[打听] 为什么“量子”往往与高频相关？“声子”是什么？常见的声音，频率高了也会成为“声量子，声子”吗？

图1  quantum+acoustics.webp

https://www.hybridquantumlab.com/new-blog/2023/9/4/congrats-dr-kitzman

   Schematic of various quantum acoustics architectures. A superconducting qubit (center) is used as a tool for investigating the quantum mechanical behavior of phononic systems such as surface acoustic waves (SAWs), bulk phonons, phononic crystal resonators, and suspended membranes, just to name a few.

   各种量子声学架构的示意图。超导量子比特（中心）被用作研究声子系统量子力学行为的工具，如表面声波（SAW）、体声子、声子晶体谐振器和悬浮膜，仅举几例。

一、打听：为什么“量子”往往与高频关联？

   量子化的声波(机械波)称为声量子或声子。

   同光类似，一般称为声波的声，当波长很短时也明显表现为粒子性，称为声子。

二、费米：你所计算的过程有一个清晰的物理图像

1901-09-29 ~ 1954-11-28, 53

   著名物理学家费米 Enrico Fermi 说：

   “进行理论物理计算一般有两种的途径。第一条，这一条也是我所喜欢的，是对你所计算的过程有一个清晰的物理图像。另一条是具有一个明确而又自洽的数学形式体系。”

   “There are two ways of doing calculations in theoretical physics”, he said. “One way, and this is the way I prefer, is to have a clear physical picture of the process that you are calculating. The other way is to have a precise and self-consistent mathematical formalism.”

三、狄利克雷：用清晰的思想代替盲目的计算

1805-02-13 ~ 1859-05-05, 54

   狄利克雷（Johann Peter Gustav Lejeune Dirichlet）：

   “用清晰的思想代替盲目的计算

   Replacing blind calculations by clear ideas.”

（1）

（2）

（3）

图2  从（1）到（3），频率越来越高的正弦波

参考资料：

[1] 2024-10-12，波/wave/应崇福，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=56991&Type=bkzyb&SubID=61900

   上述实验情况下，光的能量是不连续的，是量子化的，也就是说光是量子，由此称为光子。它的能量是hv，h是普朗克常数，v是光的频率。同光类似，一般称为声波的声，当波长很短时也明显表现为粒子性，称为声子。不过声子只存在于物质中，是物质振动的整体效应，与光子是不同类型的。因此，波又有粒子性，在碰撞时遵守能量和动量守恒定律。这种情况一般在波与物质相互作用时表现出来。另一方面，静止质量不为零的微观粒子，在传播时也会具有波的特性。这样大为扩大了波的范围。

[2] 量子声学/quantum acoustics/张海澜，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=57153&Type=bkzyb&SubID=61897

   通常声学研究的对象是宏观的，不必考虑传播介质的微观结构，因此把介质看作是连续的，声波的能量也是连续的。但对于频率很高的声波(通常频率大于10⁹赫)，波长与微观结构的尺度(如原子间距等)相当，就必须考虑介质的微观结构。原子、分子等微观结构需要用量子力学来描述，与需要考虑介质微观结构对应的声学就是量子声学。

   量子化的声波(机械波)称为声量子或声子。声子是一种准粒子，能量是hν(h是普朗克常数，ν是振动频率)。它的某些性质像光子，具有波粒二象性。可以说，广义的量子声学是研究声子的各种行为的声学分支。通常把金属中的点阵振动称为热声子，而量子声学着重讨论外加声波(声子)与物质微观结构的作用，包括与其他准粒子(如热声子、各种激子)和基本粒子(如电子、光子)的碰撞等，这些相互作用是揭示和理解近代物理中许多重要现象的物理基础。

[3] 科普中国，2024-05-16，国际光日｜光包含无数光子，声音里也有声子吗？

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=495441

   微观尺度上的“声波”一般叫做“格波”。

   声子是一种准粒子

   声子具有能量，行为类似光子、电子等，具有粒子的基本性质。而且，声子还可以形成双缝干涉条纹，具有波的性质。跟光子一样，其存在模式也是波粒二象性。

   然而，声子不能脱离原子晶格而存在，在真空中，声子不存在，但光子则可以在真空中存在。

   所以目前，人们一般将声子归类为一种“准粒子”，我们可以简单认为它是我们熟悉的那些粒子的某种形式的“替身”，因为特征行为是类似的。

   声子和光子、电子等粒子一样，具有波粒二象性。所以它们的存在本质并无不同。

   什么地方能出现，什么地方不能出现，这并不是关键，仅仅是不同粒子各自的性质不同而已，而其存在模式是否属于波粒二象性才是关键。

   准粒子

   准粒子是凝聚态物理中用来描述复杂多体系统中集体激发行为的抽象概念。虽然不是真实的粒子，但它们的行为可以用类似粒子的方式描述，例如具有有效质量、电荷和动量。常见的准粒子包括声子（晶格振动）、激子（电子-空穴对）、极化子和磁振子等。在本文中，“极化子”和“涟漪极化子”都是电子与环境相互作用形成的准粒子，体现了量子系统中“整体大于部分之和”的特性。

[4] Freeman Dyson. A meeting with Enrico Fermi [J]. Nature, 2004, 427(6972): 297-297.

doi: https://doi.org/10.1038/427297a

https://www.nature.com/articles/427297a

[5] S. H. Lui (Shiu-Hong Lui), An Interview with Vladimir Arnol'd [J], Notices of the AMS, 1997, 44(4): 432-438.

https://www.ams.org/journals/notices/199704/arnold.pdf

https://www.ams.org/journals/notices/199704/index.html

以前的《科学网》相关博文链接：

[1] 2025-11-05 16:47，[推荐] 曹则贤老师 2020 年的论文《什么是量子力学？ What is quantum mechanics?》 

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1509036.html

[2] 2024-07-18 22:50，[请教] 《物理学》里光子（光量子）能量 E=hν 精确成立的条件是什么？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1442847.html

[3] 2025-08-23 20:42，[资料，科普] 量子力学的哥本哈根诠释（13）： 希尔伯特 David Hilbert 与数学

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1498842.html

[4] 2025-10-10 19:09，[讨论，优先权] 上帝掷不掷骰子？量子力学的波函数与采样定理

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1505413.html

[5] 2022-10-13 14:58，[求助] 关于“量子纠缠”的科普级答疑

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1359275.html

[6] 2025-06-19 22:48，[资料，科普，汇集] 杨振宁（Chen Ning Yang）老师谈“渗透式”学习

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1490497.html

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