关于世界量子日

        哈？世界量子日？

     1.为什么是4月14日？

        每年的4月14日是世界量子日，为什么呢？

        这是世界各地量子科学家发起的一项倡议，于2022年4月14日启动，414是源自普朗克常数。普朗克常数是支配量子物理的基本常数，其大小为为4.135667696 × 10-15eV·s，其前几位数字（四舍五入近似）即是“414”，突然想到最近马斯克开源的Grok模型参数是3140亿，这个也是理工科的数字梗嘛？

        那么为什么要以普朗克常数作为量子日的呢，量子界最出圈的不应该是养猫达人薛定谔咩？这是因为普朗克常数很重要，举个例子，现在我们的千克就是用普朗克常数定义的。在这篇文章里我们就“414”展开说说。

      2.关于普朗克

        下图是普朗克不同时期的照片，emmmm.....

        马克斯·普朗克（全名：马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克，Max Karl Ernst Ludwig Planck，1858年4月23日—1947年10月4日）。量子力学重要创始人之一。1900年，普朗克在研究热辐射的时候，提出了一个假说，这一假说认为辐射能（即光波能）不是一种连续不断地流的形势，而是由微小粒子组成，他把这种微小粒子叫做能量子。就这么简单的一句话，就成为了量子力学开山立派之作（这一年薛定谔13岁，他可能真的在玩猫，命运的齿轮开始转动了）。

        后来爱因斯坦受到这一假说启发，发现了其中的潜在价值。他意识到，量子化的概念不仅适用于能量，也可能适用于光本身。于是，他提出了大胆的假设：光并非连续的波动，而是由离散的粒子组成，这些粒子具有确定的能量和动量，与经典物理学中的粒子概念相似，称其为光量子，也就是光子。

        普朗克成就里面最重要的一点可以这样理解。大家应该都听说过“物理学的两朵乌云”，它们分别指的是相对论与量子力学在各自领域的局限性。第一朵乌云是关于光速不变原理和经典力学定律之间的冲突，这一问题最终由爱因斯坦的相对论理论解决，颠覆了牛顿力学的绝对时空观。第二朵乌云则是关于黑体辐射和光电效应等实验现象与经典物理学的矛盾，这朵乌云催生了量子理论的诞生。普朗克的量子理论正是对第二朵乌云的直接回应和解决方案。他的工作不仅解决了黑体辐射问题，还为后续量子力学的发展铺平了道路。因此，可以说普朗克的核心贡献不仅在于他提出的量子理论本身，更在于这一理论对物理学发展的深远影响，以及它如何帮助我们更好地理解自然界的本质。

       关于普朗克等大佬的生平以及量子物理的历史，推荐一本书：群星闪耀，量子物理史话，清华大学出版社出版，有兴趣的小伙伴可以做延伸阅读。

      3.普朗克常数？

        在上文中我提到了普朗克常数定义了千克，其实这是在2018年，已经全部用量子定义计量单位了，这个也是一个比较重要的事件。具体来说，科学家们通过精密的实验测量，确定了普朗克常数的具体数值。然后，他们利用这个数值来定义千克，使得千克的定义不再依赖于实物，而是基于一个具有普遍性和稳定性的自然常数。这种定义方式不仅提高了千克的测量精度，还有助于实现国际间计量单位的统一。

        普朗克常数正是量子力学中的一个关键参数，它告诉我们能量并不是连续变化的，而是由一个个离散的“包”或“量子”组成的。具体来说，一个光子的能量E与其频率f之间的关系是E=hf，这里的h就是普朗克常数。

        普朗克常数的值非常小，约为6.626×10^-34焦耳·秒（哎？不是4.14....吗？不慌，单位不一样而已）。这个极小的数值意味着在宏观世界中，量子效应并不明显，经典物理学的规律仍然适用。但在微观世界，如原子和分子的尺度上，量子效应就变得非常重要，普朗克常数的作用也就凸显出来。

        普朗克常数的发现不仅改变了我们对能量和物质的理解，也开启了量子力学这一全新的物理学领域。自那以后，科学家们利用量子理论解释了许多之前无法解释的现象，如黑体辐射、光电效应等，并发展出了许多新的技术和应用，如激光、半导体、量子计算等。

        到这里，大家思考下，它是对的吗？答案是不知道，是的，这涉及到了物理的本质，物理是人类对自然界的数学描述。有兴趣的同学可以进一步探索下普朗克时间、普朗克质量和普朗克长度，通过对三个概念的深入了解，或许大家会对我们所处的世界，和我们的物理学有新的认识。

      4.如何获得普朗克常数

        通过上文分析，我们知道了能量和频率之间是成正比的，比例系数就是普朗克常数，那么如何获得普朗克常数呢， 在这里很有必要介绍一个人——叶企孙，（1898年7月16日—1977年1月13日），是中国近代物理学奠基人、中国物理学界的一代宗师。这几天网飞热映的《三体》再度掀起了“三体热”，主角叶文洁父亲叶哲泰的原型就是叶企孙，有兴趣的同学可以进一步了解下他。

        叶企孙在芝加哥大学与W. Duane教授和H. H. Palmer合作，利用X射线连续谱短波限（λm）与电子加速电压（V）的关系式Ve＝hc／λm来测定普朗克常数（h）的值。他们通过电位差计测量V，用方解石谱仪测量λm，并采取一系列措施提高测量精度和准确度，从而获得了精度很高的V和短波限布拉格反射角的数据。这项工作的结果于1921年发表，其测定的普朗克常数值被物理学界沿用长达16年之久，被誉为当时对普朗克常数的最为可靠的测定。

        其实大学物理实验中，也有测量普朗克常量的实验，即通过光电效应实验可以间接测定普朗克常数。实验利用不同频率的光照射光电管，测量光电子的最大初动能，并根据光电效应方程计算出普朗克常数的值。

        写在最后，距离今年的世界量子日不到一个月了，我也会持续关注相关活动，并及时分享给大家。就像世界量子日发起的初衷：希望能够旨在促进世界各地公众对量子科学和技术的认识和理解。我作为一个普通的量子领域相关人员，对于量子日的到来，也想说一句：俺也一样！我会在这个账号下编制量子应用、技术及理论的系列文章，欢迎大家关注我~

        最后附上世界量子日活动官网，有兴趣的小伙伴可以进一步围观：

World Quantum Day – World Quantum Day Eventshttps://worldquantumday.org/