量子力学的基本内容

量子力学的基本内容
量子力学的基本内容

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.