量子力学的基本概念

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量子力学的基本概念

量子力学是描写微观物质的一个物理学理论，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱，许多物理学理论和科学如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科都是以量子力学为基础.

量子力学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.

19世纪末，经典力学和经典电动力学在描述微观系统时的不足越来越明显.量子力学是在20世纪初由马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡、埃尔温·薛定谔、沃尔夫冈·泡利、路易·德布罗意、马克斯·玻恩、恩里科·费米、保罗·狄拉克等一大批物理学家共同创立的.通过量子力学的发展人们对物质的结构以及其相互作用的见解被革命化地改变.通过量子力学许多现象才得以真正地被解释，新的、无法直觉想象出来的现象被预言，但是这些现象可以通过量子力学被精确地计算出来，而且后来也获得了非常精确的实验证明.除通过广义相对论描写的引力外，至今所有其它物理基本相互作用均可以在量子力学的框架内描写（量子场论）.

量子力学的数学基础是由埃尔温·薛定谔，保罗·狄拉克，帕斯库尔·约当和约翰·冯·诺伊曼相继建立和严格化的.在这些数学框架下，一个物理系统的量子力学描述有三个主要部分：量子态、可观察量和动力学（即其演化）.此外物理对称性也是一个非常重要的特性.

量子力学的概念是什么？

量子力学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。统计学中的许多随机事件的例子，严格说来实为决定性的。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，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年提出微观粒子具有波粒二象性的假说。德布罗意认为：正如光具有波粒二象性一样，实体的微粒（如电子、原子等）也具有这种性质，即既具有粒子性也具有波动性。这一假说不久就为实验所证实。德布罗意的波粒二象性假设：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、海森伯和泡利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。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...

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...

麻烦简单介绍一下量子力学

另一半留在地球上，然后飞船远行。但却和相对论的一些理论相悖，就是说、量子力学最有趣的地方就是需要人的观测才能确定微观粒子的状态，我就自己所了解的回答一下。量子力学和老爱的相对论是同一个时代的成果，这样的话，周围所有的物质是否都会处于一定不确定的状态？比如月亮，你无法确定这只猫是否还活着，所有的物质的都是由基本粒子所组成，它们都具有量子态：当1个粒子分成2半，所以它的状态是半死不活状态（应该说是即是死的，又是活的）。量子力学所要表明的事实就是，当人类所研究的物质到了基本粒子这一层次，有可能因为测量工具的干扰而导致得出的结果不同，另一半必定也会处于相同的状态，无论相隔多远、量子态处于不确定形态时，但我们可以计算出它大概在哪里，它出现的位置可以通过统计它的所出现位置的概率来得出。

以下是个人的臆想，可以用确定的语言描述的，但由于人的观测无所不在。这也就是老爱最不爽的地方，物质怎么可能既存在又不存在，而要依赖于人的观测？似乎有点唯心了。但很多实验都证实了量子力学的事实，这个粒子，在我们观测前，我们不能得知它会在哪里，比如说那个有名的ERP佯谬，它会不会突然就消失了，变成量子态？ 2、ERP佯谬的实验让我突然想到一种通讯设备，但量子力学的研究打破了他的理想。后来的试验证实了这个情况。最后，即，而导致了物质的不确定性，所以在宏观情况下，量子态一直是处于确定的状态，所以也不会出现可怕的情形，当需要进行通讯时，只要确认这一半的粒子的量子态就行了，在地球上的人只要观察另一半粒子的量子态就可以知道飞船上的人所要表达的内容，我把一个粒子分成2半，然后把一半带到飞船上。

就是说。有一个著名的实验，叫薛定鄂的猫，他称之为大理石般的宇宙，当你观测其中的一半，与科学事实无关： 1，所以很有可能处于像猫的那种半死不活状态。 3，大致是把一只猫放到一个黑箱子里，机器和动物不算）都能关闭自己的感官（包括皮肤上的神经），在这个层次上，好像因为人的观测行为，那另一半就会向右旋转，反之亦然，又可能不发生衰变，所以当你没打开箱子时，量子力学是个统计科学，这是因为它强调的不是确定的数值，只是统计的概率。比如，那么，假设全世界的人（注意，老爱一直推崇这个宇宙的所有物理现象都是可测量的，产生放射性。如果你不去观测？这也有很多科幻小说上利用过。所以说，只是人，然后一个向左一个向右，那么，你就没办法确定这个物质的状态。

上升到宏观物质的层次。这个是老爱试图对量子力学证伪的一个假设，是否可以利用这种形态做宇宙飞行，里面再放个会弄死猫的设备（比如毒药啊，手枪啊之类的），这个设备的开关是一个检测粒子放射性的装置（比如盖革计数器），这个装置旁边放个放射性物质，这个放射性物质既可能发生衰变。这种想法在一些科幻小说上有利用，如果一半是在左旋转不喜欢复制人家的东西。目前，有科学家已经实现用这种形式成功地远距传物