什麼是量子效應(quantum effect)?

Question

誰能解釋一下什麼是 量子效應quantum effect 我不要聽一大篇文章的
我要的是有經過整理的文章ˋˊ
謝謝....

恩....能對你所舉例的那四項做一些小說明ㄇ
因為要做作業...所以...拜託了(大概就是他的原理...發現的年代.地點.科學家等等)

Answer 1

量子效應

正如Du所說，量子效應就是：在物理微觀尺度之下，便會自然發生或表現出來的物理特殊效應(現象)。（並不限於物質，量子效應能牽涉到波、粒子、能量等等的事物）

量子效應涵蓋很多，是多種微觀物理現象的統稱。我認為「量子效應」可解釋為「微觀尺度下的物理事件」，更方便理解。
（微觀世界的定義很含糊，我建議可以理解為：比「原子尺度」以下更小的尺度，可以稱為「微觀」。）

量子效應通常描述微觀尺度下的量子化現象，大部分也是描述「能量」和「波」的量子化，如普朗克的黑體輻射，光電效應等。

我僅列舉其中四個，希望能解答閣下的疑問。
（１）光電效應
（２）康普頓效應
（３）量子穿隧效應
（４）原子能階的量子化


（一）：光電效應
　　普朗克的量子假說提出后的幾年內，並未引起人們的興趣，愛因斯坦卻看到了它的重要性。他贊成能量子假說，並從中得到了重要啟示：在現有的物理理論中，物體是由一個一個原子組成的，是不連續的，而光（電磁波）卻是連續的。在原子的不連續性和光波的連續性之間有深刻的矛盾。為了解釋光電效應， 1905年愛因斯坦在普朗克能量子假說的基礎上提出了光量子假說。

　　愛因斯坦大膽假設：光和原子電子一樣也具有粒子性，光就是以光速C運動著的粒子流，他把這種粒子叫光量子。同普朗克的能量子一樣，每個光量子的能量也是E＝hν，根據相對論的質能關系式，每個光子的動量為p＝E/c＝h/λ。

　　根據光量子假說，愛因斯坦順利地推導出普朗克公式，並且還提出了一個光電效應公式。

　　光量子假說成功地解釋了光電效應。當紫外線這一類的波長較短的光線照射金屬表面時，金屬中便有電子逸出，這種現象被稱為光電效應。它是由赫茲（H.R.Hertz l857—1894）和勒納德（P.Lenard l862—1947）發現的。光電效應的實驗表明：微弱的紫光能從金屬表面打出電子，而很強的紅光卻不能打出電子，就是說光電效應的產生隻取決於光的頻率而與光的強度無關。這個現象用光的波動說是解釋不了的。因為光的波動說認為光是一種波，它的能量是連續的，和光波的振幅即強度有關，而和光的頻率即顏色無關，如果微弱的紫光能從金屬表面打出電子來，則很強的紅光應更能打出電子來，而事實卻與此相反。利用光量子假說可以圓滿地解釋光電效應。按照光量子假說，光是由光量子組成的，光的能量是不連續的，每個光量子的能量要達到一定數值才能克服電子的逸出功，從金屬表面打出電子來。微弱的紫光雖然數目比較少，但是每個光量子的能量卻足夠大，所以能從金屬表面打出電子來﹔很強的紅光，光量子的數目雖然很多，但每個光量子的能量不夠大，不足以克服電子的逸出動，所以不能打出電子來。
　　赫茲以自己的實驗証實了電磁波的存在，宣告光的波動說的全勝，判處了光的微粒說的死刑，可是又是他發現的光電效應導致了微粒說的復活。
（詳細參閱：http://scitech.people.com.cn/BIG5/25509/43673/43908/3216890.html）

2007-02-16 12:35:24 補充：
（二）：康普頓效應
康普頓效應是康普頓在1923年時發現並正確解釋了X線散射後一部分波長變長的現象。
1923年，康普頓在用鉬靶發出的X射線投射到石墨上觀察其散射情況時，發現被散射的X射線分成不同波長的兩部分，其中一部分波長和原來入線的X射線波長相同，而另一部分波長則比原來入射的X射線波長長，這種波長的變化和散射角有一定的關係。

2007-02-16 12:35:40 補充：
　　對於那部分不改變波長的X射線可用通常的波動理論來說明，因為根據光的波動理論，散射不會改變入射光的波長。但對於那部分波長變長的X射線卻令人費解，它無法用經典概念來說明。面對這種實驗結果，康普頓提出了自己的見解：他認為，這種現象是由光子和電子相互碰撞引起的，光子不僅具有能量，而且具有動量，在碰撞過程中，光子把一部分能量傳給了電子，減少了自己的能量，因此也就增加了它的波長。

2007-02-16 12:36:44 補充：
　　康普頓把他的這一研究成果綜合起來，並最終建立了這樣的觀點：電磁輻射既具有波動性，又具有粒子性，至於它具體表現出波動性還是粒子性，取決於對它的測試方式。與此同時，德布羅意還指出這一結論對普通粒子也適用，如電子等。這一著名的波粒二象性開始給人們一種莫衷一是的感覺，似乎表明宇宙太奧妙而不可能被人類的理性滲透。但事實上，波粒二象性是完全可以理解的。例如，我們可以說一個男人具有兩個不同的身份，一個是丈夫，一個是父親。究竟表現出哪個身份，要隨周圍的環境而定。因此，光子或電子有多於一個的身份，也就不是什麼荒謬和奧妙的事了。
　　

2007-02-16 12:37:13 補充：
　　康普頓效應是繼光效應後成為光量子理論的又一重要實驗依據，同時也直接證明了微觀系統同樣遵守能量守恆定律和動量守恆定律，成為發展量子物理學的核心。
（詳細參閱：http://www.a-tai.com/history/27-2.htm）

2007-02-16 12:37:26 補充：
「個人補充」：在康普頓的實驗中，散射光接觸到了一些自由電子，結果這些電子被賦予更大的能量，但同時散射光的波長變長。康普頓提出由於散射光具有量子化動量，是由眾多光量子所組成的，當中攜帶能量的光子的一部分能量傳到電子，而光子本身則減少了能量，引致波長變長，這是量子效應的一種。
此理論和愛因斯坦的光電效應互相吻合，促進量子力學的發展, 是物理學上的一大發現。

2007-02-16 12:38:32 補充：
（三）：量子穿隧效應
　在古典力學中，球從左上側下滑，在無摩擦力的情形下，到達右上側同一高度後便會滑落，絕對不可能越過山峰出現在山的另一側。
　但是根據量子力學的理論，任何運動中的物質，都有一相對應的『物質波』，也就是說，除了光以外，任何物質也都具有『波粒二象性』。這種物質波的特性在次原子粒子世界中特別明顯，同時，物質的存在變成了一種機率分布，依此觀念而有了電子雲模型。

2007-02-16 12:38:42 補充：
　因此，粒子隨著波的起伏，其能量也會產生變動，因此，球會以某種機率越過△Ｅ的能量勢壘，出現在山的另一邊，就像在一座山打通一條隧道一樣，所以叫做『穿隧效應』。
科學家最早注意到的隧道效應現象是放射性α衰變，因為以古典物理學來看，α粒子並沒有足夠能量來克服原子核的約束，只有以量子力學解釋，才能得到合理答案。
（詳細參閱：http://www.bud.org.tw/answer/9905/990549.htm）

2007-02-16 12:39:24 補充：
　在古典力學中，我們會發現，有些現象我們無法解釋。當一個波碰到壁時，依古典力學的說法，我們會說，此波無法穿透壁，因此能量也無法傳遞到壁的另一端。但在量子力學的觀點來看，我們發現，波會穿透壁，穿透時能量雖減少，真的存在有能量能傳遞到壁的另一端，我們稱此現象為「穿隧」。
　根據量子力學，由於質點具有波動性，因此有可能穿越比其總能量更高的位能壁壘。這種效應在古典力學是不可能的。
（詳細參閱：http://home.kimo.com.tw/picassoyang/chapter8.htm）

2007-02-16 12:39:38 補充：
「個人補充」：能量壁（能量障礙）就是一個比旁邊粒子或地區擁有更高能量的地域（微觀尺度上），我們可想像所謂「能量壁」為一道牆，而牆的左邊有一個球（準備穿隧的粒子）。在古典力學中，這一顆球並不可能穿越那道牆，因為這一顆球並沒有足夠的能量去攀越那道牆，也即是這粒子沒有足夠的能量去穿越比自己擁有更高能量的能量壁。可是在量子力學中，在微觀尺度上，任何粒子或能量也有機率性分佈，即是粒子或能量並不會「安坐」一個地方，它會「閃來閃去」（純比喻，不代表真正物理態），能量壁也一樣，它會有時高，有時低，因此粒子便有可能穿越到它的右邊了。這個效應便稱為「穿隧效應」。

2007-02-16 12:40:51 補充：
（四）：原子能階的量子化
　要說原子能階，必定要提到玻爾（或譯波耳，Niel Bohr）這位偉大的物理學家和量子先驅。
　原子結構學說之父尼爾斯．亨利．戴維．玻爾於1885年出生在丹麥的首都哥本哈根。1911年他在哥本哈根大學獲得博士學位。不久後，他前往英國康橋，在以發現電子而聞名的科學家J．J．湯普森的指導下從事研究。幾個月後玻爾來到曼徹斯特與在幾年前發現電子核的歐內斯特．盧瑟福共同從事研究。盧瑟福提出了原子中心有一個重核，周圍有電子，而大部分是空間。這與從前的學說相反，玻爾也不同意這種構想。玻爾憑着天生對量子化的直覺，玻爾很快就發展了自己嶄新的原子結構學說

2007-02-16 12:41:06 補充：
　　玻爾學說指出原子就像一個微型的太陽系，電子在重核周圍的軌道上旋轉。其中一個極其重要的差別就在於經典物理學定律認爲行星軌道的大小可以是任意的，而玻爾假定原子的電子只能在某些大小確定的軌道上旋轉，只有軌道半徑使整個原子的全部角動量是普朗克常數的倍數時才有可能，而仲介值則不行。每個確定的軌道都具有與其相關的確定能量。當一個電子從一個確定的軌道躍遷到另一個確定的軌道時，輻射出來的光的頻率就等於能量的變化再除以普朗克常數。

2007-02-16 12:41:30 補充：
　　玻爾學說代表著對經典物理學說的一次徹底突破，圓滿解釋了氫原子光譜。長期以來人們就知道氫氣遇高溫時就開始進行光輻射。但是它輻射的光並不包括所有顔色的光，而只包括某些頻率非常固定的光。玻爾原子學說的一個很大的優點在於它從幾個簡單的假說出發，以驚人的準確性解釋了氫原子輻射的所有譜線（顔色）的精確長度。而且玻爾學說預示有更多的譜線存在，這些譜線以前並未觀察到，而不久就被實驗所證實。此外玻爾原子結構學說第一次明確地解釋了原子爲什麽具有它們所有的體積。

2007-02-16 12:41:49 補充：
　　雖然玻爾最初的原子結構學說在五十多年前就已被取代，但是他在20世紀仍不愧爲是最偉大的人物之一。其理由有幾點：第一，他的學說的某些重要方面仍被認爲是正確的。例如，他的原子只能存在於某些不連續能階上的觀點是所有後來的原子結構學說的一個不可分割的組成部分。第二，即使現代科學家認爲玻爾原子圖像實際上不正確，它也具有巨大的啓發價值。也許所有理由中最重要的是玻爾學說給量子力學發展帶來的動力。就算其中有些已被取代，也不難看出他的學說已被歷史證明是現代原子學說和以後發展起來的量子力學的起點。
（詳細參閱：http://www.pep.com.cn/200406/ca416201.htm）

2007-02-16 12:48:08 補充：
（由於字數限制，我只可不斷補充內容，篇幅較為紊亂，望見諒。）
（回答或許會有不足或錯漏，請大家不要拘謹，如有錯漏之處，請盡量提出或指教。）

（此回答屬個人文章，如欲引用，請列明出處，望各位合作。）

Answer 2

量子效應是指物理尺度在極小的時候，所會出現的物體特殊效應(現象)。但非專指一種現象。
譬如
1. 原子能階的非連續性
2. 光的粒子、波動二重性
3. 光電效應
4. 粒子的能壁穿隧(Tunnel effect)效應

其他還有重力量子效應、黑洞量子效應等...

所以很難一概而論，但總的說，量子效應多半和物理尺度在極小的時候，"能量會呈現非連續性"的性質有關。