跟胖哥學物理 量子和物理模型
量子一詞來自拉丁語quantus，意為“有多少”，代表“相當數量的某物質”。自從普朗克提出量子這一概念以來，經愛因斯坦、玻爾、德布羅意、海森伯、薛定諤、狄拉克、玻恩等人的完善，在20世紀的前半期，初步建立了完整的量子力學理論。
量子是物理學中一種模型，通俗地說，量子是能表現出某物質或物理量特性的最小單元。
所謂物理模型，是人們為了研究物理問題的方便和探討物理事物的本身而對研究物件所作的一種簡化描述，是以觀察和實驗為基礎，採用理想化的辦法所創造的，能再現事物本質和內在特性的一種簡化模型。
實際物體在某些特定條件下往往可抽象為理想的研究物件，即物理物件模型。物理中常見物理物件的理想模型有：質點、剛體、彈性體、理想流體、彈簧振子、單擺、點電荷、試驗電荷、無限大平板、點磁荷、純電阻（純電容、純電感）、光線、薄透鏡、點光源、絕對黑體、湯姆遜模型、盧瑟福模型等。如研究豎直放置在光滑圓弧形軌道上的物體作小幅度運動時就可以把它等效為單擺模型處理，研究長距離火車的平均速度可以把火車看成一個沒有長度的質點。
物理學是一門自然學科基礎學科，因為我們很多時間就是把物理現象構建成一種物理模型，這個從思維角度，就是一種物理建模。在中學物理中，我們把它叫做理想化方法。
理想化方法是科學抽象的一種形式。指建立理想模型和設計理想實驗。理想模型是為了便於研究而建立的一種高度抽象的理想客體，如“理想固體”、“理想流體”、“理想氣體”等。理想模型，作為抽象思維的結果，是以客觀存在為原型的，是對客觀事物的一種反映。它突出地反映了客觀事物的某一特性，完全地忽略了其他方面的特性。理想模型在科學研究中的意義在於可以使事物的規律具有比較簡單的形式，從而便於人們去認識和掌握它們。理想實驗亦稱思想實驗，是人們在思想中塑造的理想過程，是一種邏輯推理的思維過程。它在科學實驗的基礎上，進一步揭示客觀物件和過程之間的內在的邏輯聯絡，並由此得出結論。
我們來看看量子這種物理模型建立過程，你可以初步懂得理想化方法是如何幫助物理學界來形成物理概念的。
19世紀後期，科學家們發現很多物理現象無法用經典理論解釋。因為按照牛頓物理學觀點，能量是均勻分佈的。但是這一理論在德國物理界研究黑體輻射問題的研究時遇到了挑戰。1900年左右，M·普朗克試圖解決黑體輻射問題，他大膽提出量子假設，並得出了普朗克輻射定律，沿用至今。普朗克提出：像原子作為一切物質的構成單位一樣，“能量子”（量子）是能量的最小單位。物體吸收或發射電磁輻射，只能以能量量子的方式進行。普朗克在1900年12月14日的德國物理學學會會議中第一次發表能量量子化數值、一個分子摩爾（mol）的數值及基本電荷等。其數值比以前更準確，提出的理論也成功解決了黑體輻射的問題，標誌著量子力學的誕生。
1905年，德國物理學家愛因斯坦把量子概念引進光的傳播過程，提出“光量子”（光子）的概念，並提出光同時具有波動和粒子的性質，即光的“波粒二象性”。
20世紀20年代，法國物理學家德布羅意提出“物質波”概念，即一切物質粒子均具備波粒二象性；德國物理學家海森伯等人建立了量子矩陣力學；奧地利物理學家薛定諤建立了量子波動力學。量子理論的發展進入了量子力學階段。
1928年，英國物理學家狄拉克完成了矩陣力學和波動力學之間的數學等價證明，對量子力學理論進行了系統的總結，並將兩大理論體系——相對論和量子力學成功地結合起來，揭開了量子場論的序幕。量子理論是現代物理學的兩大基石之一，從微觀層面理解宏觀現象提供了理論基礎。
因為，量子作為一個物理量如果有最小的單元而不可連續的分割，把這個物理量分割至不可分割，就可以把這個最小的單元稱為量子。所以光子是量子一種形式。從目前來看，物理學量子力學中的基本粒子就是構成物質的最基本的單元。根據作用力的不同,粒子分為強子、輕子和傳播子三大類。
1、強子就是是所有參與強力作用的粒子的總稱。它們由夸克組成，已發現的夸克有五種,它們是：上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克和底夸克.理論預言還有第六種夸克存在,已命名為頂夸克,但目前尚未發現。現有粒子中絕大部分是強子,質子、中子、π介子等都屬於強子.輕子就是隻參與弱力、電磁力和引力作用,而不參與強相互作用的粒子的總稱；
2、輕子共有六種,包括電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子.電子、μ子和τ子是帶電的,所有的中微子都不帶電；τ子是1975年發現的重要粒子,不參與強作用,屬於輕子,但是它的質量很重,是電子的3600倍,質子的1.8倍,因此又叫重輕子；
3、傳播子也屬於基本粒子.傳遞強作用的膠子共有8種,1979年在三噴注現象中被間接發現,它們可以組成膠子球,但至今尚未被直接觀測到.傳遞弱作用的W+,W-和Z0.中間玻色子是1983年發現的,非常重,是質子的80一90倍。
作為模型量子具有：微粒子特性和高頻共振能量波特性：
量子微粒子特性：科學上對量子的定義是一個物質所能分割到的最小單位，就拿人體來說，構成方式是人體--組織--器官--細胞--細胞核--DNA--分子--原子--......--量子。如果把人體比作地球，量子就是地球草葉上的一滴露水。
量子高頻共振特性：每個物質都具有自己獨有的振動頻率，量子作為物質最小的微粒子也不例外。在現代科學研究中發現，量子可以產生每秒鐘高達上億次的振動，這種高頻共振可以形成能量波和能量場，對於現代醫學研究很有促進意義；波的存在讓我們的生活變得更加豐富，我們看不見手機訊號它卻可以為我們傳遞聲音；看不見有線電視的訊號它卻可以為我們傳遞影像；看不見微波爐的波它卻可以為我們加熱食物。同樣，量子也具備這樣波的特性，透過自身的高頻共振產生和傳遞能量。
總之，量子是一個物理模型，不是單一指那種粒子。一個模型，一個物體或者物理過程滿足一個模型條件，我們就可以抽象這種模型。同學要學會理想化方法，能把物理問題，抓住本質，抽象出物理模型來，這一個就是物理建模，這種能力，是科學素養一種最高追求，我們在學習中一定要重視它。
2018年9月23日於宜昌市尚書巷弄石齋
跟胖哥學物理 量子和物理模型
量子一詞來自拉丁語quantus，意為“有多少”，代表“相當數量的某物質”。自從普朗克提出量子這一概念以來，經愛因斯坦、玻爾、德布羅意、海森伯、薛定諤、狄拉克、玻恩等人的完善，在20世紀的前半期，初步建立了完整的量子力學理論。
量子是物理學中一種模型，通俗地說，量子是能表現出某物質或物理量特性的最小單元。
所謂物理模型，是人們為了研究物理問題的方便和探討物理事物的本身而對研究物件所作的一種簡化描述，是以觀察和實驗為基礎，採用理想化的辦法所創造的，能再現事物本質和內在特性的一種簡化模型。
實際物體在某些特定條件下往往可抽象為理想的研究物件，即物理物件模型。物理中常見物理物件的理想模型有：質點、剛體、彈性體、理想流體、彈簧振子、單擺、點電荷、試驗電荷、無限大平板、點磁荷、純電阻（純電容、純電感）、光線、薄透鏡、點光源、絕對黑體、湯姆遜模型、盧瑟福模型等。如研究豎直放置在光滑圓弧形軌道上的物體作小幅度運動時就可以把它等效為單擺模型處理，研究長距離火車的平均速度可以把火車看成一個沒有長度的質點。
物理學是一門自然學科基礎學科，因為我們很多時間就是把物理現象構建成一種物理模型，這個從思維角度，就是一種物理建模。在中學物理中，我們把它叫做理想化方法。
理想化方法是科學抽象的一種形式。指建立理想模型和設計理想實驗。理想模型是為了便於研究而建立的一種高度抽象的理想客體，如“理想固體”、“理想流體”、“理想氣體”等。理想模型，作為抽象思維的結果，是以客觀存在為原型的，是對客觀事物的一種反映。它突出地反映了客觀事物的某一特性，完全地忽略了其他方面的特性。理想模型在科學研究中的意義在於可以使事物的規律具有比較簡單的形式，從而便於人們去認識和掌握它們。理想實驗亦稱思想實驗，是人們在思想中塑造的理想過程，是一種邏輯推理的思維過程。它在科學實驗的基礎上，進一步揭示客觀物件和過程之間的內在的邏輯聯絡，並由此得出結論。
我們來看看量子這種物理模型建立過程，你可以初步懂得理想化方法是如何幫助物理學界來形成物理概念的。
19世紀後期，科學家們發現很多物理現象無法用經典理論解釋。因為按照牛頓物理學觀點，能量是均勻分佈的。但是這一理論在德國物理界研究黑體輻射問題的研究時遇到了挑戰。1900年左右，M·普朗克試圖解決黑體輻射問題，他大膽提出量子假設，並得出了普朗克輻射定律，沿用至今。普朗克提出：像原子作為一切物質的構成單位一樣，“能量子”（量子）是能量的最小單位。物體吸收或發射電磁輻射，只能以能量量子的方式進行。普朗克在1900年12月14日的德國物理學學會會議中第一次發表能量量子化數值、一個分子摩爾（mol）的數值及基本電荷等。其數值比以前更準確，提出的理論也成功解決了黑體輻射的問題，標誌著量子力學的誕生。
1905年，德國物理學家愛因斯坦把量子概念引進光的傳播過程，提出“光量子”（光子）的概念，並提出光同時具有波動和粒子的性質，即光的“波粒二象性”。
20世紀20年代，法國物理學家德布羅意提出“物質波”概念，即一切物質粒子均具備波粒二象性；德國物理學家海森伯等人建立了量子矩陣力學；奧地利物理學家薛定諤建立了量子波動力學。量子理論的發展進入了量子力學階段。
1928年，英國物理學家狄拉克完成了矩陣力學和波動力學之間的數學等價證明，對量子力學理論進行了系統的總結，並將兩大理論體系——相對論和量子力學成功地結合起來，揭開了量子場論的序幕。量子理論是現代物理學的兩大基石之一，從微觀層面理解宏觀現象提供了理論基礎。
因為，量子作為一個物理量如果有最小的單元而不可連續的分割，把這個物理量分割至不可分割，就可以把這個最小的單元稱為量子。所以光子是量子一種形式。從目前來看，物理學量子力學中的基本粒子就是構成物質的最基本的單元。根據作用力的不同,粒子分為強子、輕子和傳播子三大類。
1、強子就是是所有參與強力作用的粒子的總稱。它們由夸克組成，已發現的夸克有五種,它們是：上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克和底夸克.理論預言還有第六種夸克存在,已命名為頂夸克,但目前尚未發現。現有粒子中絕大部分是強子,質子、中子、π介子等都屬於強子.輕子就是隻參與弱力、電磁力和引力作用,而不參與強相互作用的粒子的總稱；
2、輕子共有六種,包括電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子.電子、μ子和τ子是帶電的,所有的中微子都不帶電；τ子是1975年發現的重要粒子,不參與強作用,屬於輕子,但是它的質量很重,是電子的3600倍,質子的1.8倍,因此又叫重輕子；
3、傳播子也屬於基本粒子.傳遞強作用的膠子共有8種,1979年在三噴注現象中被間接發現,它們可以組成膠子球,但至今尚未被直接觀測到.傳遞弱作用的W+,W-和Z0.中間玻色子是1983年發現的,非常重,是質子的80一90倍。
作為模型量子具有：微粒子特性和高頻共振能量波特性：
量子微粒子特性：科學上對量子的定義是一個物質所能分割到的最小單位，就拿人體來說，構成方式是人體--組織--器官--細胞--細胞核--DNA--分子--原子--......--量子。如果把人體比作地球，量子就是地球草葉上的一滴露水。
量子高頻共振特性：每個物質都具有自己獨有的振動頻率，量子作為物質最小的微粒子也不例外。在現代科學研究中發現，量子可以產生每秒鐘高達上億次的振動，這種高頻共振可以形成能量波和能量場，對於現代醫學研究很有促進意義；波的存在讓我們的生活變得更加豐富，我們看不見手機訊號它卻可以為我們傳遞聲音；看不見有線電視的訊號它卻可以為我們傳遞影像；看不見微波爐的波它卻可以為我們加熱食物。同樣，量子也具備這樣波的特性，透過自身的高頻共振產生和傳遞能量。
總之，量子是一個物理模型，不是單一指那種粒子。一個模型，一個物體或者物理過程滿足一個模型條件，我們就可以抽象這種模型。同學要學會理想化方法，能把物理問題，抓住本質，抽象出物理模型來，這一個就是物理建模，這種能力，是科學素養一種最高追求，我們在學習中一定要重視它。
2018年9月23日於宜昌市尚書巷弄石齋