光量子是什么物质？
光量子简称光子，是人类最早认识的微观粒子。阳光☀️和篝火是原始人抵御风寒和野兽所必不可少的，是原始人心中的神明。大约三百年前，牛顿通过实验?，发现了光的粒子性，认为光是一种微小的粒子。然而，没过多久，人们又发现光可以产生衍射和干涉图像，认为光只是一种波。于是，关于光的波粒之争始终不断，持续了上百年的时间。
到了近代，爱因斯坦借助于光电效应，证明了光是由粒子组成的，即光的本质是粒子。稍后，量子力学认为，包括光子在内的一切粒子，都同时具有波动性和粒子性。由于目前的量子力学只是一个唯象型的理论，注重的是建立微观现象之间的外在联系，认为波粒二象性是粒子本身的内在属性。这种观点缺乏具体的物理机制，不仅使粒子的行为显得异常诡异，而且还阻断了认识的进入发展。
如果从构建的角度来看，宇宙是由量子构成的。离散的基态量子构成空间，离散的激发量子就是光子、x射线和中微子等，而由高能量子组成的封闭体系则成为物质。于是，所谓光子就是受到激发的量子，属于能量的范畴，光子的波动性是由空间的量子性所决定的。光子同时既具有其自身的粒子特性，又不可避免地会受到空间波动的影响。反之，物质的本质是被封闭的能量。
究竟什么是量子？如何理解量子？
关于量子的问题一个回答不能说的很全面，我在这里简单的回顾一下量子的提出。十九世纪的最后一天，欧洲的物理学家齐聚一堂，迎接新世纪的来临。著名的科学家开尔文爵士惊叹于物理学的伟大成就，自豪的说：“物理学的大厦已经建成，后世的物理学家只要做一些修修补补的工作就可以了。”开尔文这么说，是因为在那个时代，经典力学通过牛顿、拉格朗日、拉普拉斯等人的贡献已经清楚的解释了物体之间的相互作用和天体运行规律，麦克斯韦电磁方程组将电与磁完美的统一起来，热力学统计物理可以解释分子的运动规律，仿佛物理学已经完全成熟了，没有什么重大的理论问题需要解决。
以后的物理学家只需要将物理常数的精度提高几位就可以了。但是，开尔文同时也说：“在物理学晴朗的天空中，还飘着两朵令人不安的乌云。”他所说的这两朵乌云其一是指黑体辐射问题中实验结果与理论不符合，另一朵是指寻找光的参考系-以太的麦克尔孙莫雷实验的失败。恰恰是这两朵乌云，发展成为二十世纪物理学最伟大的两个发现：量子力学和相对论的诞生。
人类认识到自己探索自然的道路还很漫长。我们首先介绍一下黑体。物理研究发现：一切物体都在吸收、反射和辐射电磁波。如果一个物体只吸收和辐射电磁波，不反射电磁波，这个物体就称为黑体。比如太阳就可以看作一个黑体，因为太阳的辐射特别强，辐射的电磁波强度远远大于反射的电磁波。人们经过研究发现，黑体辐射的情况与物体的温度有关。
图中纵坐标是单位波长单位面积辐射功率，横坐标是波长。我们通过这个图可以发现两个结论：第一：物体温度越高，辐射强度越大。根据斯特番-波尔兹曼定律，黑体单位面积辐射能量与温度的四次方成正比。人们根据这个规律及算了太阳表面温度。第二，物体温度越高，辐射强度最大处的波长越短，满足维恩位移定律。比如炽热的铁块会发光，而且温度不同时，颜色也不同。
但是，这两个定律都是实验规律，如何从理论上解释呢?卡文迪许实验室主任瑞利从经典电动力学出发，推导出一个黑体辐射公式，即瑞利-金斯公式。不过，这个公式并不能符合实验结果。只有在波长比较大的时候，公式才与实验结果符合，在波长较小时，公式与实验结果偏差很大。最可怕的是：当波长趋近于零时，瑞利公式的结果发散，辐射强度无穷大，这显然是很荒谬的。
人们无法调和理论和实验结果，并把这个问题称为“紫外灾难”（这是因为紫外是比可见光波长更短的光，表示波长短时实验结果与理论值不符）。为了解释这个问题，许多物理学家提出了自己的见解。最成功的是德国科学家普朗克。以下是普朗克学习物理过程中相貌变化图。普朗克在1900年提出：为了解释黑体辐射现象，必须做出一定的假设，这些假设可能与人们熟悉的物理学规律不同。
振动的带电粒子能量是一份一份的，每一份的能量都与振动频率有关，称为一个能量子，或简称为量子。按照这个假设，普朗克推导出了黑体辐射的普朗克公式。这个公式与实验结果符合的非常好。十八年后，普朗克获得诺贝尔奖。能量子的概念提出后，许多物理学家借用这个概念得出了丰硕的成果。例如爱因斯坦，1905年爱因斯坦借用普朗克的观点解释了光电效应实验。
爱因斯坦说：光的能量也是一份份的，每一份称为一个光量子，或简称光子，光子的能量与频率的关系也满足普朗克公式。从此人们认识到光是具有波粒二象性的，爱因斯坦也因此获得诺贝尔奖。再往后，德布罗意指出所有的物质都具有波粒二像性，波恩提出概率波的观点，薛定谔提出波函数满足的方程薛定谔方程，波尔利用量子观点解释了原子的能级结构，量子力学蓬勃发展起来。
量子到底是不是物质，怎么看到量子呢？
量子到底是不是物质，怎么看到量子呢？科学建模很高兴来回答这个问题。量子不是物质，而是物质所处的一种状态，更准确地说，是一旦物质处于某种状态下的时候，就会具有一些特殊的性质，这些性质我们起了个统一的名字叫量子效应，发明了一种叫做量子（Quantum）的数学符号来表示这些性质，研究了一些基于量子Quabit的运算公式，来分析预测物质在量子态下会发生什么样的事情。
01 量子态量子并不是某种特殊的粒子，量子更常用的说法是量子态，或者叫做量子状态，是指某一个微观粒子处于某种状态时，称之为处于一个量子态。什么量子态，简单的说，当一个微观粒子的某个属性处于一种不确定的状态时，接本上就可以说这个粒子处于一个量子态。什么事不确定？举个例子，我们想要看看一个电子目前处于那一个轨道上运行，按常理，他应该处于某一个确定的轨道上围绕原子核转。
但实际情况时，我们每次测量，这个电子的位置都不一样，一会在这个轨道，再测量一次就会跑到另外一个轨道上去了。这种奇特的现象我们用量子态来表示。也就是说，量子态是描述一个粒子处于某个状态下的概率。只有在被观测后，粒子最终状态才最终确定到某一个状态，即，以一个概率进入一个状态。我们不看这个粒子，它是一个不确定的状态，我们看了这个粒子后，这个粒子会进入某一个状态，也可能进入另外一个状态，这些状态选择由概率控制，是一个随机的过程。
因此，我们说，量子其实是微观粒子所处的状态。02 如何观测到量子态既然量子只是微观粒子的一种状态，那么我们如何观测到量子态呢？其实我们没有办法直接观测到一个粒子的量子态，我们只能通过观测把粒子所处的位置记录下来，通过统计1万次或1百万次观测粒子所处的位置来大致获得粒子处于不同状态的概率分布图。比如，我们想观测氢原子的一个电子的量子态时，通常是想办法记录下来一个电子的速度、位置，但这几乎是不可能的事情，我们在大多数时候只能借助薛定谔波函数来模拟原子内部量子形态。
直到最近，2013年，来自荷兰的科学家才首次直观地记录下来一个电子的量子态形态。他们借助一种光学设备将氢原子中的电子映射到一个底片上，借助光学干涉的原理保留了电子的状态，从而将氢原子中电子的状态记录在一个2维底片上。但是氢原子中的电子是3维分布的，所以，真正获取电子的量子态分布还是一个难解的科学挑战。
03 如何观测到量子纠缠态最后，量子效应最奇特的现象是量子纠缠态。所谓量子纠缠，是两个粒子被关联起来后，进入到一个量子纠缠态，两个量子必须处于相同的某一个状态。也就是说，一旦我们去观测两个粒子中的任何一个，得到一个确定的状态，那么另一个粒子也必然处于同样的一个状态，无论这两个粒子相隔多远。量子纠缠态主要用光子来做实验观测，科学家通过一个激光发射器发出一系列光子，经过一个特殊晶体后，会有一对光子形成纠缠态，把两个光子送入两个不同的路，这样两个光子就会天各一方。
作为一个普通人，“量子”到底是什么？
简单的说：量子就是构成我们这个世界的最小量。所以说这个世界的物质和能量是不可以无限分割的。量子物理学的开创者是普朗克，他在研究黑体辐射时发现，如果能量是一份一份的辐射出来的话，就能很好的解决使用经典物理学的计算误差。普朗克对于一定频率ν的辐射，物体只能以hν为能量单位吸收或发射它，h称之为普朗克常数。
换言之，物体吸收或发射电磁辐射，只能以量子的方式进行，每个量子的能量为E=hν，称为作用量子。从经典力学来看，能量不连续的概念是绝对不允许的。普朗克这个名字命名了很多与量子有关的数据：普朗克尺度----最小的长度，其值约为1.6x10的-35次方米，比这个再小的长度在物理学里是无意义的。大约为一个质子的1/10。
普朗克时间----最短的时间，其值约为10^-43s秒，比这个再短的时间在物理学里无意义。这也是宇宙大爆炸的第一个时刻。普朗克温度-----热力学的最高温度。约为10^32K。这是宇宙大爆炸的第一个时间间隔（普朗克时间）的温度。高于这个温度无意义。量子世界的物理规律是反人类直觉的。量子叠加态：可以同时为1和0，直到对它进行测量为止。
量子纠缠态：一对纠缠中的量子，在无限远的距离里，如果对其中一个量子进行了测量为1，另一个量子态立即就会成为0，不需要任何传递时间。需要强调的是，但这并不违法相对论。海森堡测不准原理：粒子的位置与动量不可同时被确定，一个微观粒子的某些物理量，不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。
类似的不确定性关系式也存在于能量和时间、角动量和角度等物理量之间。量子力学里最好玩的就是薛定谔的猫这个思想实验：在一个盒子里关着一只猫，用一个放射性原子作为开关，这个原子半衰期为1个小时（1个小时内，原子衰变的几率为百分之五十），如果衰变了就会打开开关放出毒气，就会毒死猫，当然，如果不衰变猫就活着。猫的死活决定在放射性原子是否衰变上，但是不观察放射性原子就不知道原子的状态（叠加原理），原子同时处于1（衰变）和0（不衰变）的状态。
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