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量子力学有那么神?

简介:
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量子力学自诞生之初,就争议不断,却又迅速影响着世界,推动着电子革命的发展。或多或少的原因,让量子力学处于不亚于神学的地位,在公众的眼里一直披着一层面纱。我们今天先了解一下量子力学的几个基本概念的由来,解开量子力学的一层面纱。

1.量子化

什么叫做量子化?

在经典力学中,所有物理量都是连续变化的,不存在最小值。但是在量子力学中,描述微观粒子运动的物理量只能取某些特定的值,这叫做量子化,量子即指这种物理量的不连续性。

量子化如何提出的?

量子化是普朗克为了解决黑体辐射问题而引入的,所谓黑体是一个理想化的物理模型,能量完全被吸收没有辐射的物体叫做黑体,不同温度下,黑体会出现不同的颜色。在普朗克之后,爱因斯坦利用量子化的概念成功解释了黑体模型。量子化概念的提出,标志着量子力学的诞生。


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2.波粒二象性

波粒二象性指的是微观粒子,如电子、原子即是粒子也是波。这不同于我们经典认知中,波就是波,粒子就是粒子。

波粒二象性是由德布罗意提出来的,他对爱因斯坦解决光电效应引入光量子的概念进行深化,提出实物粒子都既有波的性质又有粒子的性质。随之,薛定谔在此启发下,推导出了著名的薛定谔方程,使量子力学的波动形式迅速发展。正是波粒二象性导致了量子力学中的一系列奇特现象。


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3.量子隧道效应

经典力学中,如果一个辆车开到一个山下,如果小车的动能低于到达山顶的重力势能,这辆车是不可能越过这座山;但在量子力学中,小车依旧有可能越过这座山,这就是所谓的量子隧道效应。

量子隧道效应现象的出现是因为微观粒子的波动性,因为波函数模的平方代表在空间出现的几率,因此粒子在空间各个点都有一定的几率出现,而不受能量的限制。


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4.自旋

自旋不同于我们理解的那种地球的自转的形式,它是角动量的一种,是微观粒子的内禀属性,自旋也是量子化的。比如电子的自旋,只有上、下两种状态,电子旋转一周,会出现上变下,下变上的情况。因为自旋在经典力学中没有可以对应的量,理解起来会比较困难。


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5.全同粒子

在量子力学中,全同粒子分为两种:波色子与费米子,所谓全同粒子是指微观粒子的不可区分性。这种不可区分性是由于微观粒子波粒二象性,波动性使得微观粒子不同与经典粒子那样可以区分。


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对于这些概念,只是进行了表面的一些解释,想要深入理解,大家需要阅读相关书籍。



原文发布时间为:2018.04.21
本文作者:考研物理干货
本文来源:简书,如需转载请联系原作者。

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