PART3.量子力學的規範

　【時報科學與人文】版面推出後，李政道院士寫的文章中指出，20世紀初，科學概念曾產生革命性的變化。透過普朗克、愛因斯坦、波爾、海森堡、薛定格、狄拉克、費米等偉大物理學家的開創性工作，建立了統馭微觀世界物質運行法則的量子力學和量子統計學。幾乎20世紀所有的科技文明都由量子力學和量子統計學這些理論的應用發展而來。根據量子力學理論，任何物質都呈現粒子與波(稱為物質波，或德布洛利波-de Broglie Wave)的雙重性。

　在巨觀狀態下，此量子性的表象完全可以忽略。而在微觀世界，德布洛利波是明顯存在且可測定的物理量。例如一般家用電視之映像管為產生影像所發出的電子束，其相應的德布洛利波的波長約為零點二奈米(~2x10-10公尺)，相當於一個原子的大小，這時電子的行為呈現粒子與波動的雙重特性，必須依循量子力學的規範。

　我們日常生活中所接觸的大多數物質，是由超過兆億個原子以規則的排列形成特定的結構。以金飾為例，一個普通的金戒指大約含超過兆億個(大於1023)金原子。其基本單位是一個立方晶體的原胞，所有原子以週期性的排列組合而成。科學家可以用量子力學原理僅就立方體的原胞結構做計算，然後依週期性的展延得到固體金塊的物質特性。由此我們可以完全瞭解金塊之所以具有高導電性、高化學穩定性、高熔點、具延展性及呈金黃色外觀等特質。

　然而，在奈米尺度時，隨著尺寸的大小，其所含的原子數只約在幾十個到上百萬個。此時，物質不再具有前述塊狀系統所具有的結構週期性特徵。在平常狀態下，系統內的電子波的長度約與整個系統的大小相當，這時電子的波動性在呈現物質特性時得以充分的展現，也就是量子效應將主導其物性行為。

　奈米結構的幾何形狀，表面積的大小及相互之間的作用也將決定其性質，而展現出顯著改善或全然不同的物理、化學的特性和現象。例如金的奈米微粒，不再具有導電性，其外觀顏色也隨顆粒大小而變，熔點下降到只有約攝氏六百度，且具有異常高的化學反應活性，這與我們所熟悉的黃金特質完全不同。因此，金的奈米微粒，不再可用為飾物，但它在如藥物輸送治療疾病上的應用，將有極大的發展空間。

★「由下而上」之自組裝技術突破