物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）曾经说过，如果人类现代文明毁灭了，只能够留下一句话给后世人类，应该留下哪句话？他选择了“世界是由原子组成的”这句话，因为这句话揭示了世界是可以分解为最小组成单元的，代表了物理学中刨根问底的“还原论”思想，也是人类科技最重要的认识。

“世界是由原子组成的”，这是源于古希腊伟大的唯物主义哲学家德谟克利特（Democritus）的思想，长期以来只能作为哲学思辨而存在。自 17 世纪艾萨克·牛顿（Isaac Newton）建立了经典物理学并提出了微粒学说以来，18 世纪约翰·道尔顿（John Dalton）根据化学反应的现象提出了全新的原子论，同时路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）发现只有认为世界是由原子组成的，统计物理学才能成立。随着 19 世纪末约瑟夫·约翰·汤姆逊（Joseph John Thomson）发现了电子，物理学家开始畅想原子是什么样子。20 世纪初，欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）的团队发现原子是核式结构，而正是此时，物理学家们发现经典的牛顿力学已经无法解释原子的稳定性了。

20 世纪初，普朗克发现只有电磁波（光）是量子化的，才能解释黑体辐射现象，5 年之后，爱因斯坦把这个思想用在了解释光电效应上，一举解决了自牛顿以来光的微粒说和波动说的争端。又过了 10 年，玻尔用了源自普朗克的量子化思想，解决了原子的稳定性问题。这就是早期的量子理论。而随后发展的量子力学，不但彻底解决了原子的稳定性，而且也一步步揭示了原子是由更基本的不可分割的粒子组成的，即“基本粒子”，其中夸克组成了质子和中子，质子和中子组成了原子核，原子核和电子组成了原子，具体如图 1所示。

图 1-1 基本粒子组成了万物

“量子”和光子、电子、夸克、中微子等基本粒子，以及原子、分子等复合粒子的概念不在一个层面上，它是一个更为广泛和基础的概念。量子力学告诉我们在微观世界中，很多物理量，如能量、动量、电荷等，都有一个不能再分下去的最小单元，这个最小单元就叫作量子。我们的宇宙布满了各种各样的“场”，这些场的量子就是基本粒子。这些基本粒子构成了质子、中子、原子、分子等各种各样的复合粒子，进而构成了我们的宇宙万物。从根本上说，这个世界是由量子组成的。

因为每一种基本粒子必定携带多个最小的物理量单元，于是量子这个词可以涵盖所有的基本粒子，同时也能涵盖那些带有一些最小物理量的复合粒子，因此我们可以放心地把“世界是由原子组成的”这句话改为“世界是由量子组成的”。当然量子的神奇远不止于此，在微观世界中，经典力学不再适用，我们需要用“量子力学”来描述量子叠加态，以及波动性和粒子性的统一。20 世纪初建立的量子力学是物理学史上最重要、最彻底的一次革命，量子力学和相对论也被誉为是现代物理学的两大支柱，但是由于量子力学的研究内容和相关领域要远多于相对论，支配了从基本粒子到宇宙繁星的各个方面，并且催生了人类的第三次科技革命（信息革命），因此“量子”这个词几乎可以等同于“现代物理学”。

--摘自《大话量子通信》

来源: 《大话量子通信》

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