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第20章 不可分割性和量子跃迁

“不可分割性”,就是指量子是最小的,不可以对量子再进行分割了。不可分割性揭示了经典物理学和数学对事物的连续性描述是错误的,或者换一种说法:经典物理学和数学只能描述事物的宏观现象,而不适用于事物的微观现象。在微观世界普朗克常数(h),是最基本的单元,不存在比普朗克尺度更小的量,取值只能取普朗克常数的整数倍,而不是能是分数。微观世界里没有分数,不允许无限细分。但是这个最小单元究竟是什么,是最小的物质粒子?是最小的一份能量?是最小的计量单位?还是最小的能级差值?各种说法不一,但好像又都很有道理的样子。

根据不确定性原理,从普朗克常数可以定出:

普朗克长度:1.6×10-33cm

普朗克时间:1×10-43s

普朗克能量和位移的乘积:6.6260693(11)×10-43J·s

但是,光子、电子是没有体积的,没有体积也就是没有长度,长度为零,这不就小于普朗克长度了吗?因此,“量子”的涵意不是物质粒子;量子除了不可分割性之外还有量子态叠加、量子纠缠态,量子干涉、衍射等等的量子特征,如果说“量子”是一个计量单位的话,那么除了不可分割性之外,一个计量单位是不可能会具有其它的量子特征的,所以说“量子”是计量单位也是不正确的;同理能级之间的差值也不可能会具有不可分割性以外的其它量子特征。因此,说“量子”是物质粒子、是计量单位、是能级差值都是对“量子”的错误解读。那么剩下来的就只有能量了,“量子”,仅指能量的、不可分割的最小单元,也就是物质做功的最小量。普朗克最初定义的也是“能量子”。至于电子、夸克、胶子等基本粒子,不可以继续分割是受到技术的限制无法分割,并不能证明它们是真的不可以再分割了。比如光子,还是可以分解为一个电子和一个正电子的。无论物质粒子是否可以无限分割,物质做功的量都不再小于普朗克常数了,不存在比普朗克常数更小的能量了。

但是由于物质与能量的同一性,物质的存在(运动)状态与能量是同一的,所以物质粒子都表现出量效应。因此,“量子”的本意是能量的、不可分割的最小单元;另外还可以代指表现为量子效应的物质粒子。故而当用“量子”的概念来指称物质粒子时,仅是对粒子的量子效应的描述,而物质粒子并非是“量子”的涵意。

由于能量是不可以任意分割的,那么从一个能量值到另一个能量值,就不存在中间的过程了,就是直接跳跃、闪现过去的。能量值之间不是连续的,而是一个级别一个级别的。所以,能层上的不同能量值就称为是“能级”。动能都是由势能转化而来的,物质做功的量是不连续的,所以,物质粒子由于做功(释放能量)或被做功(吸收能量)而发生的位移(势能转化为动能)也是不连续的、跳跃式的。物质粒子动能值变化(能级)的不连续性,就称为是“跃迁”。玻尔最早发现了原子中电子绕核运动的轨道不能是任意的,只能是按照固定的轨道绕核运动,就是因为能量的不连续性,所以不存在任意的轨道;而且电子是从一个能级跃迁到另一个能级的,当电子从高能级轨道跃迁到低能级轨道时就会放出一个光子,反之从低能级跃迁到高级就会吸收一个光子;另外电子不会掉到原子核里去,也是因为能量的不连续性,电子没有任意的运动轨道,只能在固的轨道上运动,所以电子没有掉进原子核中的概率。基于以上的发现,玻尔意识到原子的内部结构是量子化的,提出了量子化的“原子理论”。

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