(作者：陳敬恒/逢甲大學光電科學與工程學系)
談到現今世界各國所積極發展的科技產業，一定不能忽略量子科技(quantum technology)，2022年3月臺灣量子國家隊正式成軍，此團隊結合了17個產學研單位將聚焦於「通用量子電腦硬體技術」、「光量子技術」、「量子軟體技術與應用開發」等三大領域之技術研發。因此「量子」(quantum)儼然已成為新世代科技的代名詞，雖然大家都聽說過量子，然而量子到底是什麼呢？它的起源又是為何？本文將為讀者做一個簡略的介紹。
1864年馬克斯威爾(James Clerk Maxwell)提出著名的馬克斯威爾方程組並成功預測電磁波的存在，至19世紀末古典物理學的發展已完備，物理學家普遍認為再也沒有更重大的物理現象和理論會被提出，然而黑體輻射現象的解釋卻讓當時的科學家一籌莫展。黑體是一個理想的具微小孔洞之人造腔體，它可以有效侷限入射腔體的電磁輻射，當黑體被加熱時所發出的輻射頻譜會與黑體的溫度相關而與黑體的組成無關，如圖(一)之實線所示；瑞利男爵(Lord Rayleigh)和詹姆士⋅金斯(James Jeans)根據古典理論推導的黑體輻射譜線公式，如圖(一)之虛線所示，雖然能解釋在低頻部分的黑體輻射，但在高頻部分的紫外光波段卻變得無窮大，因此被以「紫外災難」來描述此事件。
1900年德國物理學家馬克斯⋅普朗克(Max Planck)所提出之黑體輻射譜線公式成功地解決了這個災難性的問題，普朗克自稱其公式為「幸運的猜測」之結果，並在經歷了其自述為「我一生中最艱困的工作」的數個禮拜後，普朗克藉由引入「量子」的概念終於能對其公式做出解釋，即輻射乃是由具有「不連續之特定能量」的「震盪子」所組成，此「特定能量」的值則可由普朗克常數所決定，由於「量子」(quantum)在拉丁文的字義為「多少」(how much)，因此用「量子」來代表此「不連續之特定能量」，此即為採用「量子」一詞之緣由。普朗克因此獲得了1918年的諾貝爾物理學獎，如圖(二)所示，並成為量子之父，其研究為量子物理學的發展揭開了序幕。 儘管如此，由於「量子」的概念完全違反古典理論所認為輻射能量為連續的觀念，因此普朗克內心充滿矛盾與煎熬並認為其量子假說是「絕望之舉」。往後量子物理學所發展出來的重要概念像是「波粒二重性」、「機率波」和「測不準原理」等亦皆徹底顛覆了科學家的想法，但是也唯有使用「量子」的觀念才能夠合理解釋古典物理學所不能解釋的許多現象。費曼說：「我可以很確定的告訴大家，沒有人真正了解量子理論。」讀到此是否讓你心中充滿疑惑呢？不要懷疑，「量子」就是如此的詭異而又耐人尋味！
【館藏資源】
No Comments Yet