什么是量子物理

什么是量子物理

　　量子物理是一個非常重要、值得探討研究的課題。下面學習啦小編給你分享什么是量子物理，歡迎閱讀。

　　什么是量子物理

　　量子物理指的是物理學中的一種理論。

　　量子概念是1900年普朗克首先提出的,到今天已經一百多年了.期間,經過玻爾、德布羅意、玻恩、海森柏、薛定諤、狄拉克、愛因斯坦等許多物理大師的創新努力,到20世紀30年代,初步建立了一套完整的量子力學理論.

　　我們把 科學家們在研究原子、分子、原子核、基本粒子時所觀察到的關于微觀世界的系列特殊的物理現象稱為量子現象.

　　量子世界除了其線度極其微小之外(10^-10～10^-15m量級),另一個主要特征是它們所涉及的許多宏觀世界所對應的物理量往往不能取連續變化的值,(如：坐標、動量、能量、角動量、自旋),甚至取值不確定.許多實驗事實表明,量子世界滿足的物理規律不再是經典的牛頓力學,而是量子物理學.量子物理學是當今人們研究微觀世界的理論,也有人稱為研究量子現象的物理學.

　　量子物理要點

　　伴隨著這些進展，圍繞量子力學的闡釋和正確性發生了許多爭論。玻爾和海森堡是倡導者的重要成員，他們信奉新理論，愛因斯坦和薛定諤則對新理論不滿意。要理解這些混亂的原因，必須掌握量子理論的關鍵特征，總結如下。(為了簡明，我們只描述薛定諤的波動力學。)

　　基本描述：波函數。系統的行為用薛定諤方程描述，方程的解稱為波函數。系統的完整信息用它的波函數表述，通過波函數可以計算任意可觀察量的可能值。在空間給定體積內找到一個電子的概率正比于波函數幅值的平方，因此，粒子的位置分布在波函數所在的體積內。粒子的動量依賴于波函數的斜率，波函數越陡，動量越大。斜率是變化的，因此動量也是分布的。這樣，有必要放棄位移和速度能確定到任意精度的經典圖象，而采納一種模糊的概率圖象，這也是量子力學的核心。

　　對于同樣一些系統進行同樣精心的測量不一定產生同一結果，相反，結果分散在波函數描述的范圍內，因此，電子特定的位置和動量沒有意義。這可由測不準原理表述如下：要使粒子位置測得精確，波函數必須是尖峰型的，然而，尖峰必有很陡的斜率，因此動量就分布在很大的范圍內;相反，若動量有很小的分布，波函數的斜率必很小，因而波函數分布于大范圍內，這樣粒子的位置就更加不確定了。

　　波的干涉。波相加還是相減取決于它們的相位，振幅同相時相加，反相時相減。當波沿著幾條路徑從波源到達接收器，比如光的雙縫干涉，一般會產生干涉圖樣。粒子遵循波動方程，必有類似的行為，如電子衍射。至此，類推似乎是合理的，除非要考察波的本性。波通常認為是媒質中的一種擾動，然而量子力學中沒有媒質，從某中意義上說根本就沒有波，波函數本質上只是我們對系統信息的一種陳述。

　　對稱性和全同性。氦原子由兩個電子圍繞一個核運動而構成。氦原子的波函數描述了每一個電子的位置，然而沒有辦法區分哪個電子究竟是哪個電子，因此，電子交換后看不出體系有何變化，也就是說在給定位置找到電子的概率不變。由于概率依賴于波函數的幅值的平方，因而粒子交換后體系的波函數與原始波函數的關系只可能是下面的一種：要么與原波函數相同，要么改變符號，即乘以-1。到底取誰呢?

　　量子力學令人驚詫的一個發現是電子的波函數對于電子交換變號。其結果是戲劇性的，兩個電子處于相同的量子態，其波函數相反，因此總波函數為零，也就是說兩個電子處于同一狀態的概率為0，此即泡利不相容原理。所有半整數自旋的粒子(包括電子)都遵循這一原理，并稱為費米子。自旋為整數的粒子(包括光子)的波函數對于交換不變號，稱為玻色子。電子是費米子，因而在原子中分層排列;光由玻色子組成，所以激光光線呈現超強度的光束(本質上是一個量子態)。最近，氣體原子被冷卻到量子狀態而形成玻色-愛因斯坦凝聚，這時體系可發射超強物質束，形成原子激光。

　　這一觀念僅對全同粒子適用，因為不同粒子交換后波函數顯然不同。因此僅當粒子體系是全同粒子時才顯示出玻色子或費米子的行為。同樣的粒子是絕對相同的，這是量子力學最神秘的側面之一，量子場論的成就將對此作出解釋。