第 2 日（三）

量子寶貝是如何誕生的

 —— 誕生的過程和意義是什麼？

一、“量子”誕生的背景　

 “量子”是在20世紀初誕生的，

她是在物理學家

對熱輻射的研究中誕生並完善的。

A   什麼是熱輻射

  “熱輻射”是說，

 任何具有溫度的物體，

 都有一定頻率的電磁波輻射出來。

 就是說

 所有物體都會發射電磁波。

這是因為任何物體的分子，

都包含着帶電粒子，

因此分子的運動，

會導致物體向外發射電磁波。

這種電磁輻射

因為與熱度有關，故稱為“熱輻射”。

物體所發出的熱輻射，

具有連續的“能譜”，

但所發射的能量及波長的分布，

是會隨溫度的變化而變化的。

一般來講，

溫度越高，發射的能量越大，

發射的電磁波波長越短。

溫度在800K*以下的

物體所發出的電磁波，

一般都在‘紅外區域’，

這種電磁波僅僅有熱效應。

只有在溫度進一步提高時，

人眼才能看到它們所發出的光。

*註：800K 中的K

是開爾文（Kelvin）的意思，

Kelvin是溫度的計量單位。

其創立者是英國開爾文勳爵。

英國數學開爾文勳爵（1824－1907年）

1848年開爾文勳爵在其論文《關於一種絕對溫標》

中寫道，需要一種以“絕對的冷”

（絕對零度）作為零點的溫標。

開爾文用當時的空氣溫度計測算出

絕對零度等於−273 °C。

零K表示我們平時說的絕對零度-273.15攝氏度；

1K=-272.15攝氏度。

根據動力學理論，

當溫度在‘絕對零度’時，

氣體分子的動能為零。

但是根據熱力學定律，

一般物體是不會處於絕對0度的。

所以可以說，

常態之下的物體都會有電磁波的輻射。

科學上常用一幅圖來形象地表示電磁輻射。

電磁輻射的範圍很廣，

從無線電波、紅外線，到可見光、紫外線、X射線等。

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如圖所示，描述‘波’要用到3個概念：

速度（ c ，實際代表光速；經典物理速度符號是 v），

波長（λ蘭姆達）和 頻率（f）。

頻率，一般用f表示。

但是在量子物理中，也用希臘字母ν表示

（希臘字母ν是N的小寫，中文音譯：紐niu 。

這裡的ν是第13個希臘字母。不是英文的V 噢。

若用f表示頻率時，f是英語frequncy單詞的第1個字母）

sodes.myweb.hinet.net 

波長為什麼等於速度除以頻率？

這要從這 3 個東西到底是什麼玩意說起：

如您所知，

波長是一個波上下振動一次所經過的長度；

速度表示運動的快慢（含方向），

即，單位時間內（例如在1秒內），

一個波（或一個物體），

向一個方向運動所經過的距離，

波（或物體）這樣的運動本事，

就叫這個波（或這個物體）的運動速度。

現在讓我們拿一個可愛的蝸牛來打比喻：

一個蝸牛爬行的速度，是它在1秒內能緩慢地移動多少距離，

蝸牛的這種運動本領就叫這隻蝸牛的運動速度。

【速度的單位可以用： 米每秒（符號m/s）；千米每小時（km/h） 等來表示】

波的第3個概念是頻率，頻率是一個‘波’的振動次數

——把這句話說全了是：

所謂一個波的頻率是這個波在單位時間內所能振動的次數，

現在讓我們把‘波’的概念，換成一個物體，

看看，那隻不甘寂寞的蝸牛，正在向我們緩緩爬來，

那隻性情憨厚的蝸牛，不緊不慢地在一個凹凸不平的地上爬，

凹凸一個挨一個，並且每個凹凸的大小都一樣，

如果這隻蝸牛在1秒內，能爬上爬下地移動2個凹凸，

這時我們可以說，

蝸牛運行的頻率是每秒2次（凹凸，讀作‘窪突’）。

那麼，每個‘凹凸’的長度是多少呢？回答：

凹凸長度（波長λ）=1秒內蝸牛爬的長度（速度v），

除以每秒能爬幾個‘凹凸’（頻率f）。

【註：速度的符號是小寫字母v，讀音是英文字母的讀音】

朋友，若想真的了解其中的奧秘，

請在閱讀後，將蝸牛爬行的事在頭腦中演示一遍，

這樣自然就會明白了。

Lambda（大寫Λ，小寫λ，是第11個希臘字母。

如果把電磁波的波速，比作您每秒鐘要走的路，

那麼可以把“波長”比作是您的“腳步的步輻”，

“頻率”比作每秒鐘可以走的“步數”。

人若邁的步子小（波長短），

那麼所走的步數就多（頻率高），

如此推想，結果是波長和頻率是成反比關係的。

在“電磁波”，

也就是“電磁輻射”所發出的光中，

波長在0.7微米（μm）到0.4微米，

這一段的是可見的，叫可見光。

假若把金屬加熱到一定溫度，就會發出紅光，

再加熱，就會漸次發出黃光、白光、紫光，

以及人們看不見的紫外線。

註：可見光 顏色的波長，從長到短依次為，

紅->橙->黃->綠->青->藍->紫 。

整個太陽光光譜完整覆蓋（且超出）了

可見光光譜範圍，

使得太陽光（在沒有大氣的情況下）呈白色。

至於人們在地上所看見的紅日、藍天等現象，

是由於大氣層氣體分子

對短波長光線所作散射的結果。未完待續

謝謝閱讀。