量子故事匯（上）

劉玉柱　蔡玉垚

什么是量子呢？量子并不是某一個具體的物質，它是一個物理學概念，最初是由德國物理學家普朗克提出的。19世紀后期，人們發現輻射能量是不連續的，只能取單位能量的整數倍。在微觀世界中，某些物理量的變化是以一個最小單位躍進的，而非連續的。上述說到的“基本單位”“最小單位”，這些最小物理量就稱為量子。例如：光子就是一個最小不可分的基本粒子，因此光子就是一種量子，也被稱為光量子。

這個觀點與宏觀世界中我們的認知有很大不同，可以想象為，在宏觀世界里我們可以將一根彈簧拉長1米，也可以拉長1×10-10米，只要在彈簧的彈性限度以內，它就可以被拉出任意長度，但在微觀世界中，它只能被拉長成α（最小單位）米的整數倍，但不能是0.5α米、2.5α米。

在歷史上，科學家們曾就光是粒子還是波這個問題展開過論戰，而著名的托馬斯·楊（英國物理學家）的雙縫干涉實驗，證明了光的波動性，為這場論戰畫上了一個“句號”。

雙縫干涉實驗，即兩束相干光（兩個光的波動在傳播過程中保持著相同的相位差，具有相同的頻率，或者有完全一致的波形）在空間互相影響，用光屏承接后可獲得干涉圖樣，產生明暗相間的條紋。用光的波動性很容易解釋干涉現象，因此雙縫干涉實驗可以理解為是“光波”在進行實驗。隨著量子物理的誕生，粒子世界被知曉，物理學家們突發奇想，如果把光的雙縫干涉實驗對象換成電子，那將會發生什么現象呢？……