0引言
古典物理（二十世纪之前）认为物理量都是连续的，例如能量、动量等其他可以被测量出的物理量，通过这些物理量我们可以描述以及预测物体的运动状态和运动轨迹。然而，现代物理（二十世纪之后）认为某些物理量其实是不连续的，即某些物理量是量子化的，如光电效应反映了光的能量是不连续分布在空间中的。
量子（quantum）是现代物理的重要概念，其来自于拉丁语“quantus”一词，意为相当数量的某种物质，最早由德国物理学家 M·普朗克提出，用以指示能量单位的整数倍。现在量子用以表示最小不可分割的基本单位，即一个物理量是量子化的，最小单位就称为量子。由于量子具有特殊的效应， 量子科学是目前重要的研究热点之一，尤其是量子纠缠，已经引起了各国各方面的重视[1]。
地质学最喜欢、最关注的即各种各样的成因问题，对于这些成因问题的研究，目前研究的对象和研究手段主要包括两个方面：一是较宏观（微米级以上）的地质体或现象；二是原子级别，即各种元素和同位素。目前研究表明，在微米和原子之间还有大量的超微观地质体和现象存在，这些地质体和现象即为纳米地质学的研究范畴。由于纳米尺度的物质是目前认为以及观测到的宏观物质的最小不可分割单元，因此，纳米地质学应是量子科学进入地质学的最恰当的媒介。
1纳米尺度的量子现象
纳米，即 10-9 m，是一个长度单位，1 纳米相当于 4 倍原子大小，纳米与米的比例想当于一枚银币与地球的比例。由于纳米的尺度极小，纳米材料已经表现出了很好的量子效应，例如普通金属费米能级附近的准连续能级在纳米颗粒中会变为离散能级，而半导体中本来存在的窄能障在纳米颗粒中会变宽，当这种能级差大于热能，电场能或者磁场能时，就会呈现出与宏观物体不同的反常特性，即量子尺寸效应。纳米材料的这些量子效应已经被实验证明并且已经应用到日常的生活当中。如纳米 CdSe（硒化镉）表现出了很好的量子尺寸效应，在紫外线的照射下纳米 CdSe 可以发出荧光，并且不同粒径的纳米 CdSe 在紫外线的照射下会发出不同颜色的荧光。将这些不同粒径的纳米CdSe 与不同癌细胞的抗体结合，注射到生物体内，通过紫外线的照射即可以确定病灶的位置。又如当碳纤维达到 10 纳米时，就会产生茸毛效果，即在纳米纤维周围形成一层空气层垫，当液体滴到纳米纤维上时， 就会形成珠粒而流掉， 根据这种性质， 纳米碳纤维可以制成防水布。除此之外，纳米材料的“超导”特性、量子霍尔效应等都是纳米尺度表现出的量子现象，并且这些特性已经应用到日常生活中，给我们的生活带来了很多便利。由此可见，量子现象在纳米尺度的表现很普遍，应用也比较广泛，并且极有可能带来颠覆性的效果。
2纳米地质学中的量子现象
量子现象在人造纳米材料中的发现让量子科学进入纳米世界成为了可能，也为利用纳米材料的量子效应提供了依据。近年来，随着透射电子显微镜（TEM）在地质学中的应用，对于纳米地质学的研究越来越重视。纳米地质学主要研究的对象为纳米尺度的地质体或者现象，目前纳米尺度的地质体及现象在很多地质体中都有发现，尤其是天然纳米颗粒广泛分布于各种地质体中。由于纳米尺度的地质体具有宏观地质体的性质，如各种地质结构、构造特征，元素成分特征等都与宏观地质体类似， 因此纳米尺度的地质体应是宏观地质体最小不可分割单元。此外，矿物的形成过程都会经历纳米矿物微粒阶段，同时某些熔体的形成也都开始于纳米珠滴。因此，纳米地质学为量子科学进入地质学提供了物质基础。
近年来，量子纠缠已经在水晶、金刚石和蓝铜矿上进行了实验，并且证明这些矿物可以做为量子纠缠的载体。除此之外，作者近期的研究成果也表明，在纳米尺度下的黄铜矿与斑铜矿固溶体中，黄铜矿并不是呈连续的状态分布于斑铜矿当中，而是表现出明显波状分布的特征。在量子力学中，由于微观粒子具有波粒二象性，因此波状分布也是量子现象的一种特性。因此，纳米尺度下黄铜矿呈波状出溶于斑铜矿中也是量子现象的一种体现。由此可见，我们可以肯定纳米地质学中存在量子现象，这也为通过纳米地质学将量子科学引入地质学提供了可靠的依据。
3纳米地质学是量子科学应用于地质学的桥梁
上文的阐述表明，纳米地质学不仅具有量子科学进入地质学的物质基础，同时在纳米地质学中已经发现了大量的量子现象，这又为量子科学进入地质学提供了实例，进而增加了量子科学应用于地质学的可能性。量子科学中最为神奇和应用前景最大的莫过于量子纠缠，量子纠缠被看作是最新三项改变人类对宇宙人知的发现之一。同时，量子纠缠现象是一种超乎寻常的超距作用，利用量子纠缠可以实现量子隐形传态、量子密钥分配和量子计算等超高速的信息传递和数据处理。由于量子纠缠的这些超乎寻常的特性，目前许多国家在各方面都开始重视并已展开研究。对于地质学而言，对于量子科学的应用几乎是空白，目前我们最想实现并且可能性最大的就是将量子科学中的量子纠缠应用于地质学的研究当中。
实验表明，量子纠缠是微观世界最普遍的一种现象，同时量子纠缠又是极其脆弱的，尺度比较大的物体之间发生纠缠是比较困难的。如前文所述，纳米地质学不仅在尺度上具有量子现象发生的物质基础，同时实验也证明量子现象在纳米尺度确实存在，因此，我们认为纳米地质学也是将量子纠缠应用于地质学中的良好渠道。首先，我们研究地质学通常最为关注的就是各种成因问题，如岩浆成因、矿床成因、矿物成因。我们在研究这些成因问题时，通常是对记录这些成因的地质体进行研究。研究表明，矿物和某些岩浆都是起始于纳米颗粒或者纳米珠滴，这些纳米尺度的地质体很好的记录了矿物、岩浆形成早期的信息，对于全面研究成因问题是一种极其有效的手段和方法。同时，已经证实纳米尺度存在量子现象。因此，纳米地质学为量子纠缠进入地质学以及应用量子纠缠解决地质问题提供了可能。其次，纳米尺度的地质体具有很强的穿透性，目前的研究结果表明， 地球内部的纳米矿物颗粒可以穿透近千米的覆盖层到达地表，这与量子纠缠的超距作用一致，也符合量子纠缠的特性。最后，纳米地质体具有很强的稳定性。研究表明，纳米地质体跟宏观地质体一样稳定性很强，经历上亿年仍然可以保留地质信息，这为利用量子纠缠寻找隐伏的地质体提供了保障。由此可见，纳米地质学在应用量子科学解决地质问题上具有许多天然的优势，也为地质学的研究和发展提供了一条新途径。
4结论与展望
纳米地质学是一门新型的学科，其主要的研究对象为纳米尺度的地质体和现象。纳米尺度的地质体作为宏观地质体最小不可分单元，为量子科学进入地质学提供了坚实的物质基础。同时，一些研究已经证实纳米地质体具有量子效应，这也为量子科学应用于地质学提供了一定的保证。因此，我们认为纳米地质就是地质学的量子。此外，纳米尺度的地质体具有很小的尺寸，极易发生量子纠缠，并且纳米尺度的地质体具有很强的穿透性和稳定性，是量子纠缠的天然载体，因此我们认为纳米地质学是将量子科学，尤其是量子纠缠应用于地质学最理想的桥梁。
但是，不论纳米地质学还是量子科学，都处于研究的初期阶段，对很多理论、原理以及现象认识都不清楚，将地质学和量子科学结合在一起也必定会产生更多的问题和疑惑。然而，纳米地质学已经为量子科学应用于地质学提供了一个很好的切入点，对量子纠缠进入地质学已经有了一定进展。因此我们相信，量子科学，尤其是量子纠缠终究会真正应用于地质学，并且可以很好的解决地质学问题。
引用格式：刘睿,左蕾,张鹏,赵宗超,陶刚,王坤,陶东平.纳米地质学——量子科学走进地质学的桥梁[J/OL].地学前缘:1-6[2022-06-09].
纳米与米比例示意图。纳米与米的比例与地球与硬币的比例类似
