用量子物理学原理解释为何振金能够吸取能量（论发散思惟的重要性）

写了不少年技术文章，如今也来作作科普，另外，也让你们体验下思惟的真正力量。知识并不重要，重要的是驾驭知识的能力以及天马行空的想象力！但愿广大读者不要将本文当成一篇普通的科普文章，而当作进入思惟殿堂的入口。不管读者从事哪一种职业，思惟，尤为是发散思惟，都会对你将来的人生起到相当重要的影响。

说在前面的话

尽管本文标题是作一下量子物理学科普以及解释为何“振金”能够吸取能量，但本文所展示的知识关联和联想能力是一切科学（包括但不限于计算机、物理、化学、生物学、机械工程学）所必备的基本素养，只有拥有这些能力，才会在科学研究以及工做中有新的突破。无论你是程序员、仍是科学家、工程师、医生、教师，都会从这种能力中得到力量。

本文将回答以下为何：

• 为何原子要不断运动
• 如何得知亿万光年外天体的大气组成
• 为何咱们会感受到太阳的温暖
• 高温火焰为何是蓝色的
• 电子真的存在吗
• 在量子世界中原子和电子有怎样的关系
• 光的频率是怎样产生的
• 美国队长的盾牌为何能那么抗揍
• “振金”为何能吸取能量
• “振金”为何能为瓦坎达提供能源
• “振金”在经过磁悬浮高速列车运输时为何要使用声波稳定器才安全
• “振金”汽车为何会被脉冲武器垂手可得摧毁

正文

相信不少人都看过漫威旗下的各类超级英雄电影。尤为是2018年上映的几部，如黑豹、复仇者联盟3。

不过我在这里并不会讨论电影的细节。而是将焦点放在《黑豹》中的虚构国家瓦坎达中特有的金属“振金”上。尽管漫威宇宙和《黑豹》的故事是彻底虚构的，但科幻也分为硬科幻和软科幻，像那些什么玄幻小说，彻底胡说八道那种，很明显属于软科幻，也就是毫无科学依据，彻底凭做者的想象力写成的。而硬科幻尽管故事情节是虚构的，但不少高科技产品或武器都是以现实世界的科学理论为基础的延伸，就拿“振金”来讲，最引人注目的特性就是能够吸取能量。那么问题来了，“振金”也是金属的一种，为何能够吸取能量呢？吸取的能量跑到哪里去了，其实这个问题彻底能够用量子物理学解释。

量子物理，听起来好高深的样子，好像是只有极少数科学家才能玩的东西。其实若是你不试图用复杂的数学公式去证实假设和推导理论的话，仍是相对好理解的，由于量子就在咱们身边。

首先要理解一下什么是量子。要将这个词分红两部分，一个是“量”，一个是“子”，“量”是指能量的意思，“子”是指粒子的意思。也就是说，“量子”的意思就是“带有能量的粒子”。

如今暂时将量子抛到一边，感觉一下太阳给咱们带来的温暖，然而这些温暖的感受是怎样来的呢？ 太阳距离地球1个天文单位（约1.5亿千米），咱们怎么会感受到离得如此遥远的天体的温度呢？

咱们拿着三棱镜折射阳光，会看到三棱镜将太阳光分解成多种不一样颜色的光，这就是你们再熟悉不过的七色光（赤橙黄绿青蓝紫）。那么为何会有不一样颜色的光呢？其实有过一点点光学知识的同窗都应该清楚，光的颜色是由频率决定的，频率越高，颜色就越偏蓝，频率越低，颜色就越偏红。频率低到必定程度，发出来的光肉眼就看不到了，称为红外线，频率高到必定程度，发出来的光肉眼也看不到了，称为紫外线。而只有在必定频率内的光，肉眼才会看到，称为可见光，也就是三棱镜折射出来的七色光。

其实不一样物质发出的光的频率是不一样的，因此咱们会看到五彩缤纷的世界，不一样物质发出不一样频率的光的特性在天文学上有一个很是重要的应用，就是分析亿万光年外天体的大气成分。因为不一样物质（包括各类气体）会发出不一样频率的光，因此氢气、氦气、氧气、氮气发出的光的频率是不一样的，只要分析接收到的光谱，就能够很容易得知是什么物质发出来的光，从而得知这个天体的气体成分。

经过光学的基础知识，只能得出光的颜色和频率的关系。但问题又来了，为何不一样物质能够发出不一样频率的光呢？为何在火把面前会感觉到它的温度呢？

无论是初等化学，仍是初等物理，都会讲到物质的最小单元是原子，原子由原子核和围绕在原子核周围的电子组成。原子核带正电、电子带负电，正负抵消，因此物质才不带电。其实这只是表象而已。

对于刚开始接触物理和化学的学生，老师只会给他们讲这个，由于更高深的理论可能老师也不太清楚。然而，在1925年，著名物理学家海森堡就已经给出了答案：电子并不老是存在，而只在原子相互做用下才存在的。

在1925年的一个晚上，海森堡一我的在大街上一边散步，一边思考高深的物理问题（也就是本文要涉及的量子理论），在1925年，可不像如今半夜12点还灯火通明，到了晚上，基本就是漆黑一片，只有零星的路灯，周围的环境只比绝对漆黑亮一点。海森堡忽然看到前方一我的在走路，因为路灯的做用，那我的走到的路灯下，会清楚地看到那我的，当走到黑暗的地方，那我的就会消失，因而海森堡灵光乍现，意识到那我的并非真的显现或消失，只是在路灯和黑暗的做用下才会若隐若现，因而迅速回到办公室，通过复杂的数学计算，获得了咱们前面给出的结论：电子并不老是存在，而只在原子相互做用下才存在。

那么这个结论是什么意思呢？基本的意思就是电子和科幻电影同样，为了解释物质是中性的而虚构出来的，那么物质确实是中性的，这又怎么解释呢？其实解释只有一个，电子确实存在，但并不像咱们想象的那样，将原子核比做恒星，电子比做若干个行星，围绕着原子核恒星旋转，其实这彻底是错误的理解。这只是用宏观世界的展示形式来理解微观世界，量子世界与宏观世界彻底是两回事（看过《蚁人》的同窗应该很清楚）。

确实有一股能量将原子核的能量抵消掉了，这是一堆能量包，或者称为量子的集合（带有能量的粒子），如今的问题是，这些能量包是如何产生的呢？这就要看海森堡的下半句话了：而只在原子相互做用下才存在。这里的原子相互做用是指原子之间的相互碰撞。碰撞就会产生能量，这些能量就是咱们所说的电子，也就是说，电子本质上是通过原子（其实就是原子核）之间不断碰撞而产生的能量包。而不是大多数人认为的像玻璃球同样真实存在的带有维度的小颗粒。这里还有一个隐含的意思，就是为了产生大量的能量包（电子），组成物质的原子必须不断地运动，也就是说，地球上存在的全部物质中的原子都不是静止的，而是不断运动，相互碰撞的。

当原子之间碰撞产生能量包后，能量包（也能够成为量子）会沿着不一样轨道运动，不过根据量子含有的能量大小不一样，这些量子会忽然跳到另外的轨道，在物理学上称为“量子跃迁”，量子跃迁可能会不少次，在必定时间内，量子跃迁的次数称为量子跃迁的频率。某种物质的原子的量子跃迁频率是固定的，而原子之间的碰撞会不断进行，因此量子也会不断产生，就会有不少量子脱离原子，以电磁波形式向外传播，这就是为何咱们会感受到火把、太阳光的温度，由于咱们被脱离原子的量子击中。那么每个量子到底带多少能量呢？咱们都知道爱因斯坦的能量公式：E = mc^2。但在量子物理学中还有另一个用于计算量子包含能量的公式：E = kv。其中k是普朗克常数，而v是一个变量，表示量子跃迁的频率，从光学角度看，就至关于光波的频率。这里的光波本质上就是量子以电磁波形式传播，因此光自己拥有波粒二象性。也就是说，既能够用波的理论解释，也能够用粒子理论解释。根据这个公式，很显然，量子跃迁的频率越高，包含的能量越大，从宏观表现看就是咱们的皮肤感受到越热。

因为量子跃迁的宏观表现就是光的频率，量子跃迁频率越高，光的频率越高，也就是光的颜色越偏蓝色，这样咱们就会感受到越热。因此温度的高低不是由总能量决定的，而是由光的频率（量子跃迁频率）决定的，这也是为何高温的火焰都是呈现蓝色的缘由。

前面说了一大堆，最终获得了一个理论，或称为一个知识点。也就是组成任何已知的物质的原子都是在不断运动的，以便产生量子来抵消原子核的能量，还有就是向外不断以电磁波形式发射能量包（量子）。如今回到本文的主题“振金”上来，根据漫威宇宙的描述，“振金”的原子是彻底静止的，也就是说，“振金”内部是不会产生任何量子的。固然，这也会带来科学上的不严谨，若是不产生量子，物质就会带有能量，很显然，“振金”表面上不带任何能量，只会吸取能量。咱们暂且作一个假设，“振金”的原子核也比较特殊，即便没有量子，在通常状况下，也不会将能量释放出来。但在高速运动（注意，这是一个彩蛋）或在巨大力量撞击时，就会释放原子核中的能量。

看过《美国队长》全系列以及《复仇者联盟》全系列的同窗应该了解美国队长的盾牌，这不是普通的盾牌，而是用“振金”作成的盾牌，就是用这个盾牌，挡住了牌、挡住了牌、挡住了绿巨人的拳头、挡住了雷神的锤子，甚至挡住了得到6块无限原石的灭霸的一记重拳。这些牌都有一个共同点，就是冲击力巨大。而“振金”的特性就是当遇到巨大冲击力时，原子核的能量就会释放（根据冲击力的大小，会释放相应等级的能量），但因为冲击力一样会产生巨大的能量，因此冲击力的能量和原子核所释放的能量正好抵消了，这也是为何用“振金”作的盾牌几乎能够抵御任何强度的能量牌缘由。

其实“振金”还有另一个用途，就是能够提供能源，并且是绝对清洁的能源。由于“振金”原子核蕴含着巨大的能量，经过某些方式可让其释放，因此瓦坎达人发现这一特性后，科技就迅速崛起，由于能源是文明发展的基石，一个文明能控制的能源越多，就发展的越快，科技也会越先进。不过当瓦坎达人在用高速磁悬浮列车运输“振金”时，却须要将“振金”稳定，而黑豹-特查拉同父异母的妹妹苏瑞公主想到一个办法，用声波稳定器在运输的过程当中稳定“振金”。之因此要稳定“振金”，就是由于“振金”中的原子核不光在受到巨大冲击力时会释放能量，并且在高速运动时也会释放能量，相信瓦坎达在之前研究“振金”时也所以出过事，死过人，因此才想到这样一个办法。

《黑豹》中并无解释过声波稳定器的原理，但根据量子理论不难猜到，无外乎用如下两种方式：

1. 加强原子核的稳定性，让其在高速运动时不会释放能量。
2. 让“振金”的原子像普通物质的原子核同样运动和碰撞，产生足够中和“振金”原子核释放出的能量的量子。

无论用那种方法，声波稳定器会将“振金”暂时变成普通的金属。这也就是为何黑豹的“振金”战衣在受到声波稳定器的影响后不能保护黑豹的缘由，由于战衣已经暂时变成了由普通金属作成的战衣了。

在《黑豹》中还有一个场景，瓦坎达人驾驶着由“振金”作成的汽车追一些偷“振金”的贼，结果被有个家伙用从瓦坎达偷走的脉冲武器击中了“振金”汽车，结果“振金”汽车马上零碎了。不少漫威粉感到奇怪，“振金”盾牌甚至能够抵御灭霸的拳头，难道区区一个脉冲枪都抵挡不了？看到有不少人解释，是因为“振金”汽车中参有其余普通金属，脉冲武器就是击中了这些普通金属，因此才会让“振金”汽车解体。我要说的是，你在逗我吗？瓦坎达的“振金”堆成山，就连灯罩都用“振金”作的，还缺汽车上的那几块金属？怎会让“振金”汽车有这么严重的瑕疵。

“振金”汽车被脉冲武器摧毁的缘由只有一个。就是脉冲武器的原理相似于声波稳定器，可让“振金”暂时变成普通金属，没法吸取能量。而“振金”汽车并不像普通的汽车经过焊接和螺丝组装在一块儿。而是经过“振金”零部件中蕴含的能量经过某种方式链接在一块儿的，当“振金”变成普通金属后，没法吸取能量，这些链接就自动失效了，并且脉冲武器应该也会带有必定的能量输出。因此“振金”汽车就会四分五裂。不过“振金”汽车并无爆炸哦，甚至连一点火花都没有。这也说明一点，“振金”汽车使用的能源并非普通汽车使用的汽油或电能，而是使用“振金”自己的能源，也就是说，“振金”汽车自己就是一块超级电池，这块电池释放出的能量也许够这辆汽车使用10000年。估计如今要是有这样的电池，特斯拉就会马上破产了。

另外，《黑豹》开始提了一下，瓦坎达的“振金"是从天而降，是一座小山大小的陨石，想想7000万年前的那次天地大碰撞，形成了地球上恐龙的灭绝。而此次那么大一块“振金"陨石从天而降，瓦坎达以及非洲其余国家居然没什么事，也没出现大范围的灾难，并且瓦坎达人居然还优哉游哉地利用起“振金"发展本身的科技，这也从侧面说明了以下3点：

1. “振金"原子核包含的能量接近于无限大。
2. “振金"陨石撞击地面，本应该产生像核弹爆炸同样的效果，但却没有形成任何大量的人员死亡，缘由只有一个，爆炸所产生的能量被“振金"陨石吸取了。
3. “振金"会根据冲击力大小决定释放出多少能力来中和冲击力所产生的能量，一颗子弹和灭霸的拳头确定不是一个数量级的，产生的能力也会不一样，不然“振金"盾牌反而会伤着美国队长。

好了，本文要解释的理论都说完了，最后感谢漫威宇宙和瓦坎达给咱们带了的视觉盛宴、丰富的想象力以及背后的科学知识，瓦坎达万岁！