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科普二：
微观粒子家族和量子力学（上）
导论
《量子活力场》这个公众号的宗旨，是为量子管理这个新领域的研究、实践、传播推广助力，努力办成一个专业可靠的、开放融合的、有温度的沟通交流平台。
在学术上我们倡导质疑精神，在共同探讨交流中方能促进发展。
近期，本公众号会用相当的篇幅，和大家一起在量子力学基本知识上达成某些共识，这就是我们的“量子力学科普”栏目，本篇就属此类文章之一。
为什么需要学习量子力学的基础知识呢？这是因为量子力学这门学科，甚至对物理学家来说都不是那么容易理解和达成一致的，对一般人群而言更是知之不详。
但量子时代已来，量子管理必然引发管理变革，所以储备一些量子力学的知识就成为必须。
生物学和量子力学的结合，使生物学从一门描述性学科转变为解释性学科，从一门定性学科转变为定量学科，意义十分重大。
量子力学和管理学的渗透结合，也一定会结出丰硕的新果实。
本文主题内容阐述的是：什么是微观粒子；在微观粒子家族中哪些属于量子力学研究的范畴，那些则不属于，其判断条件又是什么？
对微观粒子的描述可有多个侧面，我们目前以“亚原子尺度”（比原子小）作为辨识标准。
微观粒子的数量繁多，我们只选择量子管理研究者可能需要了解的有限种类加以阐述，如：光子、电子等。
——量子活力场
一、什么是分子？
1、物理化学术语：分子是物质中能够独立存在并保持该物质物理化学特性的最小单元，分子由原子构成。
原子通过一定的作用力，以一定的次序和排列方式结合成分子。以水分子为例，将水不断分离下去，直至不破坏水的特性，这时出现的最小单元是由两个氢原子和一个氧原子构成的一个水分子(H2O)。一个水分子当然还可用电解法或其他方法再分为两个氢原子和一个氧原子，但这时它们的特性已和水完全不同了。
水分子
2、分子的特性
1）一切构成物质的分子都在永不停息地做无规则的运动（振动）。温度越高，分子扩散越快，固、液、气中，气体扩散最快。由于分子的运动跟温度有关，所以这种运动叫做分子的热运动。例如:天气热时衣服容易晒干
2）一般分子直径的数量级为10^-10m。
3）同种物质的分子性质相同，不同种物质的分子性质不同。
4）分子很小，分子由原子构成，原子通过化学键结合成分子，分子有一定的体积和质量，是实物粒子（即可以构成物质的粒子）。
5）分子的物理和化学性质不仅取决于组成原子的种类和数目，更取决于分子的结构。
3. 分子和量子力学是什么关系？
量子力学研究的是亚原子尺度的微观粒子（比原子的尺寸更小、更微观的粒子，比如：电子、光子等）。分子是由原子构成的，尺度比原子还大（有些分子的尺度，如高分子，其尺度比原子大很多很多），所以，分子是经典物理学中的分子物理学研究范畴，不属于量子力学的研究范畴。
二、什么是原子？
1、原子指化学反应中不可再分的基本微粒，即原子在化学反应中不可分割。
2、原子在物理状态中可以分割。原子由原子核和绕核运动的电子组成。
氦原子
原子核由中子、质子组成，中子和质子紧密地结合在原子核内，而质量更轻的电子则绕着原子核高速运动。
原子构成的一般物质的最小单位，称为元素。已知的元素有118种，因此具有核式结构。
3、原子直径的数量级大约是10⁻¹⁰m。原子的质量极小，一般为-27次幂，质量主要集中在质子和中子上。原子核外分布着电子，电子跃迁产生光谱，原子中电子的数目决定了一个元素的化学性质，并且对原子的磁性有着很大的影响。
所有质子数相同的原子组成元素，每种元素大多有一种不稳定的同位素，可以进行放射性衰变。
4、原子是物质的一个层次。原子也可以被称为 微粒、粒子等等。但是随着科学的发展，正如众所周知的一样，原子并非构成物质的最小单元。存在着比原子更小的粒子，它们属于“亚原子”范畴。
原子最早是哲学上具有本体论意义的抽象概念，随着人类认识进步，原子逐渐从抽象的概念逐渐成为科学的理论。原子核以及电子属于微观粒子，构成原子。
原子:可以视为全能量载体，对光子、热、电子具有逻辑作用。
5、原子和量子力学的关系
研究原子的物理学称为“原子物理学”，它属于经典物理学范畴；量子力学研究的是亚原子尺度的微观粒子（比原子尺度小的微观粒子），例如:电子、中子、质子、介子、夸克、胶子、光子等等。因此原子也不属于量子力学研究的范畴。
三、什么是质子？
1、质子是一种带有正电荷的微观粒子，直径约 1.6 ~1.7×10^−15 m ，大约是电子质量的1836.5倍。质子属于重子类，它有内部结构，还继续可分：质子由两个上夸克和一个下夸克通过胶子在强相互作用下构成，所以，质子不具备量子不可分性的特征。
2、原子核中质子数目决定其化学性质和它属于何种化学元素。比如：最常见的氢原子的原子核由一个质子构成。其它原子的原子核则由质子和中子在强相互作用下构成。
3、至今为止质子被认为是一种稳定的、不衰变的粒子。但也有理论认为质子可能衰变，只不过其寿命非常长。到今天为止物理学家没有能够获得任何可能理解为质子衰变的实验数据。
4、质子和量子力学的关系
质子属于亚原子尺度的微观粒子，因此，应该属于量子力学研究的范畴；但是它又有内部结构，它由两个上夸克和一个下夸克微粒组成。所以，我们不说质子有可量子化的特征。
但是，它又经常表现出量子化行为，最典型的及最多的是：量子隧穿，就像中国古代的崂山道士能穿墙而过，质子可以无障碍地穿越能量壁垒，在量子力学中具有重要作用。
量子隧穿示意图
崂山道士穿墙术
（未完待续）
附注：
以上三种粒子虽然属于微观粒子家族，但由于多种原因，却不是量子力学研究的对象，虽然某些时候它们会有某些量子行为（如质子的量子隧穿）。我们希望通过这些知识的学习和普及，让读者更为清晰地了解：量子力学研究的主要对象，以及量子力学的重要实验和规则。
王慧中
本文作者
编辑：王文璐 谢 华 吴凯骏
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