用量子物理學原理解釋爲何振金能夠吸取能量（論發散思惟的重要性）

寫了不少年技術文章，如今也來作作科普，另外，也讓你們體驗下思惟的真正力量。知識並不重要，重要的是駕馭知識的能力以及天馬行空的想象力！但願廣大讀者不要將本文當成一篇普通的科普文章，而當作進入思惟殿堂的入口。不管讀者從事哪一種職業，思惟，尤爲是發散思惟，都會對你將來的人生起到相當重要的影響。

說在前面的話

儘管本文標題是作一下量子物理學科普以及解釋爲何「振金」能夠吸取能量，但本文所展示的知識關聯和聯想能力是一切科學（包括但不限於計算機、物理、化學、生物學、機械工程學）所必備的基本素養，只有擁有這些能力，纔會在科學研究以及工做中有新的突破。無論你是程序員、仍是科學家、工程師、醫生、教師，都會從這種能力中得到力量。

本文將回答以下爲何：

• 爲何原子要不斷運動
• 如何得知億萬光年外天體的大氣組成
• 爲何咱們會感受到太陽的溫暖
• 高溫火焰爲何是藍色的
• 電子真的存在嗎
• 在量子世界中原子和電子有怎樣的關係
• 光的頻率是怎樣產生的
• 美國隊長的盾牌爲何能那麼抗揍
• 「振金」爲何能吸取能量
• 「振金」爲何能爲瓦坎達提供能源
• 「振金」在經過磁懸浮高速列車運輸時爲何要使用聲波穩定器才安全
• 「振金」汽車爲何會被脈衝武器垂手可得摧毀

正文

相信不少人都看過漫威旗下的各類超級英雄電影。尤爲是2018年上映的幾部，如黑豹、復仇者聯盟3。

不過我在這裏並不會討論電影的細節。而是將焦點放在《黑豹》中的虛構國家瓦坎達中特有的金屬「振金」上。儘管漫威宇宙和《黑豹》的故事是徹底虛構的，但科幻也分爲硬科幻和軟科幻，像那些什麼玄幻小說，徹底胡說八道那種，很明顯屬於軟科幻，也就是毫無科學依據，徹底憑做者的想象力寫成的。而硬科幻儘管故事情節是虛構的，但不少高科技產品或武器都是以現實世界的科學理論爲基礎的延伸，就拿「振金」來講，最引人注目的特性就是能夠吸取能量。那麼問題來了，「振金」也是金屬的一種，爲何能夠吸取能量呢？吸取的能量跑到哪裏去了，其實這個問題徹底能夠用量子物理學解釋。

量子物理，聽起來好高深的樣子，好像是隻有極少數科學家才能玩的東西。其實若是你不試圖用複雜的數學公式去證實假設和推導理論的話，仍是相對好理解的，由於量子就在咱們身邊。

首先要理解一下什麼是量子。要將這個詞分紅兩部分，一個是「量」，一個是「子」，「量」是指能量的意思，「子」是指粒子的意思。也就是說，「量子」的意思就是「帶有能量的粒子」。

如今暫時將量子拋到一邊，感覺一下太陽給咱們帶來的溫暖，然而這些溫暖的感受是怎樣來的呢？ 太陽距離地球1個天文單位（約1.5億千米），咱們怎麼會感受到離得如此遙遠的天體的溫度呢？

咱們拿着三棱鏡折射陽光，會看到三棱鏡將太陽光分解成多種不一樣顏色的光，這就是你們再熟悉不過的七色光（赤橙黃綠青藍紫）。那麼爲何會有不一樣顏色的光呢？其實有過一點點光學知識的同窗都應該清楚，光的顏色是由頻率決定的，頻率越高，顏色就越偏藍，頻率越低，顏色就越偏紅。頻率低到必定程度，發出來的光肉眼就看不到了，稱爲紅外線，頻率高到必定程度，發出來的光肉眼也看不到了，稱爲紫外線。而只有在必定頻率內的光，肉眼纔會看到，稱爲可見光，也就是三棱鏡折射出來的七色光。

其實不一樣物質發出的光的頻率是不一樣的，因此咱們會看到五彩繽紛的世界，不一樣物質發出不一樣頻率的光的特性在天文學上有一個很是重要的應用，就是分析億萬光年外天體的大氣成分。因爲不一樣物質（包括各類氣體）會發出不一樣頻率的光，因此氫氣、氦氣、氧氣、氮氣發出的光的頻率是不一樣的，只要分析接收到的光譜，就能夠很容易得知是什麼物質發出來的光，從而得知這個天體的氣體成分。

經過光學的基礎知識，只能得出光的顏色和頻率的關係。但問題又來了，爲何不一樣物質能夠發出不一樣頻率的光呢？爲何在火把面前會感覺到它的溫度呢？

無論是初等化學，仍是初等物理，都會講到物質的最小單元是原子，原子由原子核和圍繞在原子核周圍的電子組成。原子核帶正電、電子帶負電，正負抵消，因此物質纔不帶電。其實這只是表象而已。

對於剛開始接觸物理和化學的學生，老師只會給他們講這個，由於更高深的理論可能老師也不太清楚。然而，在1925年，著名物理學家海森堡就已經給出了答案：電子並不老是存在，而只在原子相互做用下才存在的。

在1925年的一個晚上，海森堡一我的在大街上一邊散步，一邊思考高深的物理問題（也就是本文要涉及的量子理論），在1925年，可不像如今半夜12點還燈火通明，到了晚上，基本就是漆黑一片，只有零星的路燈，周圍的環境只比絕對漆黑亮一點。海森堡忽然看到前方一我的在走路，因爲路燈的做用，那我的走到的路燈下，會清楚地看到那我的，當走到黑暗的地方，那我的就會消失，因而海森堡靈光乍現，意識到那我的並非真的顯現或消失，只是在路燈和黑暗的做用下才會若隱若現，因而迅速回到辦公室，通過複雜的數學計算，獲得了咱們前面給出的結論：電子並不老是存在，而只在原子相互做用下才存在。

那麼這個結論是什麼意思呢？基本的意思就是電子和科幻電影同樣，爲了解釋物質是中性的而虛構出來的，那麼物質確實是中性的，這又怎麼解釋呢？其實解釋只有一個，電子確實存在，但並不像咱們想象的那樣，將原子核比做恆星，電子比做若干個行星，圍繞着原子核恆星旋轉，其實這徹底是錯誤的理解。這只是用宏觀世界的展示形式來理解微觀世界，量子世界與宏觀世界徹底是兩回事（看過《蟻人》的同窗應該很清楚）。

確實有一股能量將原子核的能量抵消掉了，這是一堆能量包，或者稱爲量子的集合（帶有能量的粒子），如今的問題是，這些能量包是如何產生的呢？這就要看海森堡的下半句話了：而只在原子相互做用下才存在。這裏的原子相互做用是指原子之間的相互碰撞。碰撞就會產生能量，這些能量就是咱們所說的電子，也就是說，電子本質上是通過原子（其實就是原子核）之間不斷碰撞而產生的能量包。而不是大多數人認爲的像玻璃球同樣真實存在的帶有維度的小顆粒。這裏還有一個隱含的意思，就是爲了產生大量的能量包（電子），組成物質的原子必須不斷地運動，也就是說，地球上存在的全部物質中的原子都不是靜止的，而是不斷運動，相互碰撞的。

當原子之間碰撞產生能量包後，能量包（也能夠成爲量子）會沿着不一樣軌道運動，不過根據量子含有的能量大小不一樣，這些量子會忽然跳到另外的軌道，在物理學上稱爲「量子躍遷」，量子躍遷可能會不少次，在必定時間內，量子躍遷的次數稱爲量子躍遷的頻率。某種物質的原子的量子躍遷頻率是固定的，而原子之間的碰撞會不斷進行，因此量子也會不斷產生，就會有不少量子脫離原子，以電磁波形式向外傳播，這就是爲何咱們會感受到火把、太陽光的溫度，由於咱們被脫離原子的量子擊中。那麼每個量子到底帶多少能量呢？咱們都知道愛因斯坦的能量公式：E = mc^2。但在量子物理學中還有另一個用於計算量子包含能量的公式：E = kv。其中k是普朗克常數，而v是一個變量，表示量子躍遷的頻率，從光學角度看，就至關於光波的頻率。這裏的光波本質上就是量子以電磁波形式傳播，因此光自己擁有波粒二象性。也就是說，既能夠用波的理論解釋，也能夠用粒子理論解釋。根據這個公式，很顯然，量子躍遷的頻率越高，包含的能量越大，從宏觀表現看就是咱們的皮膚感受到越熱。

因爲量子躍遷的宏觀表現就是光的頻率，量子躍遷頻率越高，光的頻率越高，也就是光的顏色越偏藍色，這樣咱們就會感受到越熱。因此溫度的高低不是由總能量決定的，而是由光的頻率（量子躍遷頻率）決定的，這也是爲何高溫的火焰都是呈現藍色的緣由。

前面說了一大堆，最終獲得了一個理論，或稱爲一個知識點。也就是組成任何已知的物質的原子都是在不斷運動的，以便產生量子來抵消原子核的能量，還有就是向外不斷以電磁波形式發射能量包（量子）。如今回到本文的主題「振金」上來，根據漫威宇宙的描述，「振金」的原子是徹底靜止的，也就是說，「振金」內部是不會產生任何量子的。固然，這也會帶來科學上的不嚴謹，若是不產生量子，物質就會帶有能量，很顯然，「振金」表面上不帶任何能量，只會吸取能量。咱們暫且作一個假設，「振金」的原子核也比較特殊，即便沒有量子，在通常狀況下，也不會將能量釋放出來。但在高速運動（注意，這是一個彩蛋）或在巨大力量撞擊時，就會釋放原子核中的能量。

看過《美國隊長》全系列以及《復仇者聯盟》全系列的同窗應該瞭解美國隊長的盾牌，這不是普通的盾牌，而是用「振金」作成的盾牌，就是用這個盾牌，擋住了牌、擋住了牌、擋住了綠巨人的拳頭、擋住了雷神的錘子，甚至擋住了得到6塊無限原石的滅霸的一記重拳。這些牌都有一個共同點，就是衝擊力巨大。而「振金」的特性就是當遇到巨大沖擊力時，原子核的能量就會釋放（根據衝擊力的大小，會釋放相應等級的能量），但因爲衝擊力一樣會產生巨大的能量，因此衝擊力的能量和原子核所釋放的能量正好抵消了，這也是爲何用「振金」作的盾牌幾乎能夠抵禦任何強度的能量牌緣由。

其實「振金」還有另一個用途，就是能夠提供能源，並且是絕對清潔的能源。由於「振金」原子核蘊含着巨大的能量，經過某些方式可讓其釋放，因此瓦坎達人發現這一特性後，科技就迅速崛起，由於能源是文明發展的基石，一個文明能控制的能源越多，就發展的越快，科技也會越先進。不過當瓦坎達人在用高速磁懸浮列車運輸「振金」時，卻須要將「振金」穩定，而黑豹-特查拉同父異母的妹妹蘇瑞公主想到一個辦法，用聲波穩定器在運輸的過程當中穩定「振金」。之因此要穩定「振金」，就是由於「振金」中的原子核不光在受到巨大沖擊力時會釋放能量，並且在高速運動時也會釋放能量，相信瓦坎達在之前研究「振金」時也所以出過事，死過人，因此纔想到這樣一個辦法。

《黑豹》中並無解釋過聲波穩定器的原理，但根據量子理論不難猜到，無外乎用如下兩種方式：

1. 加強原子核的穩定性，讓其在高速運動時不會釋放能量。
2. 讓「振金」的原子像普通物質的原子核同樣運動和碰撞，產生足夠中和「振金」原子核釋放出的能量的量子。

無論用那種方法，聲波穩定器會將「振金」暫時變成普通的金屬。這也就是爲何黑豹的「振金」戰衣在受到聲波穩定器的影響後不能保護黑豹的緣由，由於戰衣已經暫時變成了由普通金屬作成的戰衣了。

在《黑豹》中還有一個場景，瓦坎達人駕駛着由「振金」作成的汽車追一些偷「振金」的賊，結果被有個傢伙用從瓦坎達偷走的脈衝武器擊中了「振金」汽車，結果「振金」汽車馬上零碎了。不少漫威粉感到奇怪，「振金」盾牌甚至能夠抵禦滅霸的拳頭，難道區區一個脈衝槍都抵擋不了？看到有不少人解釋，是因爲「振金」汽車中參有其餘普通金屬，脈衝武器就是擊中了這些普通金屬，因此纔會讓「振金」汽車解體。我要說的是，你在逗我嗎？瓦坎達的「振金」堆成山，就連燈罩都用「振金」作的，還缺汽車上的那幾塊金屬？怎會讓「振金」汽車有這麼嚴重的瑕疵。

「振金」汽車被脈衝武器摧毀的緣由只有一個。就是脈衝武器的原理相似於聲波穩定器，可讓「振金」暫時變成普通金屬，沒法吸取能量。而「振金」汽車並不像普通的汽車經過焊接和螺絲組裝在一塊兒。而是經過「振金」零部件中蘊含的能量經過某種方式鏈接在一塊兒的，當「振金」變成普通金屬後，沒法吸取能量，這些鏈接就自動失效了，並且脈衝武器應該也會帶有必定的能量輸出。因此「振金」汽車就會四分五裂。不過「振金」汽車並無爆炸哦，甚至連一點火花都沒有。這也說明一點，「振金」汽車使用的能源並非普通汽車使用的汽油或電能，而是使用「振金」自己的能源，也就是說，「振金」汽車自己就是一塊超級電池，這塊電池釋放出的能量也許夠這輛汽車使用10000年。估計如今要是有這樣的電池，特斯拉就會馬上破產了。

另外，《黑豹》開始提了一下，瓦坎達的「振金"是從天而降，是一座小山大小的隕石，想想7000萬年前的那次天地大碰撞，形成了地球上恐龍的滅絕。而此次那麼大一塊「振金"隕石從天而降，瓦坎達以及非洲其餘國家居然沒什麼事，也沒出現大範圍的災難，並且瓦坎達人居然還優哉遊哉地利用起「振金"發展本身的科技，這也從側面說明了以下3點：

1. 「振金"原子核包含的能量接近於無限大。
2. 「振金"隕石撞擊地面，本應該產生像核彈爆炸同樣的效果，但卻沒有形成任何大量的人員死亡，緣由只有一個，爆炸所產生的能量被「振金"隕石吸取了。
3. 「振金"會根據衝擊力大小決定釋放出多少能力來中和衝擊力所產生的能量，一顆子彈和滅霸的拳頭確定不是一個數量級的，產生的能力也會不一樣，不然「振金"盾牌反而會傷着美國隊長。

好了，本文要解釋的理論都說完了，最後感謝漫威宇宙和瓦坎達給咱們帶了的視覺盛宴、豐富的想象力以及背後的科學知識，瓦坎達萬歲！