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如何通俗的理解量子力学?
′这是一个很大的题目。择其要点,用大家喜闻乐见的语言回答与传统的经典力学不同的地方,这样可能达到“通俗易懂”的目的。
1.什么是量子。一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子。量子的能量、电荷、出现的位置、动量、角动量等物理量的分布是不连续的。量子物理遵守统计规律,波粒二象性,海森堡测不准(不确定)原理等规律。
2.什么是量子力学。 量子力学本身是在1923-1927年一段时间中建立起来的。两个等价的理论——矩阵力学和波动力学几乎同时提出。矩阵力学的提出与玻尔的早期量子论有很密切的关系。海森堡一方面继承了早期量子论中合理的内核,如能量量子化、定态、跃迁等概念,同时又摒弃了一些没有实验根据的概念,如电子轨道的概念。海森堡、玻恩和约尔丹的矩阵力学,从物理上可观测量,赋予每一个物理量一个矩阵,它们的代数运算规则与经典物理量不同,遵守乘法不可易的代数。波动力学来源于物质波的思想。薛定谔在物质波的启发下,找到一个量子体系物质波的运动方程——薛定谔方程,它是波动力学的核心。
后来薛定谔还证明,矩阵力学与波动力学完全等价,它是同一种力学规律的两种不同形式的表述。事实上,量子理论还可以更为普遍的表述出来,这是狄拉克和约尔丹的工作。 量子物理学的建立是许多物理学家共同努力的结晶,它标志着物理学研究工作第一次集体的胜利。
3.量子力学研究的范围是微小粒子的物理行为,是大量不确定的运动粒子运动时的物理事件出现的概率。量子力学基本的数学模型建立于:量子态的描述和统计诠释、运动方程、观测物理量之间的对应规则、测量公设、全同粒子公设的基础上。以解释(解决)量子物理中面临的各种难题。
4.量子力学“态函数”在量子力学中,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。在这个意义上讲,经典物理学以时间为序的因果律在微观领域失效了。
5、由此,一些物理学家和哲学家断言量子力学摈弃经典物理的因果性,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。
6.量子力学中的量子叠加原理是实现量子计算机并行计算,量子算法、量计算机语言编码的理论基础。量子纠缠是量子保密通讯密码设置的理论基础。
7.量子力学理论还有很多不完备的地方,争议(怀疑)很多。如量子纠缠的“鬼魅”般的与时间无关的超距作用和机互作用的机理等,都有待探索。
首先要弄清量子二字,量子就是说微观世界是量子化的,是不连续的,一份一份的。举个例子:宏观观察打开的水龙头,水是连续不断的水流,若是把水龙头关小,水流就会变细,想象一下,再关小,水流再细,细到最后,就不是水流了,而是从水龙头口掉下来一个一个的水分子,哈哈,不是连续水流,而是一份一份一粒一粒了。想象一下电流也是这样子(电子替代水分子)。所以量子物理(力学)就是在微观层面(分子原子离子中子质子电子光子⋯)研究物理性质的,它完全不同于经典物理学(牛顿物理学),如波粒二象性、测不准原理、量子纠缠状态等等。人们认为量子物理学才能准确认识世界,经典物理学只是量子物理学的特殊情况之一。
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对于量子力学,我只知道一点点皮毛,有一点点自己的理解,上这儿,更多的是向各位老师请教,而不是回答问题。根据我的理解,量子力学研究的范围,是一个抽去了时间概念的科学。传统物理学,和时间密不可分。但量子力学,去除了时间这个概念,更象是研究一个时间变化率为零,也就是没有时间概念的空间的科学,在这个空间里,量子的变化和运动速度都为无穷大。如果是这样,我觉得量子力学的一些基本特征就容易理解了。比如,概率,量子力学是以概率来衡量物质的变化运动的。如,围绕原子核的电子的运动轨迹,是以电子云的模型来解释的,也就是,电子云的密度,代表了电子出现在这儿的概率。但如果在原子内部,时间变化率为零,或接近于零,电子的运动速度等于或接近于无穷大,这时,其实电子根本就没有运动轨迹,它在某一个我们的时刻,依据概率,同时存在于电子云所规定的任何地方,反过来说,我们在电子云范围内的任何地方,都可以检测到电子,只是检测到的概率不同而已。就好比我们玩的那种翻牌的***机,一组数量不等的牌组成的循环,如果翻牌的速度无穷快,理论上说某时刻,在我们面前,所有的牌都同时存在,但实际手一抖,按下去,每种牌还是按一定概率出现一样。这也同样可以理解量子态问题。至于测不准原理,是不是也可以这样理解:因为没有时间概念,所以就不可能确定一个量子的精确状态,只能知道各个量的概率,因为一切都以无穷的速度变化,量子,根本就不存在这样一个稳定的精确状态。光的波粒二象性,就是:光同时是波,但同时又是粒子,二者转换的速度无穷大,到底是波还是粒子,取决于测定的方法:用检测波的方法测定,它就是波;用测定粒子的方法,它就是粒子;但用两种方法同时测,类比于测不准原理,它就只呈现一种状态:粒子。
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