你对量子力学了解多少?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-08-02
量子力学的基本内容

量子力学的基本原理包括量子态的概念,运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。 在量子力学中,一个物理体系的状态由态函数表示,态函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程,该方程预言体系的行为,物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示;测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作,对应于代表该量的算符对其态函数的作用;测量的可能取值由该算符的本征方程决定,测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。 (一般而言,量子力学并不对一次观测确定地预言一个单独的结果.取而代之,它预言一组可能发生的不同结果,并告诉我们每个结果出现的概率.也就是说,如果我们对大量类似的系统作同样地测量,每一个系统以同样的方式起始,我们将会找到测量的结果为A出现一定的次数,为B出现另一不同的次数等等.人们可以预言结果为A或B的出现的次数的近似值,但不能对个别测量的特定结果做出预言.) 态函数的平方代表作为其变数的物理量出现的几率。根据这些基本原理并附以其他必要的假设,量子力学可以解释原子和亚原子的各种现象。 根据狄拉克符号表示,态函数,用表示,态函数的概率密度用ρ=表示,其概率流密度用(/2mi)(Ψ*▽Ψ-Ψ▽Ψ*)表示,其概率为概率密度的空间积分。 态函数可以表示为展开在正交空间集里的态矢比如|Ψ(x)>=∑|ρ_i>,其中|ρ_i>为彼此正交的空间基矢,=δm,n为狄拉克函数,满足正交归一性质。 态函数满足薛定谔波动方程,i(d/dt)|m>=H|m>,分离变数后就能得到不含时状态下的演化方程H|m>=En|m>,En是能量本征值,H是哈密顿能量算子。 于是经典物理量的量子化问题就归结为薛定谔波动方程的求解问题。 关于量子力学的解释涉及许多哲学问题,其核心是因果性和物理实在问题。按动力学意义上的因果律说,量子力学的运动方程也是因果律方程,当体系的某一时刻的状态被知道时,可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。 但量子力学的预言和经典物理学运动方程(质点运动方程和波动方程)的预言在性质上是不同的。在经典物理学理论中,对一个体系的测量不会改变它的状态,它只有一种变化,并按运动方程演进。因此,运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。 但在量子力学中,体系的状态有两种变化,一种是体系的状态按运动方程演进,这是可逆的变化;另一种是测量改变体系状态的不可逆变化。因此,量子力学对决定状态的物理量不能给出确定的预言,只能给出物理量取值的几率。在这个意义上,经典物理学因果律在微观领域失效了。 据此,一些物理学家和哲学家断言量子力学摈弃因果性,而另一些物理学家和哲学家则认为量子力学因果律反映的是一种新型的因果性——几率因果性。量子力学中代表量子态的波函数是在整个空间定义的,态的任何变化是同时在整个空间实现的。 20世纪70年代以来,关于远隔粒子关联的实验表明,类空分离的事件存在着量子力学预言的关联。这种关联是同狭义相对论关于客体之间只能以不大于光速的速度传递物理相互作用的观点相矛盾的。于是,有些物理学家和哲学家为了解释这种关联的存在,提出在量子世界存在一种全局因果性或整体因果性,这种不同于建立在狭义相对论基础上的局域因果性,可以从整体上同时决定相关体系的行为。 量子力学用量子态的概念表征微观体系状态,深化了人们对物理实在的理解。微观体系的性质总是在它们与其他体系,特别是观察仪器的相互作用中表现出来。 人们对观察结果用经典物理学语言描述时,发现微观体系在不同的条件下,或主要表现为波动图象,或主要表现为粒子行为。而量子态的概念所表达的,则是微观体系与仪器相互作用而产生的表现为波或粒子的可能性。 量子力学表明,微观物理实在既不是波也不是粒子,真正的实在是量子态。真实状态分解为隐态和显态,是由于测量所造成的,在这里只有显态才符合经典物理学实在的含义。微观体系的实在性还表现在它的不可分离性上。量子力学把研究对象及其所处的环境看作一个整体,它不允许把世界看成由彼此分离的、独立的部分组成的。关于远隔粒子关联实验的结论,也定量地支持了量子态不可分离 . 不确定性指经济行为者在事先不能准确地知道自己的某种决策的结果。或者说,只要经济行为者的一种决策的可能结果不止一种,就会产生不确定性。 不确定性也指量子力学中量子运动的不确定性。由于观测对某些量的干扰,使得与它关联的量(共轭量)不准确。这是不确定性的起源。 不确定性,经济学中关于风险管理的概念,指经济主体对于未来的经济状况(尤其是收益和损失)的分布范围和状态不能确知。 在量子力学中,不确定性指测量物理量的不确定性,由于在一定条件下,一些力学量只能处在它的本征态上,所表现出来的值是分立的,因此在不同的时间测量,就有可能得到不同的值,就会出现不确定值,也就是说,当你测量它时,可能得到这个值,可能得到那个值,得到的值是不确定的。只有在这个力学量的本征态上测量它,才能得到确切的值。 在经典物理学中,可以用质点的位置和动量精确地描述它的运动。同时知道了加速度,甚至可以预言质点接下来任意时刻的位置和动量,从而描绘出轨迹。但在微观物理学中,不确定性告诉我们,如果要更准确地测量质点的位置,那么测得的动量就更不准确。也就是说,不可能同时准确地测得一个粒子的位置和动量,因而也就不能用轨迹来描述粒子的运动。这就是不确定性原理的具体解释。 波尔波尔,量子力学的杰出贡献者,波尔指出:电子轨道量子化概念。波尔认为,原子核具有一定的能级,当原子吸收能量,原子就跃迁更高能级或激发态,当原子放出能量,原子就跃迁至更低能级或基态,原子能级是否发生跃迁,关键在两能级之间的差值。根据这种理论,可从理论计算出里德伯常理,与实验符合的相当好。可波尔理论也具有局限性,对于较大原子,计算结果误差就很大,波尔还是保留了宏观世界中,轨道的概念,其实电子在空间出现的坐标具有不确定性,电子聚集的多,就说明电子在这里出现的概率较大,反之,概率较小。很多电子聚集在一起,可以形象的称为电子云。

量子力学的核心概念是波函数。给定系统的波函数就能够完整描述该系统的运动状态,即描述该系统的全部可测量的物理量的具体情况,亦即该系统的能量、动量、角动量、位置等等物理量到底是多少乃至它们怎样随时间而变;当然,一般来说,波函数只能说出系统的某个物理量为某个具体数值的概率有多大(即多次同样的测量所得到的该数值的占比是多少),而不能说出该系统的物理量一定等于某个值,除非该系统对于该物理量存在所谓的本征态及相应的本征值。
量子力学的基本假设(或原理或公式,它们本质上都是须经实践检验的假设)包括:态(波函数)叠加原理,波函数的统计诠释,测不准原理,观测量的算符化,测量的投影假设(即波包缩编、波函数坍缩等),运动方程(如薛定谔方程)。这些假设都是为了具体计算波函数并将它与实验数据相比较而创立的,其间涉及大量的数学推演。
经典的哈密顿方程,通过力学量算符化改造,或说正则量子化(即加入基本对易关系)后,就能变成量子力学的方程;反之,令h趋于0,量子力学的方程也可退化成经典形式。拉格朗日量在相对论化的量子力学方程中也常要用到。总之,在形式上,经典方程与量子方程有一脉相承的关系,但在对方程的各个要素的物理诠释上,两者相差很大。可以说,量子力学是以一种全新的方式在描述自然的运作。

下面是一些与你的问题不很相关但也值得浏览一下的解说——
  量子物理不同于经典物理的一个地方是:量子物理认为量子系统在微观测之前可以处于客观的不确定状态(不是由于我们主观上尚不认识事物的那种主观不确定),观测可使量子系统“缩编”到某个确定的状态;而经典物理是没有“客观的不确定状态”一说的——它认为,即使我们不知道系统的确切状态,系统在客观上也是处于某个确定的状态。这一重要区别,我认为是说,更真实的量子系统一般总是处于多种状态共存的叠加状态(或说,多种状态都是潜在的、隐含的),一次测量,可使其中一种状态成为显现的状态……总之,多态叠加是量子力学的微妙的核心之一。
  费曼说过:量子力学本身就是一个奥秘。其一是动量与波长关联,其二是振幅是复数。负动能意味着虚动量,这又使得描述实动量的振荡式的波动,变成了指数衰减函数,这就意味着粒子可入负动能区,但几率要指数递减……这就是量子力学描述世界的方式,迥异于经典方式。
  每个物理量的经典测量的不准确度原则上可以任意小,而量子力学的测量则是对于相容的物理量来说,不准确度原则上可以任意小,但对不相容的物理量(比如坐标与速度这对物理量就是不相容的)来说,每个量不准确度原则上也可以任意小,但这两个量的不准确度的乘积却有一个原则性的、有限的下限。
我们不能象经典物理要求的那样可以知道粒子在任意时刻的确切位置与速度,只能从波函数得知其位置与速度的概率性的分布,而这种概率性的分布也是一种规律。
经典物理认为粒子与波动是两个层次的东西,根本不是一回事儿;而量子力学却认为两者是相伴相随的、密不可分的一个整体,是一体的两面,没有谁产生谁的问题。
  微观世界的奇异性在于“波粒二象性”——微粒不再像以往以为的那样是个小小的实体球一样的东西,而且可以沿着一条确定的轨迹运动。它实际上已没有什么确切的大小、形状、位置、轨迹可言,这些经典概念统统都不适于描述微观世界及其运动。微粒已变得像波那样弥散于广阔的空间里。所有微粒都具有波粒二象性——它既像颗粒状的分立的粒子、又像云雾状的弥散的波动,而且粒子的动量直接与波动的波长成反比。

量子力学5条基本原理 :
1。波函数 其模平方为在空间发现粒子的概率
2. 用算符表示力学量
3. 薛定谔方程求解波函数 定态下简化为本征值方程
4. 一个状态可以用某一具有完全系的力学量的表象表出 其系数的模平方等于在该状态下测量该力学量得到相应本征值的概率 这是量子力学与实验结合的最好的地方 也是量子力学被接受的原因之一
5. 全同性原理 处理多粒子体系

另外,态叠加,测不准原理,微扰法,跃迁,散射,自旋,== 用于处理实际问题

时间和空间、质能关系式、薛定谔方、力学算符Px、Py、Pz及对易关系,测不准关系等

物理学中很多理论看起来会很玄很深奥,但另一方面它却在我们实际生活中发生着确确实实的效用。比如基于量子力学理论所创建的晶体管,激光器,量子光学,分子器件等。因此我觉得物理学中,科学家对某一理论的本质不需要有太深入的了解,浅尝辄止,发掘到它具有应用实际的层面就行了。

而如果一定要探寻某一理论或者某一现象的本质是什么,我想,那大概是哲学家要做的事情了。

这里写不完。。。

非定域性,实在性,退相干,对称性,量子纠缠,混态等等。每样都可以写厚厚几本书。

补充的路过:量子信息论,量子计算机,量子论解释多元宇宙。。。。。。都是很有意思的

  • 你对量子力学了解多少?
    答:1。波函数 其模平方为在空间发现粒子的概率 2. 用算符表示力学量 3. 薛定谔方程求解波函数 定态下简化为本征值方程 4. 一个状态可以用某一具有完全系的力学量的表象表出 其系数的模平方等于在该状态下测量该力学量得到相应本征值的概率 这是量子力学与实验结合的最好的地方 也是量子力学被接受...
  • 量子力学为什么可怕 量子力学的世界真相
    答:1、如果你对量子力学的概念感到困惑,不要慌,我相信你并不是唯一的一个。正如物理学家费恩曼所说的:“我想我可以有把握地说,没有人理解量子力学。”2、然而,量子理论却渗透到我们生活的方方面面,它描述了我们生活的这个世界是如何运作的。例如,我们每天沐浴在太阳光之中,你可曾思考过为什么太阳...
  • 谈谈量子力学
    答:最重要的是,量子力学家们说,宏观世界的相对稳定,确保了“你坐在二楼的沙发上,不会因为地板的突然消失,而掉到一楼女主人的席梦思床上。” 然而,事情的荒诞,远不止于此,量子理论对传统观念的颠覆性,远远超越了人们的想象力。玻尔曾经说过,如果你在公园里,和一个陌生人坐在一条长椅上,和他慢慢地慢慢地讲量子力...
  • 其实你可以完全了解量子力学
    答:虚粒子:根据量子力学的不确定原理(之后会提到),宇宙中能量在短暂时间内在固定的总数值左右起伏,在这起伏时间里,会诞生粒子,之后又消失。 当你学习知识时,或许你需要先站在伟人的肩上。 我想我可以很有把握的说,没有人懂量子力学。 理查德·费曼 1965年诺贝尔物理学奖得主上帝很微妙,但他不会恶作剧。我又很怀疑...
  • 谈谈量子力学理论,送分给你
    答:量子力学的有些解释要求在时间上倒过来传播的信号,而所有解释都要求即使粒子相距很远也能彼此瞬间交换信息。这些也许就是理性飞跃的标志。 然而,量子理论就像烹调全书中的食谱,可以用来计算原子和其它粒子系统的性质。你可以按照食谱烘烤出蛋糕而不必了解烤炉中发生的物理过程,同样你可以利用量子法则计算比如氢的光谱而不必...
  • 颠覆思维,你也能懂量子力学
    答:6. 量子力学的发展和应用,让我们对世界的认知发生了翻天覆地的变化。我们对于量子世界的探索,就像300多年前对光的探索一样,充满了未知和挑战。7. 量子力学的发展,不仅改变了我们对世界的认知,也为我们提供了新的技术和工具,如量子计算机、量子通信等。这些技术和工具,将极大地改变我们的生活和...
  • 量子力学入门必备的4个概念(说人话版)
    答:4. 量子意识 - 量子力学的现象 电子这些东西,在你没有测量的时候,它处处都存在,也处处不存在,一旦你测量,电子就有个固定状态出来了。 意识也是这样,一个没有任何分别心的人,“对境无心”,看花不是花,此时他的意识处于自由的状态;如果你看到这朵花,一下子动念头了,动念头的实质就是作了测量。你用鼻子作...
  • 颠覆思维,你也能懂量子力学
    答:颠覆思维之一、量子化无处不在 从量子的名字看,很多人看到叫“子”,就认为是一种微小颗粒。在理解量子时,请忽略后边的“子”字,而看前边的“量”字。量子,拉丁语本意为“有多少”,代表“一定数量的某物质”。 量子力学,虽然研究基本粒子,但是量子化,却是宇宙的属性。大到行星、小到细胞,最终分解都是可以量...
  • 量子力学主要讲了什么
    答:已赞过 已踩过< 你对这个回答的评价是? 评论 收起 快听学长说 2020-12-30 · 贡献了超过142个回答 知道答主 回答量:142 采纳率:0% 帮助的人:2万 我也去答题访问个人页 关注 展开全部 带你揭开量子力学神秘面纱!一起了解薛定谔的猫!原来它们是这样 已赞过 已踩过< 你对这个回答的评价是...
  • 如何通过学习量子力学来提高自己的科学素养?
    答:6.应用到其他领域:量子力学不仅仅是一门理论学科,它还有许多实际应用。例如在计算机科学、通信技术等领域都有广泛的应用。了解这些应用可以帮助你更好地理解量子力学的价值。总的来说,学习量子力学需要耐心和毅力,但它可以提供一种全新的视角来看待世界,从而提高你的科学素养。