量子力学的通俗解释是什么?

2024-05-13

1. 量子力学的通俗解释是什么?

量子力学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。
经典力学和经典电磁学是量子力学在宏观世界中的近似。随着被研究对象尺度的增大,经典力学和经典电磁学就越来越接近于量子力学的结果。而在微观领域量子力学是目前唯一被公认的正确理论,经典物理理论在此失效。

量子力学
是描写原子和亚原子尺度的物理学理论。该理论形成于20世纪初期,彻底改变了人们对物质组成成分的认识。微观世界里,粒子不是台球,而是嗡嗡跳跃的概率云,它们不只存在一个位置,也不会从点A通过一条单一路径到达点B。
根据量子理论,粒子的行为常常像波,用于描述粒子行为的“波函数”预测一个粒子可能的特性,诸如它的位置和速度,而非确定的特性。物理学中有些怪异的概念,诸如纠缠和不确定性原理,就源于量子力学。

量子力学的通俗解释是什么?

2. 量子力学的通俗解释是什么?

量子力学(Quantum Mechanics),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,人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统,于是经由物理学家的努力,在20世纪初创立量子力学,解释了这些现象。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除了广义相对论描写的引力以外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述(量子场论)。

3. 量子力学的定义是什么?

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。
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。

扩展资料:
量子力学基本的数学框架建立于:量子态的描述和统计诠释、运动方程、观测物理量之间的对应规则、测量公设、全同粒子公设的基础上。
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。

量子力学的定义是什么?

4. 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。
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5. 如何通俗易懂的解释量子力学?

想要解释量子力学就不得不提一个人物,那就是薛定谔。薛定谔在物理学上的地位非常的特殊,这主要是因为他提出的东西到现在为止并没有得到证实,这主要是因为他的理论在未来甚至都不可能得到证实,因为薛定谔提出的薛定谔的猫在某种程度上是一个逻辑悖论,为什么这么说呢?这就必须要谈到量子力学所研究的一个本质就在于物质的发展状态。
学过高中文科课程的同学想必都知道物质决定意识意识对物质具有能动作用,而我们的意识是独立于物质存在的。我们一个人在一天当中会产生无数的想法,这些想法稍有差错就会导致我们的行为出现不同的运动方式进而导致不同的后果产生,而在这个想法产生的那一瞬间,就决定了一个不确定的状态,我们是否要执行这个想法?
而薛定谔的猫就是这样一种状态,当把一个猫和毒药放在一个箱子里边儿,当我们不去打开箱子的时候,猫的存活与否处于一种不确定的状态,这个时候我们可以认为猫是死的,也可以认为猫是活的,但是如果一旦我们打开箱子就会打破这种状态,猫从两种状态进而变成一种固定的状态,这就是量子力学所要研究的东西,因为一旦打开箱子,也就意味着我们现在可以确定他的状态。
而如果这样做的话,无意间就打破了量子力学不确定性状态的本质,所以我们可以退一步来看,当我们决定打开箱子这个念头产生的时候,其实箱子里的猫还是处于一种不确定状态,而我们的行为也是在不确定的状态下,如果从这样的角度来看的话,那么薛定谔的猫想要讨论的理论依旧是可以形成的。正是基于这样这样一种类似于俄罗斯套娃的思考方式,量子力学才变得悬而又悬不过我想随着科学的进步,总有一天我们会解决量子力学。

如何通俗易懂的解释量子力学?

6. 量子力学的通俗概念是什么,在我们的生活中有实际的应用?

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。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。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。


应用
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全部依靠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。

在上述这些发明创造中量子力学的概念和数学描述往往很少直接起了一个作用,而是固体物理学、化学、材料科学或者核物理学的概念和规则起了主要作用,但是在所有这些学科中量子力学均是其基础,这些学科的基本理论全部是建立在量子力学之上的。

以下仅能列举出一些最显著的量子力学的应用,而且这些列出的例子肯定也非常不完全,实际上在现代的技术中量子力学无处不在。


原子物理和化学
任何物质的化学特性均是由其原子和分子的电子结构所决定的。通过解包括了所有相关的原子核和电子的多粒子薛定谔方程可以计算出该原子或分子的电子结构。在实践中人们认识到要计算这样的方程实在太复杂,而且在许多情况下只要使用简化的模型和规则就足以确定物质的化学特性了。在建立这样的简化的模型中量子力学起了一个非常重要的作用。

一个在化学中非常常用的模型是原子轨道。在这个模型中分子中电子的多粒子状态通过将每个原子的电子单粒子状态加到一起形成。这个模型包含着许多不同的近似(比如忽略电子之间的排斥力、电子运动与原子核运动脱离等等),但是它可以近似地、准确地描写原子的能量极。除比较简单的计算过程外这个模型还可以直觉地给出电子排布以及轨道的图像描述。

通过原子轨道人们可以使用非常简单的原则(洪德定则)来区分电子排布。化学稳定性的规则(八隅律、幻数)也很容易从这个量子力学模型中推导出来。

通过将数个原子轨道加在一起可以将这个模型扩展为分子轨道。由于分子一般不是球对称的,因此这个计算要比原子轨道要复杂得多。理论化学中的分支量子化学和计算机化学是专门使用近似的薛定谔方程计算复杂的分子的结构及其化学特性的学科。


核物理
核壳层模型 
隧道效应 

固体物理学
为什么金刚石硬、脆和透明,而同样由碳组成的石墨却软而不透明?为什么金属导热、导电,有金属光泽?发光二极管、二极管和三极管的工作原理是什么?铁为什么有铁磁性?超导的原理是什么?

以上这些例子可以使人想象出固体物理有多么多样性。事实上凝聚态物理学是物理学中最大的分支。

事实上所有凝聚态物理学中的现象从微观角度上都只有通过量子力学才能正确地被解释。使用经典物理顶多只能从表面上和现象上提出一定的解释。

以下列出了一些量子效应特别是强的现象:
晶格现象:音子、热传导 
静电现象:铁电性、压电效应 
电导:绝缘体、导体、半导体、电导、能带结构、带隙、p-n结、近藤效应、等离体子、量子霍尔效应、超导现象、约瑟夫逊效应、维格纳晶体 
热电效应:热电性 
磁性:铁磁性、磁量子、自旋玻璃态 
低温态:玻色-爱因斯坦凝聚、超流体、超固体、费米子凝聚态 
维效应:量子线、自旋密度波、量子点 

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。

7. 量子力学的主要观点是什么?

在量子力学中,测量过程本身对系统造成影响。 
1.不确定性原理 
2.机率 
3.粒子的不可区分性和泡利原理 
4.量子纠缠
5.量子脱散
有疑问的话,看看参考资料。

量子力学的主要观点是什么?

8. 量子力学的基本理论是什么?

原理1:被测体系所有可能状态由一个可分的希尔伯特空间描述。概念1:希尔伯特空间。完备的复内积空间叫做希尔伯特空间。内积是线性空间上的一个正定的、共轭对称的、半共轭线性半线性的二元函数,它给线性空间带来了正交,带来了长度,也带来了拓扑。对于无限维空间,拓扑决定了空间的结构,它可以看出一个空间是否完备,不完备的空间中存在空洞,只有填补了空洞,才有可能使得:1.存在一组正交归
一基,使得任何态矢量都可以在基上展开。2.任何一个态矢量都一一对应着一个有界线性泛函。这就是完备性,没有这个保证,我们无法让任何态表示成一些基本态的叠加,我们无法认为左右矢是一一对应的。概念2:可分。有可数的稠密子集的拓扑空间叫做可分的。可数是指有限或者可以与自然数建立一一映射,虽然这个集合是无限的,但我们可以把元素一个一个排开,从第一个,第二个,第三个,无限地排下去。整数可数、有理数可数、代数数可数、实数不可数。稠密是指此集合的闭包是全空间。对于距离空间,稠密等价于,对于任意点A和任意小的距离d,我都可以在此集合中找到一个点,使它与A的距离小于d。有理数在实数中稠密,所以实数是可分的。可分的希尔伯特空间总有可数的正交归一基,总有一个矢量,它与所有基都不正交。不可分的希尔伯特空间,有不可数个正交归一基,但任意矢量至多与可数个基不正交。也就是说,只有可分的空间,我才敢断言,存在一个态矢量,它在所有基上的分量都不为0!概念3:态矢量和态可分希尔伯特空间中的任何一个矢量,都叫做态矢量,而共线的态矢量描述了同一个态。|X>和k|X>是同一个态。与非0矢量|X>共线的所有矢量,叫做线性空间中的一条射线,态与射线是一一对应的。原理2:可观测的物理量,可以由希尔伯特空间中的一个稠定自伴算子来描述。由于右矢(希尔伯特空间中的点)与左矢(希尔伯特空间上的有界线性泛函)是一一对应的,那么我们可以问及这么一个问题,任何一个算子A,是否有一个算子B使得:这个B叫做A的伴算子,记作。其中D(B)是B的定义域。就像函数有定义域,算子也有定义域,如果算子的定义域是全空间的稠密子空间,这个算子叫做稠定的。稠密的子空间中存在着全空间的基,只是由于这个子空间不是闭子空间,它有漏洞。如果我们重新定义内积:那么A的定义域虽然依照原来的内积不是闭的,但可能对于这个新的内积是闭的,如果这样我们称A是闭的。如果A比A'的定义域大一点,但在A‘的定义域D(A')中,A和A’相等,即它们作用于D(A')中任意矢量都有相同的结果,我们称A‘是A的部分算子。两个算子相等是指它们有相同的定义域,而且对定义域中任何矢量作用后有相同的结果。对称算子是指它是它的伴算子的部分算子;自伴算子与它的伴算子严格相等。物理上的“厄米算符”虽然从文字上是指数学上的“对称算子”,但由于物理书都没有太考虑算子的定义域问题,而且强调“厄米算符”有实数观测值,应当把物理书中的“厄米算符”理解为自伴算子。原理3:物理量的观测值,是它的谱点,物理量观测值处于集合X中的概率等于,其中E是该物理量对应的谱族,x是系统所处的状态对应的一个归一化态矢量。概念1:谱算子A的预解式定义为,使得预解式在全空间都有定义的,叫做算子A的正则点,其他的点叫做谱点。谱包括:1.点谱,不是单射,所以它的逆不存在。2.连续谱,不是满射,所以它有逆,但逆的定义域不是全空间,但是全空间的稠密子空间;3.剩余谱,不是满射,它的值域也不在全空间稠密。对自伴算子,也就是物理量而言,剩余谱为空集,所以只有点谱和连续谱,而且其谱集是实数集的子集。概念2:谱族谱族是一个把代数中的集合映射为希尔伯特空间中的正交投影算子的映射。投影算子是满足的算子。自伴的投影算子叫做正交投影算子,它是有界的,除0算子外,其界为1。谱族满足3个性质:1.任意可数个不相交集合满足;2.空集的谱族等于零算子;3.全集的谱族等于恒等算子。注意两个正交投影算子之和为投影算子,当且仅当它们之积为0算子。概念3:自伴算子对应的谱族数学家冯诺依曼(对就是那个后来搞计算机的那个)证明了:任何一个稠定的自伴算子A都对应着一个唯一的谱族,使得:积分空间是算子A的谱集。这个和被测体系的归一化态矢量|x>构成了一个概率测度:这个概率就是当系统处于|x>状态,物理量A的测值在X中的概率。冯诺依曼的著作《量子力学的数学原理》讨论了自伴算子的谱分解,并赋予了量子力学严格的数学基础。原理4:处于|x>描述的状态的体系,在观测到结果之后,状态变为。这个过程叫做量子态的坍缩。量子态坍缩,与唯心主义无关,因为观测任何系统都必须使用物质的工具,在观测的过程中,探测仪器不可避免地要与被测系统发生相互作用。要观测粒子的自旋,必须外加磁场,要观测粒子的能量和动量,必须用另一个粒子去轰击它。观测结果不一定是个实数,也有可能是一个实数的集合,因为观测总是存在误差。如果空间不是离散的,意味着我们不可能找到一个尺度,它足以分辨任意两个点。所以测量一个粒子的位置,我们总是需要带着误差。这意味着位置这个物理量对应的自伴算子,没有点谱,只有连续谱。原理5:对系统的任何操作,可以视为对描述系统的态矢量做了一个幺正变换。物理上的幺正变换,数学上叫做酉算子。如果算子U能够保持矢量的内积不变:它被称为等距算子,而可逆的等距算子称为酉算子。酉算子的逆等于他的伴算子,它的逆也是酉算子。时间演化,也是一种幺正变换:幺正性要求,无穷小生成元H,是自伴的,它自然导出薛定谔方程:原理6:交换两个全同粒子的状态,不改变系统的状态。粒子置换算子作用于全同粒子系统,结果等于乘上了一个复数因子,幺正性要求这个因子的模为1。其中复因子为1的叫做玻色子,复因子为-1的叫做费米子。目前我们只看到了这两种粒子。也有人猜测这个因子还能为其他复数,这种粒子称为任意子。