量子力学的基本原理 你们知道量子力学的基本原理是哪几个吗

作者&投稿:但娟 (若有异议请与网页底部的电邮联系)

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状态函数表示,状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状态函数的作用;测量的可能取值由该算符的本征方程决定,测量的期望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。)状态函数的模平方代表作为其变量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,状态函数,用<Ψ|和|Ψ>表示,状态函数的概率密度用ρ=<Ψ|Ψ>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。
状态函数可以表示为展开在正交空间集里的态矢比如 ,其中|i>为彼此正交的空间基矢, 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, ,分离变数后就能得到不显含时状态下的演化方程 ,En是能量本征值,H是哈密顿算子。
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。
体系状态
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。
微观体系
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,微观物理实在性既不是波也不是粒子,真正的实在性是量子态。真实状态分解为隐态和显态,它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,这种不确定性为客观不确定性。
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,即会出现不确定值,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。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。 由于从原则上,无法彻底确定一个量子物理系统的状态,因此在量子力学中内在特性(比如质量、电荷等)完全相同的粒子之间的区分,失去了其意义。在经典力学中,每个粒子的位置和动量,全部是完全可知的,它们的轨迹可以被预言。通过一个测量,可以确定每一个粒子。在量子力学中,每个粒子的位置和动量是由波函数表达,因此,当几个粒子的波函数互相重叠时,给每个粒子“挂上一个标签”的做法失去了其意义。
这个全同粒子(identical particles) 的不可区分性,对状态的对称性,以及多粒子系统的统计力学,有深远的影响。比如说,一个由全同粒子组成的多粒子系统的状态,在交换两个粒子“1”和粒子“2”时,我们可以证明,不是对称的,即是反对称的。对称状态的粒子是被称为玻色子,反对称状态的粒子是被称为费米子。此外自旋的对换也形成对称:自旋为半数的粒子(如电子、质子和中子)是反对称的,因此是费米子;自旋为整数的粒子(如光子)是对称的,因此是玻色子。
这个深奥的粒子的自旋、对称和统计学之间关系,只有通过相对论量子场论才能导出,它也影响到了非相对论量子力学中的现象。费米子的反对称性的一个结果是泡利不相容原理,即两个费米子无法占据同一状态。这个原理拥有极大的实用意义。它表示在我们的由原子组成的物质世界里,电子无法同时占据同一状态,因此在最低状态被占据后,下一个电子必须占据次低的状态,直到所有的状态均被满足为止。这个现象决定了物质的物理和化学特性。
费米子与玻色子的状态的热分布也相差很大:玻色子遵循玻色-爱因斯坦统计,而费米子则遵循费米-狄拉克统计。



五大基本原理:
1.描写微观体系状态的数学量是 Hilbert 空间中的矢量,只相差一个复数因子的两个矢量,描写同一个物理状态。

2.(1) 描写微观体系物理量(可观测量)的是 Hilbert 空间内的 Hermitian 算符,如 A ;
(2) 物理量所能取的值 ai 是相应算符 A 的本征值;
(3) 一个任意态 |Ψ> 总可以用 A 的归一化本征态展开如下:
|Ψ> = ∑iCi|ai>
而物理量 A 在 |Ψ> 出现的几率与 |Ci|2 成正比(Born 统计解释)。

3.一个微观粒子在直角坐标下的位置算符 xm 与相应之正则动量算符 pm 有如下对易关系:
[xm,xn] = 0
[pm,pn] = 0
[xm,pn] = ihδmn
而不同粒子间的所有上述算符均可相互对易。

4.在 Schodinger 图景中,微观体系态矢量 |Ψ(t)> 随时间变化的规律由 Schodinger 方程给出:
ih ∂
∂t|Ψ(t)> = H|Ψ(t)>
与此相对应,在 Heisenberg 图景中,一个 Hermitian 算符 AH(t) 的运动规律由 Heisenberg 方程给出(假定AS 不显含时间):
d
dt AH(t) = 1
ih[ AH,H]

5.一个包含多个全同粒子的体系,在 Hilbert 空间中的态矢量对于任何一对粒子的交换是对称的(交换前后完全不变)或反对称(交换前后相差一个负号)。服从前者的粒子称为玻色子(boson),服从后者的粒子称为费米子(fermion)。

量子力学的应用:
1、晶格现象:音子、热传导
2、静电现象:压电效应
3、电导:绝缘体、导体、半导体、电导、能带结构、近藤效应、量子霍尔效应、超导现象
4、磁性:铁磁性
5、低温态:玻色-爱因斯坦凝聚、超流体、费米子凝聚态
6、维效应:量子线、量子点

7、量子信息学
目前研究的焦点在于一个可靠的、处理量子状态的方法。由于量子状态可以叠加的特性。理论上,量子计算机可以高度平行运算。它可以应用在密码学中。理论上,量子密码术可以产生完全可靠的密码。但是,实际上,目前这个技术还非常不可靠。另一个当前的研究项目,是将量子状态传送到远处的量子隐形传送。

8、在许多现代技术装备中,量子物理学的效应起了重要的作用。从激光、电子显微镜、原子钟到核磁共振的医学图像显示装置,都关键地依靠了量子力学的原理和效应。对半导体的研究导致了二极管和三极管的发明,最后为现代的电子工业铺平了道路。在核武器的发明过程中,量子力学的概念也起了一个关键的作用。

量子芝诺效应是量子力学的一个基本原理



量子力学的四个基本原理是什么~

量子芝诺效应是量子力学的一个基本原理

飞秒检测发现主要是以下几个基本原理:1、态叠加公理:一个量子态可以用希尔伯特空间中的一个矢量来表示,两个量子态正交就是代表希尔伯特空间中两个矢量相互垂直。两个量子态的叠加态就是希尔伯特空间中两个矢量的合成。每个量子态都可以分解为一组正交的希尔伯特空间矢量,称为基矢。不同量子系统组成的总希尔伯特空间为每个量子系统的希尔伯特空间相乘。
2、态演化公理:量子态随时间的演化符合薛定谔方程。在希尔伯特空间中可以表现为矢量随时间旋转。
3、可观测量公理:物理上的可观测量都可以表现为厄米算符矩阵,作用在希尔伯特空间上会得到一组相互正交的本征值。
4、测量公理(也称测量问题):物理量的测量结果只能为其本征值,对应量子态的本征态。测量概率由量子态的投影系数决定(玻恩原理)。

量子力学解释
答:量子力学是研究微观领域中粒子行为的物理学理论。它提出了一种描述微观对象的数学框架,通过波函数来描述粒子的性质和行为。量子力学的基本原理包括:波粒二象性:量子力学认为粒子既可以表现为粒子,也可以表现为波动。这意味着在一些实验条件下,粒子的行为更像是波动,而在另一些条件下,表现出粒子的特性...

量子力学通俗讲解
答:量子力学是一种描述微观世界的物理学理论,它与经典物理学不同,因为它描述的是非常小的粒子,如原子和分子的行为。量子力学的基本原理是波粒二象性,即微观粒子既可以像粒子一样表现,也可以像波一样表现。这种二象性使得量子力学非常奇特和令人困惑。量子力学的另一个重要原则是不确定性原理,即无法...

量子力学的十大公理都是什么呀?
答:六、海森堡不确定性原理(Heisenberg uncertainty principle)海森堡不确定性原理描述了无法同时准确测量量子态的位置和动量,或者说任意两个不对易的物理量的精确测量是不可能的。这个原理是量子力学最基本的原理之一,揭示了微观世界的混沌性和不可见性。七、量子隧道效应(Quantum tunneling)量子隧道效应是...

粒子力学什么鬼
答:3、探索宇宙奥秘 粒子力学也是理解宇宙射线、暗物质和暗能量等宇宙现象的关键。这些现象对天文学和宇宙学的研究至关重要。二、粒子的基本特性 1、波粒二象性 根据量子力学,粒子具有波粒二象性,这意味着行为有时像波,有时像粒子。这一特性在双缝实验中得到了充分体现。2、不确定性原理 海森堡提出了...

量子力学中的第一个定律—叠加态原理究竟是指什么?
答:到研究生还要学.其内容被“习题化”和“考试化”。大大淡化了量子力学基本原理所寓意的自然界的简单之美。其实和经典的牛顿力学相比量子力学只相当于“牛顿第一定律”。它的关键是解决“自由”状态下微观基本粒子是怎样运动的。

量子力学中的定态是什么?态叠加原理是指什么? 请详细
答:4、微观系统的状态随时间变化满足薛定谔方程 5、描写全同粒子系统的态矢量对于任意一对粒子调换之后要么对称(玻色子)要么反对称(费米子)基于上面这个假设,楼上回答的一切基本上都可以推导出来,比如不确定关系.另外,这里不包括相对论.定态薛定谔方程:在量子力学中,一类基本的问题是哈密顿算符\hat不是...

量子力学是什么意思?
答:它和经典力学的主要区别在于:它研究原子和次原子等“量子领域”。量子力学的进一步研究课题为:宏观物质在十分低或十分高能量或温度才出现的现象。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波函数表示,波函数的任意...

量子力学理论到底是什么
答:量子力学,为物理学理论,是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一,而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。19世纪末,人们发现...

量子力学中的定态是什么?态叠加原理是指什么?
答:量子力学中的定态是:微观粒子所处状态中的一种类型的状态。处于定态的微观粒子在空间各处出现的几率不随时间变化,而且具有确定的能量 态叠加原理实际上是在Hilbert空间中 构造一个形式上很像波函数的东西(波函数本身是实空间中的概念 LynneMM提到的杨氏实验 本质上是和波函数及其统计解释有关的 和态...

求量子力学入门知识
答:海森堡还提出了测不准原理,原理的公式表达如下:ΔxΔp≥�0�4/2。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...