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量子力学的心得体会

时间:2013-07-17 01:26

有没有人对量子力学有感想

量子力学(Quantum Mechanics)是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科,它主要研究原子、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了现代物理学的理论基础。

量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一,而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。

有人引用量子力学中的随机性支持自由意志说,但是第一,这种微观尺度上的随机性和通常意义下的宏观的自由意志之间仍然有着难以逾越的距离;第二,这种随机性是否不可约简(irreducible)还难以证明,因为人们在微观尺度上的观察能力仍然有限。

自然界是否真有随机性还是一个悬而未决的问题。

对这个鸿沟起决定作用的就是普朗克常数。

统计学中的许多随机事件的例子,严格说来实为决定性的。

[编辑本段]量子力学的发展简史 量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。

旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。

1900年,普朗克提出辐射量子假说,假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的,能量子的大小同辐射频率成正比,比例常数称为普朗克常数,从而得出黑体辐射能量分布公式,成功地解释了黑体辐射现象。

1905年,爱因斯坦引进光量子(光子)的概念,并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系,成功地解释了光电效应。

其后,他又提出固体的振动能量也是量子化的,从而解释了低温下固体比热问题。

1913年,玻尔在卢瑟福有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。

按照这个理论,原子中的电子只能在分立的轨道上运动,在轨道上运动时候电子既不吸收能量,也不放出能量。

原子具有确定的能量,它所处的这种状态叫“定态”,而且原子只有从一个定态到另一个定态,才能吸收或辐射能量。

这个理论虽然有许多成功之处,但对于进一步解释实验现象还有许多困难。

在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后,为了解释一些经典理论无法解释的现象,法国物理学家德布罗意于1923年提出了物质波这一概念。

认为一切微观粒子均伴随着一个波,这就是所谓的德布罗意波。

德布罗意的物质波方程:E=ħω,p=h\\\/λ,其中ħ=h\\\/2π,可以由E=p²\\\/2m得到λ=√(h²\\\/2mE)。

由于微观粒子具有波粒二象性,微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律,描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。

当粒子的大小由微观过渡到宏观时,它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学。

量子力学与经典力学的差别首先表现在对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。

在量子力学中,粒子的状态用波函数描述,它是坐标和时间的复函数。

为了描写微观粒子状态随时间变化的规律,就需要找出波函数所满足的运动方程。

这个方程是薛定谔在1926年首先找到的,被称为薛定谔方程。

当微观粒子处于某一状态时,它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值,而具有一系列可能值,每个可能值以一定的几率出现。

当粒子所处的状态确定时,力学量具有某一可能值的几率也就完全确定。

这就是1927年,海森伯得出的测不准关系,同时玻尔提出了并协原理,对量子力学给出了进一步的阐释。

量子力学和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学。

经狄拉克、海森伯(又称海森堡,下同)和泡利(pauli)等人的工作发展了量子电动力学。

20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论——量子场论,它构成了描述基本粒子现象的理论基础。

量子力学是在旧量子论建立之后发展建立起来的。

旧量子论对经典物理理论加以某种人为的修正或附加条件以便解释微观领域中的一些现象。

由于旧量子论不能令人满意,人们在寻找微观领域的规律时,从两条不同的道路建立了量子力学。

1925年,海森堡基于物理理论只处理可观察量的认识,抛弃了不可观察的轨道概念,并从可观察的辐射频率及其强度出发,和玻恩、约尔丹一起建立起矩阵力学;1926年,薛定谔基于量子性是微观体系波动性的反映这一认识,找到了微观体系的运动方程,从而建立起波动力学,其后不久还证明了波动力学和矩阵力学的数学等价性;狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论,给出量子力学简洁、完善的数学表达形式。

海森堡还提出了测不准原理,原理的公式表达如下:ΔxΔp≥ħ\\\/2。

[编辑本段]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。

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<Ψ|和|Ψ>表示,态函数的概率密度用ρ=<Ψ|Ψ>表示,其概率流密度用(ħ\\\/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,iħ(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。

[编辑本段]量子力学诠释:粒子的振动 、霍金膜上的四维量子论 类似10维或11维的“弦论”=振动的弦、震荡中的象弦一样的微小物体。

霍金膜上四维世界的量子理论的近代诠释(邓宇等,80年代): 振动的量子(波动的量子=量子鬼波)=平动微粒子的振动;振动的微粒子;震荡中的象量子(粒子)一样的微小物体。

波动量子=量子的波动=微粒子的平动+振动 =平动+振动 =矢量和 量子鬼波的DENG'S诠释:微粒子(量子)平动与振动的矢量和 粒子波、量子波=粒子的震荡(平动粒子的震动)

有没有人对量子力学有感想物理作业要写对量子力学的

量子力学,目前人类已经半只脚踏入了嘛,理论上来说灵魂就是以量子态生存的,也就是说死亡不代表终结。

请精辟的分别总结相对论和量子力学的核心理念(我不会采纳超过一百字的答案)

相对论:坚信相对性原理是对的,利用光速不变,推导出时空坐标是相对的而不是传统的绝对的,又利用惯性力与引力等效,得出引力的本质。

量子力学:认为任何物质均具有波动性,各种相互作用中能量都是一份一份的,这两点均打破传统。

以上答案去掉标点为97个字。

量子力学的学术论战有那些学派

各自观点是什么

当前主流观点是什么

哥本哈根学派对量子力学的解释 哥布哈根学派是20世纪20年代初期形成的,为首的是丹麦著名物理学家尼尔斯*玻尔,玻恩、海森伯、泡利以及狄拉克等是这个学派的主要成员.它的发源地是玻尔创立的哥本哈根理论物理研究所.哥本哈根学派对量子力学的创立和发展作出了杰出贡献,并且它对量子力学的解释被称为量子力学的“正统解释”.玻尔本人不仅对早期量子论的发展起过重大作用,而且他的认识论和方法论对量子力学的创建起了推动和指导作用,他提出的著名的“互补原理”是哥本哈根学派的重要支柱.玻尔领导的哥本哈根理论物理研究所成了量子理论研究中心,由此该学派成为当时世界上力量最雄厚的物理学派. 哥本哈根学派的解释在定量方面首先表述为海森伯的不确定关系.这类由作用量量子h表述的数学关系,在1927年9月玻尔提出的互补原理中从哲学得到了概括和总结,用来解释量子现象的基本特征——波粒二象性.所谓互补原理也就是波动性和粒子性的互相补充. 该学派提出的量子跃迁语言和不确定性原理(即测不准关系)及其在哲学意义上的扩展(互补原理)在物理学界得到普遍的采用.因此,哥本哈根学派对量子力学的物理解释以及哲学观点,理所当然是诸多学派的主体,是正统的、主要的解释. ]量子力学的随机解释 随机解释认为,通过研究薛定谔方程与费曼积分、马尔科夫过程之间的联系,认为应把量子力学解释为一种经典的概率理论或统计过程理论.这些过程是随机的,例如,用布朗运动理论解释不确定关系. 最早对量子理论作随机解释的薛定谔和随后的玻普通过对随机过程的研究认为,波粒二象性的矛盾是由于波被看作是一种独立的实在,如果波被看作是粒子系综的集体特性,例如声波那样,就不存在矛盾了.后来,他们借助量子场中的产生和湮没过程,建立起一种推广了的统计力学,由此推出量子力学的规律.他们进一步认为波函数只是表示时空中事件出现的次序.由于基本事件按其本性来讲是分立地产生和消失的,所以这些次序的规律具有统计的性质.随着统计电动力学的发展,发现经典随机体系与量子力学体系之间具有很大的类似性. 薛定谔还认为,只能把“客观实在性”归属于波而不归属于粒子,并且不准备把波仅仅解释为“概率波”.因而他认为,只有位形空间中的波是通常解释中的概率波,而三维物质波或辐射波都不是概率波,但却有连续的能量和动量密度,就象麦克斯韦理论中的电磁场一样.薛定谔因此正确地强调指出,在这一点上,可以设想这些过程是比它们通常的情况更为连续.在通常的量子论解释中,它包含在从可能到现实的转变中.爱因斯坦与玻尔关于量子力学解释的大论战 爱因斯坦与玻尔关于量子力学解释的不同观点之间的大论战是量子力学创建和发展过程中最具有代表性意义的一场争论,因而本文特作比较深入完整的阐述和分析. 玻尔1918年提出对应原理,认为量子理论能以一定的方式同经典理论一致起来.即认为原子保持量子状态的特性和稳定性有一定限度.只有当外来干扰的强度不足以把原子激发到较高量子状态时,原子才显现量子特征.如果在非常强烈的干扰下,那么量子效应的特性将完全消失,原子也就带有古典性质.海森伯正是按这一原理和可观察量是物理理论基础创立了矩阵力学.波动力学也是通过量子和经典的对应性建立起来的.1927年海森伯提出“不确定关系”后,玻尔接着于同年9月在意大利科摩城召开的纪念伏打逝世100周年国际物理学会议上发表了题为《量子公设和原子理论的晚近发展》的演讲,提出了著名的“互补原理”,引起学术界很大震动.互补原理认为:微粒和波的概念是互相补充的,同时又是互相矛盾的,它们是运动过程中的互补图像.玻尔特别指出,观察微观现象的特殊性,由于微观客体中最小作用量子h要起重要作用,因此微观客体和测量仪器之间的相互作用是不能忽略的.这种相互作用在原则上是不可控制的,是量子现象不可分割的组成部分.这种不可控制的相互作用的数学表示是“不确定关系”.这决定了量子力学的规律只能是概率性的.为了描述微观客体,必须抛弃决定性的因果性原理.量子力学精确地描写了单个粒子体系状态,它是完备的.玻尔特别强调微观客体的行为有赖于观测条件.他认为一个物理量或特征,不是本身即存在,而是由我们作观测或度量时才有意义.哥本哈根学派写了大量文章,宣传互补原理,提出了客观不可分的观点.他们还将互补原理推广到生物学、心理学,甚至社会历史各个领域,认为互补原理是一切科学研究的指导思想. 1927年10月24日至29日在布鲁塞尔召开了第五届索尔威会议,玻尔在会上又一次阐述了他的互补原理.量子力学的哥本哈根解释为众多的物理学家所接受,成为量子力学的正统解释.但是在会上,互补原理却遭到了爱因斯坦、薛定谔等人的强烈反对,开始了物理学史上前所未有的长达几十年之久的爱因斯坦-玻尔大论战. 实际上,爱因斯坦和玻尔的论战从1920年4月就已经开始了.当时,玻尔到爱因斯坦所在的德国柏林访问,第一次与爱因斯坦会面.他们两人就量子理论的发展交换了意见,谈话的主题是关于光的波粒二象性的认识问题.乍看起来,这次争论好象是爱因斯坦主张,完备的光理论必须以某种方式将波动性和粒子性结合起来,而玻尔却固守光的经典波动理论,否认光子理论基本方程的有效性.然而,仔细分析就会发现玻尔强调需要同经典力学的观念作彻底的决裂,而爱因斯坦则虽赞成光的波粒二象性,但却坚信波和粒子这两个侧面可以因果性地相互联系起来. 爱因斯坦坚决反对量子力学的概率解释,不赞成抛弃因果性和决定性的概念.他坚信基本理论不应当是统计性的.他说,“上帝是不会掷骰子的.”他认为在概率解释的后面应当有更深一层的关系,把场作为物理学更基本的概念,而把粒子归结为场的奇异点,他还试图把量子理论纳入一个基于因果性原理和连续性原理的统一场论中去,因此他在第五届索尔威会议上支持德布罗意的导波理论,并且在发言中强调量子力学不能描写单个体系的状态,只能描写许多全同体系的一个系综的行为,因而是不完备的理论. 由此可见,量子力学的发展是个充满争吵的发展.主要有哥本哈根\\\\玻尔\\\\爱因斯坦 3个学派的争论

对经典力学发展过程的感想

20世纪物理学发生了深刻的变化。

人过从“经典”或“牛顿”物理学跨入“近代”物理学,从而促进了物理学的发展。

如此说来,19世纪的物理学似乎是一个在“经典”和“近代”的“夹缝中求生存”的阶段。

19世纪的物理学究竟发展到了什么程度

它与“近代”物理学的产生和发展究竟有什么样的、多大的联系呢

《19世纪物理学概念的发展——能量,力和物质》([英]彼得·迈克尔·哈曼 著,龚少明 译 ,复旦大学出版社 出版)是《剑桥科学史》系列丛书中的一本。

作者哈恩教授简洁地为我们说明了19世纪物理学的理论框架,着重讲述了当时的物理学家在机械论基础上千方百计地建立他们的理论的过程。

虽然就我目前的物理学知识而言,对整本书的理解只能是一个大而化之的粗浅印象,可是,我觉得,当我们对两大物理学“支柱”虔诚地膜拜,耗尽心力的学习和研究其理论知识,钻研于其中的大量习题的同时,常识性地了解19世纪物理学——这一完善和孕育着两大物理学支柱的关键时期的知识,不仅必要,而且必须。

至少对我而言,感觉收益非浅。

整本书可以说是19世纪物理学的编年史。

全书的阐述是从19世纪上半叶物理学的范围如何进一步拓展入手,重点构架了19世纪的几个重大的概念问题——能量物理学和热力学的出现,发光以太和电磁以太的理论,场论的概念,分子物理学和统计热力学以及力学解释纲领的主导地位。

全书多的是较为平直枯燥的理论解释,很多涉及到了我们还未接触过的物理知识。

比如以太,分子物理学等等,可是总有一种意念使我坚持看完了此书。

因为真正吸引我的已经不止是这些理论、公式,更重要的是这些物理学家们在这个物理学从“经典”走向“近代”的过渡时期的思考的痕迹,我渴望了解:19世纪物理学概念究竟发展到了一个什么样的高度,贯穿与19世纪物理学的核心问题又到底是什么呢

19世纪的物理——物理与数学的完美结合起初在读这本书的时候,我常常惊奇地发现,为什么在这本物理学读物中,出现了这么多的耳熟能详的数学家的名字——这些名字是我们正在学习的高等数学书中的常客——拉普拉斯、傅里叶、拉格朗日……他们演算的一系列数学公式我们都要花上好长的时间才能消化领会其中的凤毛麟角,没想到他们还到物理学领域“插一脚”。

随着内容的深入,我的认识才逐渐丰满起来:19世纪,“物理学”这个术语的含义发生了新的重大变化。

尽管这个术语从传统意义上有时仍被用来泛指自然科学,但在19世纪的早期,“物理学”已以近代的更加专门的意义,用来表示采用数学方法和实验方法来研究力学、电学和光学的科学。

而当时的物理研究方法,也主要是采用定量描述,以寻求数学规律为普遍目标,以建立能量守恒定律为统一原理,以力学解释纲领作为物理理论的支柱。

[i]在19世纪的物理理论中,力学现象就是在数学基础上加以分析研究的。

可以说物理现象的数学处理在力学研究中达到了登峰造极的地步。

主要体现在下述四方面的进展。

它们为建立统一的物理学奠定了可靠的基础:1.P.S德.拉普拉斯(P.S.de Laplace)及其追随者,建立了一种既适用于力学又适用于热学和光学现象的关于粒子之间的力的普遍的数学理论。

尽管在1815-1825年的10年间,随着热学和光学的最新进展,这一理论已经被抛弃了,但是拉普拉斯的数学化和公式化对统一的物理世界观,乃至对以后物理学理论的发展都产生了深刻的影响。

2.1822年的约瑟夫.傅里叶(Joseph Fourier)关于热的数学理论的发表1,把原先只适用于力学问题的数学分析方法,应用到热学的研究之中。

在磨合这种概念上的传统差别及强调数学表述和物理表述的差别时,傅里叶的工作对建立统一的物理学产生了深远和广泛的影响。

正是在这种影响下,19世纪40年代,威廉.汤姆孙(William.Thomson)受到了其热理论和静电学理论两者数学类似的启发,一方面,研究出了热学定律和电学定律两者间的数学类似性和物理类似性,另一方面又探索了质点力学同流体力学及弹性力学之间的数学相似性。

汤姆孙通过这种物理比较方法,亦通过同一数学形式所反映不同现象之间的概念联系方法,加深了人们对物理现象的统一性的认识。

3.A.J.菲涅耳(A.J.Fresnel)关于光的波动说,假定光是依靠力学以太的振动实现传播的,因而光学又纳入到力学自然观的范畴之中了。

大约19世纪30年代,光的波动说已被普遍接受,物理学家试图寻找一种合乎逻辑的光学机械论,为此探索了多种多样的物理理论和数学理论。

光学以太的机械论又为力学解释提供了一个典型的普遍性事例。

4.19世纪40年代,能量守恒定律的建立又加强了物理学的统一性,使热、光、电、磁的现象都归并到力学原理框架之中。

赫尔曼.冯.亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz)在1847年发表的一篇极有创意的论文中2,把这些现象表示为能量的不同形式,从而说明了力学、热学、光学、电学和磁学之间的关系。

他还强调指出,能量的概念是力学自然观的另一种表述方式,他所建立的能量守恒定律也是数学和力学的一个定理。

尽管有不少物理学家曾采取了各种尝试,试图从数学上解决一些问题并没有取得成功,可是,总的来说,19世纪物理发展是物理学和数学完美结合。

正是数学和物理学双管齐下的完美结合,才使的“物理学”的学科范围以及学科内容的协调性都极为美妙,物理学作为一门完整的学科,不仅外延和内涵有了进一步的补充和完善,而且已经达到了概念准确、逻辑统一的新阶段。

19世纪的物理学——力学世界观的衰落回顾19世纪的物理学,在1850年左右,当时物理学的最重大的根基已经明确了:物理现象都可以用一种统一的框架来解释,即以力学解释为原理的出发点,通过数学描述对物理现象作模拟并导出描述现象的数学方程式,再冠之以普遍的定律——能量守恒定律。

有了经典力学的支持,加之能量守恒定律的建立,人们对力和能量的认识已经达到了一个较高的高度。

可是,当物理学家们试图完善这种以力学为主体的物理体系,并期望依赖这种体系解释自然规律的时候,困难和矛盾出人意料的发生了。

一切的一切就好比W.汤姆孙在1900年的一次题为‘漂浮在热和光学的动力学上空的19世纪乌云’的演讲中所指出的:力学自然观面临着两大难题,一是不能解释地球穿过以太的运动机制;二是能量均分概念提不出分子模型的构造。

汤姆孙强调指出,正是这两朵‘乌云’妨碍他对物理现象提出力学模型。

但是由于这两大难题所涉及的范围比较广泛,留给物理学家围绕力学自然观的概念基础所能现象的空间也比较大。

其实我觉得传统的力学解释纲领在19世纪80年代和90年代就已引起了物理学家的多种多样的反响。

可是在解释过程中又不可避免的捉襟见肘或困难重重。

这似乎成了当时物理研究的瓶颈。

比如汤姆孙的以太模型3和波尔兹曼关于场论的演讲,都是尽量把物理现象的模型精雕细琢,千方百计的维护力学纲领。

波尔兹曼尽心尽力地对他的电磁场的力学模型的结构和运动做出了及其细致的描述;而汤姆孙指出,现象的力学模型结构如何是关系到对该现象易于理解的重要判据;但是与力学模型相关的概念困难已被深刻理解4。

赫兹也相信力学解释纲领,强调他的以太概念是建立在以太各局部之间由机械结构相连的模型之上的,但由于他把电磁学的形式同由力学模型小心的区别开来,这就促使他产生了电磁场不具有力学性质的观点。

在他的关于电子论的首次描述中,他把电磁场想像为动力学系统,可他最后还是放弃了与解析动力学相关的形式,朝着非力学原理范畴建立电子和电磁以太本体论的反方向前进,而他的电磁以太理论不是建立在力学纲领的基础上。

洛伦兹从自己的电磁学自然观出发,解释了地球通过以太的运动,这也是回避弹性以太的力学理论所面临的困难的一种表述方式。

围绕场论机制的争论于围绕热力学的争论如出一辙。

波尔兹曼竭尽全力要维护力学自然观地位不可动摇,用分子的统计原理建立起熵和不可逆性的概念后,又用力学自然观的本体论解释了热力学第二定律。

普朗克并没有完全否定机械论的本体论,但他试图以纯热力来解释熵。

总之,他们都希望把原子论的概念从物理理论的范畴中清除掉。

由于均分原理和以太模型结构等相关问题,也就是汤姆孙所谓的力学自然观上空的两朵‘乌云’的出现,围绕着物理学大厦基本框架的争论就越来越突出了。

无论是在关于力学纲领是否由电磁学本体论替换,还是关于使能量均分原理符合气体运动论,或者是在为熵寻求纯力学解释的过程中,种种失败都加快了力学纲领的衰亡。

这种消亡作为物理学理论演变的一个范例,深受对力学解释进行哲学批判者的支持.5我不想在这里讨论这种哲学批判,至少现在我们知道汤姆孙的两朵‘乌云’终于消散了,而且当然并不是通过他对力学物理机制的修正实现的。

在19世纪的下半叶,随着物理学探索者们的认识的不断深入,力学纲领的消亡促成了新的物理体系的萌芽,也完成了从依赖力学纲领的经典物理学到近代物理学的过渡。

19世纪的物理学——贯穿“经典”和“近代”的纽带这里,我只想站在一个物理学初学者的角度说说我对19世纪物理学发展的感性认识。

一直惊叹于由“经典物理学”和“近代物理学”所支撑构架的物理学的宏伟宫殿;一直以为,从“经典力学”到“近代物理学”之间的跨越是为数不多的几个物理天才的灵光一闪——一切好比牛顿的墓志铭上的描述:“Nature and Nature’s law lay hid in night.God said:‘Let Newton be.’and all was light.”6上帝创造了牛顿,又创造了这只落到牛顿头上的苹果,于是诞生了牛顿三大力学定律——天才爱因斯坦也是偶然的灵光一闪,拍脑袋想出了游离于“绝对空间”之外的“相对空间”,构造了一系列被人们奉为经典的时空观。

殊不知,当物理学与人类文明滚滚向前的车轮从18世纪驶来,又滚滚而去的这100年间,物理学观念、理论、概念发生了多么巨大的变化。

在这犹如沧海一粟般的100年里,物理学探索者们竟要在截然不同的思维中迂回穿梭,找到得以平衡的支点。

无论力学解释纲领所发挥的主导地位如何突出,也不管偶然求助“牛顿”理论的实际情况如何强烈,19世纪时,当把术语“牛顿的”应用到物理学中时,常被人误解了。

19世纪物理学概念涵义——能量守恒、物理场理论、电磁以太震荡和发光理论、熵的概念——都不可能再执意地表示为“牛顿”的了。

真理似乎成了谬误,而新的理论又好似飘忽于灯火阑珊处。

一切似乎都混沌了,茫茫然了无头绪。

网上讨论时,有同学有这样的疑问:如果有一天,物理学发展到以前的所有理论都必须推翻,那该怎么办

我们的回答都是乐观的、轻描淡写的“重头再来”等等,可试想一下,当时的物理学探索者们所面对的不就是与此类似的情况吗

—— 一些不寻常形式的物理学与长期以来被奉为真理的牛顿的自然观相饽,谁能体会其中的迷茫和惶惑

是因循守旧还是开拓创性

—— 一边是苦苦维系的传统准则,一边又是呼之欲出的新兴理念,谁能想象两种意念的碰撞和摩擦

是保留还是摈弃

—— 当新的思路开始锋芒毕露时,又有谁能想象这一过程中所必须经历的怀疑、挑剔、审视的眼睛

而为了维持这些萌芽的观点,又有谁能想象其间需要的大胆构想和缜密推论

……19世纪的物理发展,虽然没有能与“三大力学定律”或“相对论”等相提并论的理论的出现,但是,我觉得用“百花齐放、百家争鸣”来形容是不为过的。

因为,它犹如一个充满生机的襁褓,在去伪存真,总结完善“经典力学”体系的同时,又为新的,同样伟大的理论蓄势;它犹如一条贯穿与经典物理与近代物理的纽带,是物理学发展的重要而特殊的阶段。

16和17世纪,力学和天文学索取得的智力胜利,使人们对科学革命的历史留下了清晰的印象,但是也使人们对“经典”物理留下了坚如磐石的统一世界观的十分错误的印象;20世纪,爱因斯坦在相对论中抛弃了绝对时空观,量子力学中又否定了因果性和决定论;爱因斯坦和普朗克的工作——即相对论和量子论的发展,是对传统物理理论的一次重大突破,标志着20世纪初期物理学方向的重大变革。

一直以来,我们习惯上总是将目光关注于“经典力学”和“量子力学”这两根“擎天柱”所支撑的物理学殿堂,却并没有很好地意识到这两大支柱是由19世纪物理学所紧密维系的。

19世纪的物理学对于经典力学体系的发展和进一步完善以及量子力学和相对时空观的产生和兴起,无疑起到了承前启后,抛砖引玉,去伪存真的重要作用。

感谢哈恩教授,带领我们领略19世纪物理的发展史的同时,更让我体会到了深藏于科学探索者心中矢志不渝的科学精神。

谁能用一句话说明白量子力学的本质

量子力学是建立在量子力学基本假设基础上,描述微观粒子运动规律的科学。

量子力学主要讲了什么

量子力学是20世纪初期,在一群物理大佬的神仙打架中诞生出来的,当时是为了争论光是由什么组成以及光的形态

牛顿认为光是波形态,但也有很多科学家认为光是粒子,其中有很多著名的实验,比如双缝干涉实验就是最著名的一个,但是这个实验的结果让很多人大跌眼镜,他们发现单个的光电子在通过双缝时候居然也产生了干涉,产生了波才能产生的干涉条纹,但当你试图去观测它的运动轨迹时,它又展示出来粒子的特性,没有产生干涉条纹,这就非常诡异了,怎么会这样

难道电子事先知道我们要观测它

后来爱因斯坦说,光其实是波粒二象性的,其实诸多量子力学的奠基人一开始都是反对量子力学的,就连爱因斯坦也曾经说过,上帝不投骰子

而量子力学本身也是与我们现在真实存在的客观世界是相悖论的,我们真实存在的客观世界,怎么能够通过观测者而改变呢

量子力学至今人类也只是刚刚撬开它的门而已,与量子力学不同,我们现在所在的世界,世间万物你都可以用牛顿的经典力学去诠释它,因为这个世界就是你现实所能看到的这个样子,但是量子力学不一样就在于它的不确定性,比如薛定谔的猫,一只又活又死的猫

你如何解释呢

其实这只猫在微观量子世界里,它确实是处于一个生与死的纠缠态,但是你一旦打开盒子的一瞬间,一旦通过观测,就会导致波函数坍缩,猫就会从量子世界里的纠缠态,变成本征态

你就能马上决定了这只猫的生死,注意哦,这里不是你看到这只猫的生死,而是你观测的这一行为而决定了它的生死

观测和测量,是区分量子力学和经典力学的主要区别

最后我们也总结:量子力学至今没有被证实,但它确实是一项很神奇的物理学分支

它的魅力让无数人为之疯狂

经典力学是通过观测和测量来得到的一些结论,而量子力学它本身就是以不确定性,概率为中心的物理理论

所以以我们现在人类的科学技术,是无法通过科学实验去证实它的

就比如我们现在所在的地球,大家都知道它是圆的,但是当你没有去看它去观测它的时候,你怎么就知道它不会变成方的呢

还有可能是矩形

研究性学习报告 量子力学发展史

量子相干助力光合作用 光合作用是植物、藻类利用叶绿素和某些细菌利用其细胞本身,在可见光的照射下,将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为有机物,并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。

这个过程对于生物界的几乎所有生物来说都是至关重要、不可或缺的,因此,光合作用历来也是科学家们关注的焦点。

研究人员一直怀疑,在光合作用内发生着一些非同寻常的事情。

自从上世纪30年代开始,科学家们就已经认识到,这个过程必须由量子力学来描述。

量子力学认为,诸如电子等粒子常常表现出波一样的行动。

击中一个天线分子的光子会激起一波一波带能量的粒子——应激子,就像石头落入池塘会激起波纹一样。

这些应激子接着会从一个分子“旅行”到另一个分子,直到到达反应中心,但是,它们的“旅行”路径是由随机的、未受指导的跳跃组成还是其行动更富有组织性

很多现代科学家已经指出,这些应激子可能是相干的,它们的波纹会延展到多个分子那儿,然而,与此同时,它们也会保持同步并且互相加强。

科学家们因此得出了一个很简单的结论:相干量子波同时能以两种或多种状态存在,因此,具有相干性的应激子一次能以两种或多种路径穿越天线分子组成的“森林”。

事实上,它们能同时探测到多个可能的选择,并自动选择最有效的方式到达反应中心。

四年前,两个科研团队在美国加州大学伯克利分校的化学家格拉汉姆·弗莱明的领导下试图获得能支持这种假设的实验证据。

其中一个团队使用一系列极短的激光脉冲来探测绿色硫细菌的光合作用器官。

尽管科学家们不得不使用固态氮将样本冷却到77K(-196摄氏度),但激光中探测到的数据清晰地显示出了相干应激态存在的证据。

第二个团队以紫细菌为研究对象进行了同样的实验,并在180K(-93摄氏度)下操作时,发现了同样的量子相干性。

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