“它不是具体粒子，却“构筑”起我们身处的世界”

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科学技术日报记者吴长锋

编辑在中央经济工作会议上指出，科技自立自强是促进快速发展大局的根本支撑，只有具备科学精神，把握科学规律，大力推进自主创新，才能把国家的快速发展建立在更安全、更可靠的基础上。 近年来，量子科学技术迅猛发展，促进了优质快速发展，成为保障国家安全的重要力量。

为此，本版从今天开始发表量子科技系列报道，关注量子科技的发端和快速发展。

量子力学是微观物理学所依赖的基本理论框架，在此后的一百多年中，物理学基础和应用的各个方面都取得了一个又一个的成功。 从第9章量子计算机样机的发表到说明广域量子保密通信技术在实际应用上的条件已经成熟，中国科学家这几年在量子科技行业取得了飞速的发展。

量子力学的建立使人类对世界的认识从宏观到微观深入，是近400年现代科学飞速发展史上的革命性飞跃，也是公认的上个世纪最伟大的科学发现之一。

在深入理解量子力学之前，有必要了解什么是量子吗？ 我们这个多而复杂的物理世界是如何由微观粒子制造出来的呢？

量子不是“子”，而是物理学的概念

物质是由原子构成的。 原子由原子核和电子组成。 原子核由质子和中子组成。 那么量子到底是什么粒子呢？ 和电子质子中子相比怎么样？

事实上，量子是物理学的概念，不是实物。 如果存在一个最小且不可分割的基本单位，那么它就是可量化的，其可分割的最小单位称为量化。 所以，量子不是具体的实际粒子。

例如，我们在统计人数时，可以有一个身体，两个身体，但不会出现一半的身体。 例如上楼时，人们只能上一个台阶、两个台阶，不能上一半的台阶。 所以对统计人数来说，一个身体就是量子。 要上楼梯，一个台阶就是量子。

同样，如果电子是最初在阴极射线管中发现的最小单位，那么可以说电子是阴极射线管的量子。 光子是光的量子，一束光至少需要一个光子，否则就没有光。

这些例子是物质组成的量化，另一个是物理量的量化。 如果你开的是量子汽车，你只能以5公里/小时、20公里/小时或80公里/小时的速度行驶。 这些数值之间的速度是不允许的。 换挡的时候，你突然从5公里/小时跳到20公里/小时，速度的变化是瞬间发生的，几乎感觉不到加速过程。 能量的可能值可以从连续点任意离散地确定，同时存在固定的最小值，其他值只是最小值的倍数。 这称为物理量的量化。

科学研究表明，在所有原子和分子中，电子的能量都是量子化的。 不仅是能量，电荷、磁矩、角动量等许多物理量也进行了量化。

物质组成的量化和物理量的量化证明了量化是微观世界的本质特征，因为量子力学也成为了科学家描述微观世界的基础理论。

量子力学出现后，人们把以前流传下来的牛顿力学称为经典力学。 举一个例子，可以证明“量子”和“经典”的本质区别。 经典世界的优势是物体的物理量、状态在某个时刻完全明确。 晶体管是导通还是截止，完全明确。 经典新闻是0还是1毫不含糊。

但是在量子世界，对象的物理量是未知和概率的，而且其不确定性与实验技术无关，是量子世界的本质特征，无法消除。

量子概念的提出来源于与光的相遇

量子概念的提出，始于德国科学家普朗克发现黑体辐射的不连续性无法用经典力学解释。

一般来说，完全黑色的物质吸收所有的光，但光被黑体吸收的过程不连续。 因为一开始不知道光是由光子构成的，所以黑体吸收光应该是连续的。 但实验数据表明，黑体只吸收一部分光，并不是连续的，这是人类首次发现能量量子化的特征。

这个伟大的发现打开了通往量子世界的大门，其发现者普朗克也获得了1918年的诺贝尔物理学奖。

1905年，爱因斯坦做出了三个震惊世界的重大发现:狭义相对论、布朗运动和光电效应。 光电效应被认为是人类理解量子世界道路上的第二步，爱因斯坦也获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

简单地说，光电效应是指某光子被对光敏感的物质照射时，其能量被该物质中的某电子全部吸收。 当电子吸收光子的能量后，动能很快增加，当足够的动能战胜原子核的引力时，电子就会飞出金属表面变成光电子，形成光电流。 单位时间内入射光子越多，飞散的光电子越多，光电流也越强，这种从光能变化为电能自动放电的现象叫做光电效应。