什么是量子力學(xué)?什么叫量子力學(xué)?

什么是量子力學(xué)

究竟是什么機(jī)制使空腔的原子產(chǎn)生出所觀察到的黑體輻射能量分布，對(duì)此問(wèn)題的研究導(dǎo)致了量子物理學(xué)的誕生。? ?
1900年１２月１４日Planck 提出：?????? ?如果空腔內(nèi)的黑體輻射和腔壁原子處于平衡，那么輻射的能量分布與腔壁原子的能量分布就應(yīng)有一種對(duì)應(yīng)。作為輻射原子的模型，Planck 假定：
（1）原子的性能和諧振子一樣，以給定的頻率 v 振蕩；
（2）黑體只能以 E = hv 為能量單位不連續(xù)的發(fā)射和吸收輻射能量，????? 而不是象經(jīng)典理論所要求的那樣可以連續(xù)的發(fā)射和吸收輻射能量。

量子力學(xué)是研究微觀粒子（如電子、原子、分子等）運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論。原子核和固體的性質(zhì)以及其他微觀現(xiàn)象，目前已基本上能從以量子力學(xué)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代理論中得到說(shuō)明?，F(xiàn)在量子力學(xué)不僅是物理學(xué)中的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學(xué)和許多近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。

上世紀(jì)末和本世紀(jì)初，物理學(xué)的研究領(lǐng)域從宏觀世界逐漸深入到微觀世界；許多新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果用經(jīng)典理論已不能得到解釋。大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和量子論的發(fā)展，表明微觀粒子不僅具有粒子性，同時(shí)還具有波動(dòng)性（參見(jiàn)波粒二象性），微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不能用通常的宏觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)描寫(xiě)。德布羅意、薛定諤、海森堡，玻爾和狄拉克等人逐步建立和發(fā)展了量子力學(xué)的基本理論。應(yīng)用這理論去解決原子和分子范圍內(nèi)的問(wèn)題時(shí)，得到與實(shí)驗(yàn)符合的結(jié)果。因此量子力學(xué)的建立大大促進(jìn)了原子物理。固體物理和原子核物理等學(xué)科的發(fā)展，它還標(biāo)志著人們對(duì)客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)從宏觀世界深入到了微觀世界。

量子力學(xué)是用波函數(shù)描寫(xiě)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以薛定諤方程確定波函數(shù)的變化規(guī)律，并用算符或矩陣方法對(duì)各物理量進(jìn)行計(jì)算。因此量子力學(xué)在早期也稱為波動(dòng)力學(xué)或矩陣力學(xué)。量子力學(xué)的規(guī)律用于宏觀物體或質(zhì)量和能量相當(dāng)大的粒子時(shí)，也能得出經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論。在解決原子核和基本粒子的某些問(wèn)題時(shí)，量子力學(xué)必須與狹義相對(duì)論結(jié)合起來(lái)（相對(duì)論量子力學(xué)），并由此逐步建立了現(xiàn)代的量子場(chǎng)論。

量子力學(xué)是研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科，它主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，它與相對(duì)論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。量子力學(xué)不僅是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學(xué)等有關(guān)學(xué)科和許多近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。

量子力學(xué)的基本原理包括量子態(tài)的概念，運(yùn)動(dòng)方程、理論概念和觀測(cè)物理量之間的對(duì)應(yīng)規(guī)則和物理原理。

在量子力學(xué)中，一個(gè)物理體系的狀態(tài)由波函數(shù)表示，波函數(shù)的任意線性疊加仍然代表體系的一種可能狀態(tài)。狀態(tài)隨時(shí)間的變化遵循一個(gè)線性微分方程，該方程預(yù)言體系的行為，物理量由滿足一定條件的、代表某種運(yùn)算的算符表示；測(cè)量處于某一狀態(tài)的物理體系的某一物理量的操作，對(duì)應(yīng)于代表該量的算符對(duì)其波函數(shù)的作用；測(cè)量的可能取值由該算符的本征方程決定，測(cè)量的期待值由一個(gè)包含該算符的積分方程計(jì)算。

波函數(shù)的平方代表作為其變數(shù)的物理量出現(xiàn)的幾率。根據(jù)這些基本原理并附以其他必要的假設(shè)，量子力學(xué)可以解釋原子和亞原子的各種現(xiàn)象。

關(guān)于量子力學(xué)的解釋涉及許多哲學(xué)問(wèn)題，其核心是因果性和物理實(shí)在問(wèn)題。按動(dòng)力學(xué)意義上的因果律說(shuō)，量子力學(xué)的運(yùn)動(dòng)方程也是因果律方程，當(dāng)體系的某一時(shí)刻的狀態(tài)被知道時(shí)，可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程預(yù)言它的未來(lái)和過(guò)去任意時(shí)刻的狀態(tài)。

但量子力學(xué)的預(yù)言和經(jīng)典物理學(xué)運(yùn)動(dòng)方程(質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程和波動(dòng)方程)的預(yù)言在性質(zhì)上是不同的。在經(jīng)典物理學(xué)理論中，對(duì)一個(gè)體系的測(cè)量不會(huì)改變它的狀態(tài)，它只有一種變化，并按運(yùn)動(dòng)方程演進(jìn)。因此，運(yùn)動(dòng)方程對(duì)決定體系狀態(tài)的力學(xué)量可以作出確定的預(yù)言。

但在量子力學(xué)中，體系的狀態(tài)有兩種變化，一種是體系的狀態(tài)按運(yùn)動(dòng)方程演進(jìn)，這是可逆的變化；另一種是測(cè)量改變體系狀態(tài)的不可逆變化。因此，量子力學(xué)對(duì)決定狀態(tài)的物理量不能給出確定的預(yù)言，只能給出物理量取值的幾率。在這個(gè)意義上，經(jīng)典物理學(xué)因果律在微觀領(lǐng)域失效了。

據(jù)此，一些物理學(xué)家和哲學(xué)家斷言量子力學(xué)擯棄因果性，而另一些物理學(xué)家和哲學(xué)家則認(rèn)為量子力學(xué)因果律反映的是一種新型的因果性——幾率因果性。量子力學(xué)中代表量子態(tài)的波函數(shù)是在整個(gè)空間定義的，態(tài)的任何變化是同時(shí)在整個(gè)空間實(shí)現(xiàn)的。

20世紀(jì)70年代以來(lái)，關(guān)于遠(yuǎn)隔粒子關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)表明，類空分離的事件存在著量子力學(xué)預(yù)言的關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)是同狹義相對(duì)論關(guān)于客體之間只能以不大于光速的速度傳遞物理相互作用的觀點(diǎn)相矛盾的。于是，有些物理學(xué)家和哲學(xué)家為了解釋這種關(guān)聯(lián)的存在，提出在量子世界存在一種全局因果性或整體因果性，這種不同于建立在狹義相對(duì)論基礎(chǔ)上的局域因果性，可以從整體上同時(shí)決定相關(guān)體系的行為。

量子力學(xué)用量子態(tài)的概念表征微觀體系狀態(tài)，深化了人們對(duì)物理實(shí)在的理解。微觀體系的性質(zhì)總是在它們與其他體系，特別是觀察儀器的相互作用中表現(xiàn)出來(lái)。

量子力學(xué)表明，微觀物理實(shí)在既不是波也不是粒子，真正的實(shí)在是量子態(tài)。真實(shí)狀態(tài)分解為隱態(tài)和顯態(tài)，是由于測(cè)量所造成的，在這里只有顯態(tài)才符合經(jīng)典物理學(xué)實(shí)在的含義。微觀體系的實(shí)在性還表現(xiàn)在它的不可分離性上。量子力學(xué)把研究對(duì)象及其所處的環(huán)境看作一個(gè)整體，它不允許把世界看成由彼此分離的、獨(dú)立的部分組成的。關(guān)于遠(yuǎn)隔粒子關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，也定量地支持了量子態(tài)不可分離性的觀點(diǎn)。

人們對(duì)觀察結(jié)果用經(jīng)典物理學(xué)語(yǔ)言描述時(shí)，發(fā)現(xiàn)微觀體系在不同的條件下，或主要表現(xiàn)為波動(dòng)圖象，或主要表現(xiàn)為粒子行為。而量子態(tài)的概念所表達(dá)的，則是微觀體系與儀器相互作用而產(chǎn)生的表現(xiàn)為波或粒子的可能性。