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量子论的关键词“不连续”是什么意思？

量子一词的英文为“quantum”。与表达物质的量的词“quantity”同源。所谓量子的意思是“小块”，或者“不连续量的一块”。

量子论诞生于20世纪初，从那时起人们认识到自然界中到处都隐藏着分立的，也就是不连续的东西。

在量子论出现以前，人们相信光强是可以无限变弱的。也就是说，光被认为是一种连续的东西。但是在量子论中，光也存在着最小的块（光量子，即光子）。光也具有不连续的性质。

所谓不连续究竟是什么意思呢？如果把最小的光强（能量）设为1，那么诸如0.9或者1.34倍强度的光是不可能出现的。可以存在的光只能是0（即没有光子)，1（一个光子)，2（两个光子）等。

理解量子论的关键是所谓“波粒二象性”

想象一下围绕着地球转动的人造卫星的轨道。对于人造卫星，在高度1000公里以上，比如1001公里，1002公里，1003公里……等等，其高度可以连续地变化。但是在量子论中，原子内部的电子的“运动行为”则是不连续的。

如何基于量子论来思考原子里的电子的状态，将在本文后面再详细介绍。这里以人造卫星为例，“假如高度1000公里的轨道是允许的，那么下一个允许的轨道可能就是4000公里，而两者之间的轨道都是不可能的”，在量子论中就会出现这样的情况。虽然非常不可思议，但是在微观世界中，物理法则禁止电子自由地选择轨道。

而理解量子论这种独特的思考方式的关键，就在于电子、光子等所表现出的“波粒二象性”。也就是电子、光子等既有粒子的性质，也有波的性质。本文将在后面介绍同时拥有这两方面性质的含义。

不连续世界的图像

看起来照明用的光是连续而没有间隙的，但是根据量子论，光其实是由大量不连续的所谓“光子”集合而成的。

人造卫星的轨道（高度）可以看作是连续的（右上）。但是在原子核周围的电子的运动并不是这样，所以当它们改变“运动状态”的时候不是连续改变的（右下）。

（本文发表于《科学世界》2013年第9期）