物理

看圖就能懂！《量子物理好學圖鑑》帶你走進微觀宇宙

文／DK出版社編輯群

2025/09/03

量子物理常被認為是最難懂的科學之一，但《量子物理好學圖鑑》用清晰的圖像和淺顯的說明，帶領讀者進入微觀世界。這本書用簡單易懂的方式解釋量子力學的核心概念，讓你不需要艱澀的數學公式，也能理解宇宙在最微小尺度下的運作方式。

量子世界

量子物理學描述的是，宇宙在非常微小尺度下的運行方式。這個尺度遠小於倍率最大的顯微鏡所能看到的世界，掌管了原子和次原子粒子的行為及交互作用。次原子粒子是構成物質的最小積木。電子就是一種次原子粒子，由英國物理學家湯姆森（ J. J. Thomson）於1897年發現，這是科學家首次確認次原子粒子的存在。然而，這些微小粒子有時會表現出類似波動的行為，這是量子世界專屬的奇特現象，直到1924年才由法國物理學家德布羅意（Louis Victor De Broglie）提出。

小到幾乎看不見

最大的原子直徑大約只有半個奈米（10 億分之 1 公尺），比頭髮直徑的10 萬分之1 還小。原子的體積由外圍稀疏的「電子雲」所界定，中心是密度極大的原子核。典型的原子核直徑只有幾個飛米（1000 兆分之 1 公尺），通常在這個尺度或更小尺度下，奇怪的量子行為才會顯現出來。具有物理意義的最短距離是普朗克長度。

波或粒子

在量子尺度上，會出現一些奇怪的現象，讓粒子和波（p.16-7）之間的分界變得模糊。我們可以透過實驗設計，檢測到如同粒子一般個別獨立的能量包裹，如光子（電磁輻射的量子），但同時又可顯示出波動的行為。光子或許是一顆一顆的抵達雙狹縫另一側的偵測器，然而最終形成的圖樣，只能以每個光子依波的干涉來決定落腳位置，方能解釋。

箱子裡的悖論

波函數崩陷之前的神祕過程，啟發了著名的假想實驗：「薛丁格的貓」。在這個假想實驗中，有隻貓被關在箱子裡，隨時可能因為核衰變釋放出來的有毒物質死亡。根據量子力學的一種詮釋（p.52-3），在觀察者打開箱子之前，死與活的疊加態會一直存在。薛丁格設計了這個假想實驗，用來強調貓在被觀察之前，同時既是「死貓」也是「活貓」的荒謬性。