例如电子、质子和中子。量子力学处理它们的工作以及它们在微观环境中的行为方式。

量子力学发展于 20 世纪初，用于解释电子、质子和其他粒子的奇怪行为。与描述物体如何在宏观世界中移动和相互作用的经典力学不同，量子力学处理粒子在可见层面上的概率行为。

经典物理学已经足以解决我们的日常问题，即从滚球到地球自转。但是，为什么需要量子物理学呢？

1900年，出现了科学家无法解释的现象。他们观察到，当光线落在金属表面时，电子就会从金属表面出来。常规物理学说，当光强度较高时，电子应该逃逸，但不会随着颜色而逃逸。量子力学通过指出光的颜色使电子逃离金属表面来解决这个问题。马克斯·普朗克给出了广为流传的普朗克常数，它表示光波以称为“量子”的微小数据包携带能量。每种颜色都有不同的波长和能量，这些波长和能量会导致电子在超过阈值能量后从金属表面脱落。

量子叠加指出，在量子水平上，粒子不存在于一种状态或另一种状态，而是存在于多种条件下。例如，在量子力学中，汽车同时移动并保持静止。量子叠加是量子力学中引人入胜的概念之一。它认为电子可以同时在两个地方，类似于上面的汽车示例。在量子水平上，电子和质子以波的形式存在。当两个波相互作用时，它们会相互叠加，形成一个新的量子态。量子叠加的概念一般通过托马斯杨进行的猫实验来理解。

量子力学的另一个令人兴奋的概念。让我们考虑两个电子波相遇并创建一个称为纠缠的链接。这意味着我们现在将有一个描述两个粒子状态的波。该波函数与两个粒子相关联。假设你需要知道另一个粒子的状况。在那种情况下，我们可以测量附加到同一波的那个，而不管它们的距离如何。当两个粒子相互连接从而它们的状态相互关联时，就会发生纠缠。为简化起见，这就像有两枚以某种方式相连的硬币，这样如果一枚正面朝上，另一枚总是反面朝上。

爱因斯坦对这个理论感到不安。如果你在这里测量其中一个粒子，你将立即知道另一个粒子是什么，即使它在数十亿年后也是如此。这驳斥了他的相对论，并表明你可以通过活在当下与未来的自己交流。

不确定性原理是量子力学的另一个激动人心的概念。该原理在学生中很有名，因为它是高中物理教学大纲的一部分。1927年诺贝尔奖获得者维尔纳海森堡给出了流行的海森堡原理。它指出，不可能立即绝对确定地知道粒子的位置和动量。你对一个属性的测量越精确，你对另一个属性的了解就越不精确。这个原理在宏观世界可以忽略，但对微观粒子却至关重要。海森堡的理论适用于那些表现出双重性质，即波粒性质的粒子。

在经典物理学中，如果粒子的能量低于势垒，则粒子无法通过势垒。但是量子力学并不是这样的；一个粒子可以穿过它不应该穿过的障碍。这些粒子存在于概率云中。粒子的位置随着每次观察而变化。因此，即使粒子没有足够的能量越过障碍，它仍有可能出现在另一侧。这种现象在现实世界中有多种应用；一种是隧道二极管。它是一种在电子设备中用于创建压控振荡器的设备。

总之，量子力学看似神秘难懂，但却是我们生活中必不可少的。它帮助我们了解宇宙中最小粒子的行为，从亚原子粒子到核聚变；一切都遵循量子力学定律。尽管如此，我们可能永远无法完全理解量子世界的复杂性，但我们可以欣赏其迷人的概念。