物质互作用，为什么桌子可以托住一个杯子？世界是设定好的，环环相扣，光速和电子电荷有关

如果量子力学不诞生，我们对这个世界的理解就是错误的。

我们曾经认为这个世界有静止的东西存在，但是实际上没有，在任何地方都找不到静止的东西。

如果我们找到了一个静止的东西，那是因为我们还没有放大它。

▍运动是物质存在的方式。

在18世纪末19世纪初的时候，欧洲不仅爆发了工业革命，还爆发了科学革命，仅仅在瑞士这样一个小小的弹丸之地，就有两大著名学府：洛桑联邦理工学院、苏黎世联邦理工学院。

有30多名最顶级的物理学家从这里诞生，包括著名的爱因斯坦。可以说欧洲主导了近代物理学的发展，最重要的物理学革命就是量子力学的诞生。

卢瑟福用阿尔法粒子轰击非常薄的金箔，发现大多数的阿尔法粒子都穿透了金箔，但是有很少一部分像碰到了一个坚硬的物体上一样产生了反弹，而且有的几乎是原路被反弹回来。

这说明原子的质量都集中在很小的一个点上，于是提出原子的太阳系模型。

但是太阳系模型无法解释原子发光现象。

玻尔把卢瑟福的模型修正为玻尔模型，认为电子在围绕原子核运行的时候，从一个能级跃升到另外一个能级就需要吸收能量，电子跳回原来能级的时候，就要释放出能量，这个释放出来的能量是以光子的形式放射出来的。

根据玻尔原子模型，电子的轨道能级接受量子力学法则的支配，不同的轨道半径对应于不同的能级，这些能级是不连续的。电子在不同的能级上来回的跳跃，就会发出不同频谱的光，这就是原子的光谱。

宇宙中的光，除了大爆炸自然产生的以外，大部分光是电子振动发出的。

▍物质互作用，为什么桌子可以托住一个杯子？

科学家在研究原子光谱的时候，发现电子辐射出的光和玻尔原子模型预言的结构不太一样。

玻尔模型比较粗，但是实际上电子发射的光谱有更精细的结构。一条谱线会分裂成多条，中间有很细的暗带。这说明原子核外电子的能级需要更加细分。

为了解释光谱的精细结构，阿诺德·索末菲修改了玻尔的模型。

玻尔的模型中，电子绕原子核做圆周运动的，索末菲的模型中，电子是绕原子核做椭圆运动的。

并且，索末菲引入了一个精细结构常数，用来说明氢原子谱线的分布。

实际上呢，索末菲的原子模型仍然是有缺陷的，原子的谱线比索莫菲的理论解释的还要精细。

最后完成这个解释的是大名鼎鼎的薛定谔，只有薛定谔方程才能够完全解释电子在原子核外的运动。

薛定谔方程是一个二阶偏微分复变方程，解是复数，复数的实数部和虚数部的平方和就代表电子的分布概率，这个分布是以电子云的形式表示的。

那么，这么说起来好像没有索末菲什么事了吧，但是并不是这样。

后来，在量子电动力学的时候，研究电子和电子之间相互作用的时候，发现索末菲提出的精细结构常数非常有用。

电子和电子之间的相互作用是通过交换虚光子产生的。这个作用力的大小和光子交换的复杂程度呈指数降低，精细结构常数就是这个指数的底数。

日常生活中几乎所有的力，都是电子和电子之间的相互作用，因为原子核是碰不到一起的，我们一个杯子放到桌子上，被桌子托住，就是因为桌子上的电子对杯子底的电子施加了作用。

▍那么，什么是精细结构常数？

精细结构常数通常用α表示，是指氢原子核外电子在第1玻尔轨道上的运行速度和光速的比值，这个值大约是1/136，计算公式为 α=e^2/(4πεcħ)。

其中e是电子电荷，ε 是真空介电常数， ħ是约化普朗克常数，c 是真空中的光速。

精细结构常数，把电子电荷和光速联系在一起。

如果光速一旦变化，那么精细结构常数就必然变化，电子和电子之间的相互作用就必然会变化，放在桌子上的杯子就可能会突然陷进桌子里面。

所以，光子不仅不能停下来，必须一直飞，而且必须以恒定的速度飞。

▍光的本质是什么？

可以说量子力学革新了人类对世界的观点，对宇宙、对生命的启迪意义，远远超过任何哲学思考。

我们的胳膊和我们的身体连在一起，但是实际上中间是有缝隙的，换句话说，我们的身体如果用量子和原子的观点来讲，就是一团一团的电子围绕着原子核，但是原子核的大小仅仅相当于一个足球场中的一个玻璃球。

如果把人身体上所有的原子核都捏在一起，大概只有一个针尖大小。

所以一个物体看起来有体积，是因为有电子在高速的围绕着原子核在运转。

原子和原子之间通过共用电子形成化学键，组成了分子。

分子和分子之间，有氢键和二硫键，就是这些键能连接着我们身体的每一个部分。

原子核拉住电子不飞，是因为有电磁力，分子之间的键能也是电磁力。

电磁力的传播粒子就是光子。

如果没有光子的运动，我们的身体就会碎成小片，整个世界就会解体，所以，世界的存在方式是运动而不是静止。

那么光的本质是什么呢？如果按照经典电磁波的解释，光是垂直振动的交变电场、磁场。

按照量子力学，光子就是一个高速运动的能量团，没有结构，只有性质。

光子的性质，在量子力学里面用量子数来表示。光子的能量量子数，就对应电磁波的电场分量，光子的频率量子数，就对应于电磁波的磁场分量。

光子和物质可以相互转化，正粒子和反粒子相遇的时候，就会转化为光子变成能量。

同样，光子也可以转化成物质。高能光子对撞可以转化为电子和正电子，如果温度更高的情况下，还可以转化为质子和反质子。

▍这个世界是设定好的，环环相扣。

物质的本质是一团模糊的能量。这块能量如果束缚在一个空间中，那我们看起来就好像是一个实体。

光的运动速度是30万公里每秒。

除此以外，还有一种粒子的运动速度也是30万公里每秒，这个粒子就是胶子。

胶子我们是看不见的，因为它在原子核中，在质子和中子中。

胶子在质子、中子内部极其小的范围内做光速运动，贡献了万物质量的95%。

就比如说，我们有一个没有质量的空盒子，我们抓住光子把它放进去，只要光子在盒壁之间不停的反弹，那么这个空盒子就具有了质量。

有一个哲学家说：存在就是被感知。

但是感知要依赖于相互作用，而物质世界很大一部分相互作用，依赖于光的运动。

光以恒定的速度传播，因为这是世界存在的本质。

在运动形式上，世界的本质是光速。在质量本质上，世界的本质是束缚在微小范围内的光速；在力的传播属性上，光速定义了电子电荷的固定值。

世界的本质是虚空，虚空中是一团一团的能量，光子就是这团能量中的一种形式，所以光子飞行不需要能量，因为它就是能量。