量子力学论文(1)
量子力学论文
引言:
自1928 年,乔治·伽莫夫正确地用量子隧穿效应解释了原子核的阿尔法衰变以来,势垒隧穿效应广泛应用在各个领域,像电子的冷发射(cold emission)、半导体物理学、超导体物理学等等。快闪存储器的运作原理也牵涉到量子隧穿理论。另外一个重要应用领域是扫描隧道显微镜。
正文:
1.隧穿效应:
量子力学结课论文
从势垒隧穿到扫描隧道显微镜
王忠鹏 中国石油大学(华东) 理学院 材料物理1303班 1309050315
摘要:
本文首先介绍了势垒隧穿效应,也称量子隧穿效应,而后介绍由此效应研制出的扫描隧道显微镜的原理及发展历史等。
关键词:势垒隧穿 扫描隧道显微镜 原理 发展历史
在许多情况下,特别是在微观领域中,用势能函数来描述力的特性,要比用力的各个分量来描述更为简明、人们能够把特定形式的势能,同在自然界中观测到的特定形式的势能相互作用联系起来。大家知道,势能是状态的函数,在坐标和势能零点确定的情况下,物体的势能仅仅是位置的函数。在一维情况下,势能随坐标变化的曲线,称为一维势能曲线,如下图所示
在一维情况下,假设在保守力.厂( )的作用下,物体位置有了一个微小的增量dx,根据保守力做功与势能增量的关系可以得到,它表明,保守力指向势能下降的方向,其大小正比于势能曲线的斜率。
在仅有保守力作用的情况下,一维运动的质点机械能守恒,满足
量子力学论文
从波函数到薛定谔方程摘要:本文从波函数出发,阐述薛定谔的推导过程,并且根据哈特里福克方程,克莱因戈尔登方程完善薛定谔方程的泡利不相容原理,洛伦兹不变性。
关键词:波函数薛定谔方程哈特里福克方程克莱因戈尔登方程一.波函数:微观粒子的运动状态称为量子态,是用波函数来描述的,这个波函数所反映的微观粒子波动性,这个波函数所反映的微观粒子波动性,就是德布罗意波。
(量子力学的基本假设之一)并且,玻恩指出:德布罗意波或波函数不代表实际物理量的波动,而是描述粒子在空间的概率分布的概率波。
(1)推导过程:在波动学中,描述波动过程的数学函数都是空间、时间二元函数一列沿X轴正向传播的平面单色简谐波的波动方程,即:应用欧拉公式,可以推广到复数域:再通过德布罗意公式,可以得到自由粒子的波函数:(2)波函数性质1.自由粒子的能量和动量为常量,其波函数所描述的德布罗意波是平面波。
2.对于处在外场作用下运动的非自由粒子,其能量和动量不是常量,其波函数所描述的德布罗意波就不是平面波。
3.外场不同,粒子的运动状态及描述运动状态的波函数也不相同。
(3)波函数的统计假设设描述粒子运动状态的波函数为,则1.空间某处波的强度与在该处发现粒子的概率成正比;2.在该处单位体积内发现粒子的概率(概率密度)与的模的平方成正比。
(4)波函数统计意义的具备条件1.连续- 因概率不会在某处发生突变,故波函数必须处处连续;2.单值- 因任一体积元内出现的概率只有一种,故波函数一定是单值的;3.有限- 因概率不可能为无限大,故波函数必须是有限的;二.薛定谔方程:1.1925年德国物理学家薛定谔提出的非相对论性的量子力学基本方程,质量为m的粒子,在势能函数为的势场中运动,当其运动速度远小于光速时,它的波函数所满足的方程为:这就是薛定谔方程,它反映微观粒子运动状态随时间变化的力学规律,又称含时薛定谔方程。
其中,为哈密顿算符。
2.若粒子所在的势场只是空间函数,那么对应于一个可能态有一个能量值E,即可得到定态薛定谔方程:3.定态是指波函数具有的形式。
物理学 量子力学 大学期末论文
物理学量子力学大学期末论文摘要:本文旨在探讨量子力学的基本概念、原理及其在物理学领域的应用。
首先介绍了科学家们对量子力学的研究历程,然后深入解析了量子力学的核心理论和基本原理,包括波粒二象性、不确定性原理、波函数等。
接着,阐述了著名的量子力学实验和薛定谔方程的重要性,再详细讨论了量子力学在原子物理、固态物理以及信息科学等领域的应用。
最后,总结了量子力学的局限性,并对未来发展方向提出了展望。
1. 引言在近现代物理学的发展过程中,量子力学作为一门革命性的理论,在解释微观世界的物理现象方面起到了举足轻重的作用。
量子力学的基本原理和概念对于研究原子、分子、固体和核物理等领域具有重要意义,也在信息科学和计算机科学中发挥着日益重要的作用。
2. 量子力学的历史量子力学的历史可以追溯到20世纪初。
在此期间,诸多物理学家如普朗克、爱因斯坦、德布罗意等人都对量子力学的基础概念做出了重要贡献。
其中普朗克的能量量子化假设和爱因斯坦的光电效应等实验现象的解释为量子力学的发展奠定了基础。
3. 量子力学的基本原理量子力学具有波粒二象性,即微观粒子既具有粒子性又具有波动性。
不确定性原理指出,对于某些物理量的测量存在不确定性,即无法同时确定粒子的位置和动量。
此外,波函数是量子力学中的核心概念,它描述了粒子在空间中的行为。
4. 薛定谔方程薛定谔方程是量子力学中的重要方程,描述了波函数随时间的演化。
它为量子力学的定态和非定态问题提供了解决方法,并在粒子在势能场中的运动研究中具有广泛应用。
5. 量子力学的实验验证量子力学的实验验证对于验证理论的正确性和进一步发展起着关键作用。
例如,描写电子云模型的费曼双缝实验以及描述原子的量子力学实验等都为量子力学的发展提供了重要支持。
6. 量子力学的应用领域量子力学在原子物理、固态物理和信息科学等领域具有广泛的应用。
在原子物理中,量子力学被用来解释原子光谱现象,以及描述电子在原子轨道中的运动。
在固态物理中,通过量子力学可以研究电子在晶格中的行为,解释导电性和磁性等现象。
量子力学论文
量子力学论文集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#量子理论及技术的发展【摘要】本文简述了在量子力学的发展过程中所带动的激光、半导体、扫描隧道显微镜、量子信息等技术的形成及影响,并借此强调了基础理论对于技术发明的重要性。
【关键词】量子力学激光半导体扫描隧道显微镜量子信息回顾科技史,以量子论、相对论为代表的近代物理学掀起了以能源、材料、信息为代表的现代技术革命,其中量子理论在形成中便带动了相关技术群的出现并促进了自身研究的深入和拓展。
一、从“光量子假说”到激光技术1900年,德国物理学家普朗克为了解决有关热辐射现象的“黑体辐射”难题,提出了“普朗克假设”,其“能量子”概念的提出标志着量子力学的诞生。
随后,爱因斯坦于1905年提出了“光量子假说”以解释“光电效应”,使人们对能量量子化的认识更深入了一步的认识。
1916年,爱因斯坦指出辐射有两种形式:自发辐射和受激辐射,从而为激光器的发明奠定了理论基础。
激光器在技术上的最终实现得益于二战后对与雷达相关的微波的深人研究。
其中标志性的工作有:1933年拉登伯格观测到了负色散现象;1939年法布里坎特指出辐射放大的必要条件是实现粒子数反转;1946年布洛赫观察到了粒子数反转的信号;1951年珀塞尔第一次在实验中实现了粒子数反转并观察到了受激辐射;1951年汤斯首次提出实现微波放大的可能性;1954年汤斯等人成功地制成了世界上第一台“辐射的受激发射微波放大”的装置(简称脉塞Maser);1958年汤斯和肖洛论证了把微波激射技术扩展到论的又一重大课题。
在量子力学建立前,特鲁特于1900提出了经典的金属自由电子气体模型,定性的解释了金属的电导和热导行为,但得到的定量比热关系在低温时与实验偏离较大。
1907年爱因斯坦应用了量子假说,所得结果得到了能斯特的实验验证和大力宣传,使量子论开始被人们认识,从而打开了迅速发展的局面。
从1913年玻尔提出半经典的量子论原子模型到1928年狄拉克发表电子的相对红外区和可见光区的可能性。
量子力学作文
量子力学作文篇一量子力学哎呀呀,量子力学,这可真是个让人头疼又着迷的玩意儿啊!我第一次听到这个词的时候,就觉得哇,这是什么高科技啊,感觉好厉害的样子。
咱就说,量子力学里那些什么粒子啊、波啊,一会儿这样一会儿那样的,真的是让人捉摸不透。
就好像你觉得它是个粒子吧,它又能表现出波的特性,这不是玩儿我呢嘛!我觉得吧,这量子力学就像是个调皮的小孩子,你永远不知道它下一秒会搞出什么花样来。
我记得有一次上物理课,老师在讲量子力学,我听得云里雾里的,感觉自己的脑子都要变成浆糊了。
我当时就在想,这玩意儿到底和我有啥关系啊?难道我以后买菜还要用量子力学去算价格吗?但是后来我又想,也许了解了量子力学,我就能知道宇宙的奥秘了呢,那多酷啊!也许量子力学就是那把打开宇宙神秘大门的钥匙呢,谁知道呢!虽然我现在对它还不是很懂,但我就是对它有一种莫名的好奇。
说不定哪天我突然就开窍了,一下子就搞懂了呢。
嘿嘿,量子力学,你就等着我来征服你吧!篇二量子力学哇塞,量子力学啊,这可真是个玄之又玄的东西。
我有时候都怀疑,这是不是科学家们编出来忽悠我们的呀。
你想想看,什么量子纠缠,两个粒子相隔老远还能瞬间感应,这也太扯了吧!我就不信了,这比心电感应还厉害呢。
不过呢,又有那么多厉害的科学家都在研究这个,我又觉得可能真有其事。
哎呀,我这脑子都要被搞糊涂了。
我记得有一次看科幻电影,里面就提到了量子力学,那场面,老酷炫了。
什么穿越时空啊,瞬间移动啊,感觉好牛掰的样子。
我就在想,要是真的能用量子力学做到这些,那该多好玩儿啊。
也许以后我们出门都不用坐车了,直接用量子力学来个瞬移,“嗖”的一下就到目的地了,哈哈。
但这也只是我的幻想啦,现实中量子力学的应用好像还没那么夸张。
不过我觉得以后肯定会有更多神奇的事情发生的。
我就这么一说哈,也许我是错的呢,毕竟我对量子力学也只是个半吊子。
但这又有什么关系呢,我就是喜欢瞎想,量子力学,你就继续神秘下去吧,我倒要看看你能搞出什么花样来!篇三量子力学嘿,量子力学啊,这玩意儿真的是让我又爱又恨。
量子力学论文(1)
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本文从量子力学的建立和发展过程出发,对量子力学与物质波的关系给出了论证:量子力学的建立过程就是对物质波的认识过程;量子力学的框架就是围绕粒子的波动性(波函数)来完成的;量子力学的含义就是给物质波一个物理解释。
文章最后作者根据自己的观点给出了解决“量子物理论战”的一条可能途径。
量子力学是关于微观粒子运动的一门科学,其核心内容是描述微观粒子的波粒二象性——微观粒子的运动规律类似于波的运动;而微观粒子在被一些实验手段测量时又体现经典粒子的性质,如,具有动量、质量、电荷——这看似矛盾的性质被统一于物质波的概念中。
虽然我们对量子力学仍有疑问,但是它的成功已经被无数实验确认,而且数学证明它也是自洽的,它自身的内部体系已经变得几乎无懈可击;所以我们要有所突破只能从外部,从它的假设入手。
我想,最有可能突破的就是它的统计解释,也就是量子力学的主要任务——描述物质波。
当然这一切需要实验的支持。
由此可见物质波对于量子力学的意义。
量子力学是20世纪最成功的物理理论之一,熟悉它的建立过程对我们更好的理解量子力学会有很大的帮助。
我们将会看到,量子力学的建立过程就是对物质波的认识过程。
1914年,密立根用实验完全确认了爱因斯坦的光量子理论。
1923年,康普顿的X射线散射实验证实了辐射的粒子性;在康普顿的“X射线在轻元素上的散射的量子理论”中写道:“这个实验非常令人信服的指出,辐射量子确实既带有能量,也带有定向的动量。
量子力学作文
量子力学作文篇一《量子力学就在生活中》量子力学听起来特别高深莫测,像是那种只存在于超级科学家的实验室里或者厚厚的学术著作里的东西。
但其实啊,它就偷偷藏在咱们的日常生活里呢,就像一个调皮的小精灵,时不时出来露个脸。
我就有这么一次奇特的经历。
有天晚上我在我家的小院子里看星星,手里拿着个激光笔,就那种能射出一道细细光线的小玩意儿。
我就朝着天上黑咕隆咚的地方瞎比划,想看看这光线能照多远。
这时候啊,就突然想到了量子力学里说的光的一些特性。
咱们平常看到的这一束光啊,按量子力学的说法它有粒子性。
就好像那光是由一个个小小的光粒子组成的,这要是在平时我可理解不了,但是那时候拿着激光笔,就似乎能模模糊糊感觉到那些小粒子在我手里的笔里,然后冲到天上去。
我对着星星照啊照的,那些光粒子好像在跟天上的星星打着招呼。
而且那光线不是笔直的嘛,就感觉那些粒子排着整齐的队伍向前冲,谁也不挤谁,规规矩矩的。
我就这么在院子里玩了好一会儿,越想越觉得神奇。
量子力学啊,甭管多复杂,就像这个激光笔发出的光线一样,能实实在在的让我看到一点影子。
虽然我这理解肯定不完全对,可能科学家看到我这想法都得笑掉大牙,但是对我来说啊,通过这个小小的激光笔的光,算和量子力学有点搭上边了。
生活中有这么多像这样看似平常但是又藏着量子力学奥秘的事儿,只要咱愿意去想,就像挖掘宝藏一样有趣呢。
篇二《量子力学与我家的猫》我家有只猫,那家伙整天懒洋洋的,除了吃就是睡。
可就这么一只平常的猫,居然也能让我跟量子力学搭上点关系。
有一天我正坐在沙发上,这猫就窝在我脚边,睡得那叫一个香。
我就盯着它看,它的毛在阳光下有一点淡淡的金色。
突然我就想起量子力学里说的叠加态这个怪东西。
在量子世界里啊,一个东西可以同时处于多种状态,就像这猫,我看的时候它是睡着的,可要是按量子力学那种奇怪的思维来想,它可能同时又处于一个什么别的状态,比如说在梦里奔跑抓老鼠之类的。
虽然这听起来特别荒诞,但是我自己却越想越好玩。
量子力学论文
量子力学与经典力学异同之我见摘要:1.方法与任务经典力学的任务大致可以分为三类:(1)初值问题:给定系统初始时刻的状态,即每一个质点的坐标及速度,给定每一个质点的手里函数Fi(t),描写体系未来的状态(位置和速度)。
(2)定态问题:给定体系的受力条件,描写体系最后达到的平衡条件(质点或刚体的位置)。
(3)逆向问题:已知系统中质点的运动规律反推质点(或由无数质点组成的物体)的受力信息。
例如在汽车设计中,需要根据时速确定轮胎所受的离心力,从而设计所用的材料的强度。
量子力学作为力学也履行经典力学的三个任务。
所不同的是,面对初值问题确定系统的初试波函数时,很难用仪器直接测量。
通常将能量最低的本征态视为初态,其依据是量子体系特别是由少数粒子组成的体系容易达到统计力学平衡状态,这时系统处于最低能态的几率最大。
处理定态问题时由于量子力学引入了力学量算符,导致体系的力学量通常只能取一些分立值,即出现不连续的量子化现象。
量子力学将力学的第三个任务处理为散射问题,即由碰撞后粒子的运动状态确定碰撞过程中的作用力形式。
量子力学在履行上述任务时首先根据经典力学关于质点的哈密顿量写出相应的算符,由此确定体统的波函数Ψ(t)随时间的演化,而波函数模平方∣Ψ(t)∣²代表质点在空间某点出现的概率密度。
在这种意义上,可以说量子力学描写的东西仍然是质点在微观层次的运动状态,这是与经典力学相同的。
所不同的是,经典力学所给出的描写是唯一确定的,而量子力学通常只给出各种时间出现的概率,即便是任意时刻的波函数Ψ(t)已被完全确定。
2.自由电子如何飞翔与人们日常生活最密切相关的基本粒子是电子。
我们所感受到的各种物体的颜色、体积、软硬程度,都由电子运动状态决定;有关电视电脑等各种电器以及大量测量仪器的设计,其主要处理的物理对象也是电子。
如下图所示,电子枪将一个电子以速度v 射入真空室。
设电子进入真空室时的位置矢量为零,试问经历时间t 后,电子空间位置如何?R (t)=v*t按照速度的定义其测定必须观测粒子在给定时间间隔△t 内所经过的空间距离△s ,由此得到在△s 内的平均速度V=△s ∕△t 。
量子力学学术论文Word版
量子力学学术论文Word版引言量子力学是现代物理学的重要分支,对于理解微观世界的行为具有关键性的意义。
本文旨在研究量子力学的基本原理和一些重要的应用。
量子力学的基本概念量子力学的核心观念是波粒二象性。
根据波动粒子二象性理论,所有粒子都具有波动性质,而波动性质则通过波函数来描述。
波函数是描述粒子状态的数学函数,通过它可以获得粒子的位置、动量以及其他性质的概率分布。
根据薛定谔方程,波函数随时间的演化可以确定粒子的运动。
量子力学的基本原理量子力学的基本原理包括波函数叠加原理、观测与测量原理、确定原理等。
根据波函数叠加原理,当多个波函数叠加时,最终得到的波函数是各个波函数的叠加结果。
观测与测量原理指出,观测过程会导致系统的状态塌缩到一个确定的状态。
确定原理则表明在某一时刻,粒子的位置和动量无法同时精确确定。
量子力学的应用量子力学的应用非常广泛,涉及到量子计算、量子通信、量子力学光学等领域。
其中,量子计算是最具有潜力的应用之一。
量子计算利用量子比特的叠加和纠缠特性,可以执行一些传统计算机无法完成的任务,例如因子分解和优化问题。
此外,量子通信利用量子纠缠的特性,可以实现安全的加密通信,抵抗量子计算的破解。
量子力学光学则将光学和量子力学结合,研究光子的量子行为,在量子计算、量子通信等领域有着重要应用。
结论量子力学是解释微观世界的理论框架,通过波函数描述了粒子的特性和行为。
其基本原理展示了核心概念,而应用则表明了量子力学在未来科技发展中的重要性。
我们相信随着量子技术的不断发展,量子力学将为人类带来更多令人兴奋的突破。
以上是对量子力学的一个简要介绍,包括基本概念、基本原理以及应用领域等。
随着科学技术的发展,我们对量子力学的理解和应用将会不断深化。
新的发现和进展将进一步推动科技的发展,带来更多的创新和突破。
量子信息论文(五篇范例)
量子信息论文(五篇范例)第一篇:量子信息论文量子信息——新时代科技的推进器现如今,量子信息已成为科学领域发展必不可少的要素之一,其实,在20世纪初量子就已经被发现并被人类所利用。
在19世纪后期,在科学界出现了许多难题——很多物理现象无法用经典理论解释,包括在当时科学界讨论很激烈的黑体辐射问题(由于物体辐射的电磁波在各个波段是不同的,并且受物体自身特性和温度的影响,为了研究这种规律,科学家定义了黑体来作为热辐射研究的标准物体)。
1900年,当普朗克研究黑体辐射时,提出了普朗克辐射定律,量子这一概念就此诞生。
量子假设的提出终结了经典物理学的垄断地位,使物理学进入了微观时代,也就是现代物理学的诞生。
而经过一个多世纪的发展,量子领域的一些假设仍然不是非常严密,还需在日后的研究中逐步完善,但这并不能否认量子在目前科学领域的领导地位。
量子,即某物质或物理量特性的最小单元,它以qubit为单位,而从中衍生的量子力学,量子力学中的量子通信已经成为当今科技发展的主要领域。
先讨论一下量子力学,上文提到过量子力学是描述微观物质的理论,与相对论紧密结合,成为现代物理学的支柱。
它强调微观世界的不确定性以及客观规律,而其中最著名的预测便是量子纠缠态,即使两个粒子在空间上也许会相距很远,但是其中一个粒子会时刻随着另外一个粒子的改变而改变,因此,爱因斯坦将量子纠缠称为“幽灵般的超距作用”,这种粒子的互相影响现象听起来似乎十分玄学,但是它的确是科学家在实际试验中获得的现象。
例如,我国量子卫星“墨子号”成功实现了“千公里级”的星地双向量子纠缠分发,在全世界取得领先的地位。
值得一提的是,21世纪兴起的量子计算机中的原理正源自于量子之间的纠缠,在量子计算机中,基本信息单位是量子比特,运算对象是量子比特序列。
相对于传统计算机,量子计算机拥有其特殊的优越性,量子比特序列不但可以处于各种正交态的叠加态上,而且还可以处于纠缠态上。
这些特殊的量子态,不仅提供了量子并行计算的可能,还做到了传统计算机几乎无法完成的工作。
作文《量子力学的奥秘》
量子力学的奥秘篇一:量子力学的奥秘要说量子力学,感觉就像听相声,台上那俩人抖包袱,你听着还觉得挺乐呵,但真让你解释清楚,嘿,还真有点费劲。
我大学时候选修过一门量子物理,老师讲课,我听得云里雾里,就感觉像听天书一样,最后考试差点挂科,那滋味,现在想起来还后怕呢。
其实我印象最深刻的,不是什么薛定谔的猫,也不是什么量子纠缠,而是我们期末考试那张卷子上的一个大题。
那道题问的是双缝干涉实验,这实验我记得老师讲过好多遍了,说电子既是粒子又是波,能同时穿过两条缝,然后在屏幕上形成干涉条纹,简直是神乎其神!我当时就觉得,这玩意儿,能整明白的人,脑袋一定跟爱因斯坦似的,跟寻常人不一样。
我为了做那道题,可是废寝忘食啊。
我记得当时我女朋友正跟我闹别扭,说是没时间陪她,我满脑子都是电子是粒子还是波,完全没心思哄她。
她气鼓鼓地走了,临走前还说了句,“你要是考不好,咱俩就掰!”我当时心里一凉,感觉天都塌下来了。
然后我继续埋头苦算,用了一整夜,把所有的公式都推了一遍,各种可能性都考虑到了,最后竟然把这道题做对了!我兴奋得差点跳起来,感觉自己终于征服了一个难题,那种身心愉悦的感觉,简直像中了彩票一样。
篇二:量子力学的奥秘说回那道题,考试结果出来后,我竟然考了个A!当时女朋友也消气了,还请我吃了顿火锅,庆祝我“战胜”了量子力学。
现在想想,其实那道题并没有完全揭开量子力学的奥秘,我只是掌握了一些计算技巧而已。
量子力学,它那深奥程度,就像一个巨大的迷宫,你以为找到了出口,结果发现又绕回起点去了。
我当时女朋友还开玩笑说,以后咱家孩子要是学物理,我就让他直接跳过量子力学这个章节,省得脑袋疼。
想想也对,这玩意儿,除了搞研究的,普通人真的没必要钻太深,搞得跟自己欠它钱似的。
但量子力学又确实很奇妙,它让我们对世界的认知发生了根本性的改变。
以前我们想当然地认为世界是确定的,可量子力学告诉我们,很多东西都是概率性的,充满了不确定性。
就好像,你本来打算今天晚上去看电影,结果突然下暴雨,你只能窝在家里看电视。
量子力学论文---
量子力学论文---量子力学的矩阵力学的建立和演化量子力学的矩阵力学的建立和演化量子论和相对论是现代物理学的两大基础理论。
它们是在二十世纪头30年发生的物理学革命的过程中产生和形成的,并且也是这场革命的主要标志和直接的成果,量子论的诞生成了物理学革命的第一声号角。
经过许多物理学家不分民族和国籍的国际合作,在1927年它形成了一个严密的理论体系。
它不仅是人类洞察自然所取得的富有革命精神和极有成效的科学成果,而且在人类思想史上也占有极其重要的地位。
如果说相对论作为时空的物理理论从根本上改变人们以往的时空观念,那么量子论则很大程度改变了人们的实践,使人类对自然界的认识又一次深化。
它对人与自然之间的关系的重要修正,影响到人类对掌握自己命运的能力的看法。
量子论的创立经历了从旧量子论到量子力学的近30年的历程。
量子力学产生以前的量子论通常称旧量子论。
它的主要内容是相继出现的普朗克量子假说、爱因斯坦的光量子论和玻尔的原子理论。
旧量子论是以电子运动的古典力学和与其不相容的量子假设的不自然的结合为基础的,把玻尔的理论应用于氢原子可以算出它所发射的光的频率,并且和观察结果一致。
然而这些频率和电子环绕原子核的轨道频率以及它们的谐频都不相同,这个事实暴露了玻尔理论的内在矛盾。
人们自然要问,原子中电子的轨道运动的频率怎么能够不在发射的频率中显示出来呢?难道这意味着没有轨道运动?假如轨道运动的观念是不正确的,那么原子中的电子到底是怎样的呢?对于这些问题的思索是沿着两条道路进行的。
一条道路是玻尔指出的,对于高轨道,发射辐射的频率和轨道频率及其谐频一致这个事实,使他提出发射光谐线的强度接近于对应的谐波的强度。
这个对应原理对于近似计算谱线强度已经证明是很有用的。
另一条道路来自爱因斯坦的光的波粒二象性的启发。
电子也许是像光子一样具有波粒二象性,对应于一个电子的运动是某种物质波。
量子论是准确的数学描述就是沿这两条道路发展出来的。
沿着对应原理的道路,人们不再把力学定律写成电子的位置和速度的方程,而是写为电子轨道傅里叶展式中的频率和振幅的方程,找到同发射辐射的频率和强度相对应的那些量之间的关系,建立了矩阵形式的量子力学。
量子力学论文
量⼦⼒学论⽂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,与相对论⼀起构成现代物理学的理论基础。
量⼦⼒学是现代物理学的基础理论之⼀,⼴泛应⽤于量⼦化学、量⼦光学、量⼦计算、超导磁体、发光⼆极管、激光器、晶体管和半导体如微处理器等领域。
量⼦⼒学论⽂1 量⼦⼒学在本世纪⼆⼗年代就形成了其形式系统,然⽽它的物理意义,亦即对它的解释却⼀直众说纷纭,时⾄今⽇仍是物理学家和哲学家关注的⼀个中⼼问题。
虽然在其体系形成后不久,玻尔就在玻恩的⼏率诠释和海森堡的测不准原理基础上,提出了系统⼀贯的互补性诠释并成为被普遍接受的正统诠释,但互补思想的确切内容却始终没有⼈能说得清,因为玻尔总是把他深奥的思想,深深藏在晦涩冗长的深思熟虑的句⼦和事例性的说明之中,⽽没有任何现成的条条款款,这就使得⽆论接受它的还是反对它的⼈都给出了各式各样不同的理解,所以互补含义亟需澄清。
关于量⼦⼒学诠释研究的主要问题也都与互补性诠释密切相关(如因果性问题、⼏率性问题、关于测不准关系的理解问题、测量问题、完备性问题等),这些问题的澄清和解决也⾸先需要正确理解互补性诠释。
1.互补性诠释的逻辑结构 与互补性诠释不同的其它诠释的逻辑结构是,先设计出某种本体实在的模式,再将这种本体实在与量⼦⼒学中的某种符号联系起来,然后将这种符号按量⼦⼒学演绎的理论结果与观察结果对照来解释量⼦现象和量⼦理论。
在这些解释中,观察结果不是作为解释的根据,⽽是作为量⼦⼒学演绎的结果。
如隐变量理论先假设有因果决定性的亚量⼦层的隐变量的本体实在,再将这种本体实在隐变量的统计平均与量⼦⼒学中的可观察量联系起来,量⼦⼒学的理论值就代表着隐变量的统计平均的演化结果,它与统计性的结果相对应,这样隐变量理论就将观察结果和量⼦⼒学的描述解释为客体的隐变量的统计平均的表现和对这种统计平均的变化规律的描述。
统计系综诠释则先假设统计分布具有实在的客观性,它代表着微观客体的状态和特征,量⼦⼒学描述中的波函数ψ的模⽅就表⽰客体的这种统计分布,波动⽅程的解的模⽅与观察结果的统计分布相⼀致,表⽰着客体的统计分布状态。
高中物理论文案例量子力学对现代科学的影响与发展
高中物理论文案例量子力学对现代科学的影响与发展量子力学是一门解释微观物质行为的物理学理论。
自20世纪初引入以来,量子力学以其独特的法则和概念,对现代科学产生了深远的影响与发展。
本文将探讨量子力学在各个领域的应用及其对现代科学的影响。
一、量子力学的基本原理量子力学的基本原理包括波粒二象性、不确定性原理以及波函数等。
首先,波粒二象性指出微观粒子既可以表现出波动性质,又可以表现出粒子性质。
其次,不确定性原理指出在某一时刻无法准确测量微观粒子的位置和动量,测量时会产生不确定性。
最后,波函数是用来描述微观粒子状态的数学函数。
二、光电效应与能级跃迁光电效应是指当光照射到金属表面时,会将光子的能量转化为电子能量,并使电子从金属表面逸出。
这一现象在量子力学中得到了解释。
根据光电效应,爱因斯坦提出了光的粒子性质,并通过引入能级跃迁的概念解释了不同波长光的吸收和发射行为,开创了量子力学的发展。
三、原子结构与化学元素周期表量子力学的发展也对原子结构和化学元素周期表的理解产生了重要影响。
通过量子力学的研究,科学家们揭示了原子核和电子的相互作用关系,提出了原子轨道和电子能级的概念,并通过量子力学方程求解得到了各种原子的电子结构。
基于这一理论,化学家能够更好地理解和预测元素的性质,推动了化学的发展。
四、量子力学在材料科学中的应用材料科学是量子力学的重要应用领域之一。
量子力学揭示了微观粒子在晶格结构中的行为规律,通过分析电子能带结构、声子振动等现象,科学家们能够设计出具有特殊性质的材料,推动了半导体、光学和导电材料等领域的发展。
五、量子力学对计算机科学的影响量子力学对计算机科学的影响体现在量子计算机的发展上。
传统计算机使用的是二进制的位来存储和处理信息,而量子计算机则利用量子比特来进行计算。
量子计算机的出现将极大地提升计算速度,并有望解决传统计算机无法解决的复杂问题,如因子分解、优化算法等。
量子计算领域的研究和发展正在引领计算机科学的未来。
量子力学论文
量子力学结课论文从势垒隧穿到扫描隧道显微镜王忠鹏中国石油大学(华东)理学院材料物理1303班 1309050315摘要:本文首先介绍了势垒隧穿效应,也称量子隧穿效应,而后介绍由此效应研制出的扫描隧道显微镜的原理及发展历史等。
关键词:势垒隧穿扫描隧道显微镜原理发展历史引言:自1928 年,乔治·伽莫夫正确地用量子隧穿效应解释了原子核的阿尔法衰变以来,势垒隧穿效应广泛应用在各个领域,像电子的冷发射(cold emission)、半导体物理学、超导体物理学等等。
快闪存储器的运作原理也牵涉到量子隧穿理论。
另外一个重要应用领域是扫描隧道显微镜。
正文:1.隧穿效应:在许多情况下,特别是在微观领域中,用势能函数来描述力的特性,要比用力的各个分量来描述更为简明、人们能够把特定形式的势能,同在自然界中观测到的特定形式的势能相互作用联系起来。
大家知道,势能是状态的函数,在坐标和势能零点确定的情况下,物体的势能仅仅是位置的函数。
在一维情况下,势能随坐标变化的曲线,称为一维势能曲线,如下图所示在一维情况下,假设在保守力.厂( )的作用下,物体位置有了一个微小的增量dx,根据保守力做功与势能增量的关系可以得到,它表明,保守力指向势能下降的方向,其大小正比于势能曲线的斜率。
在仅有保守力作用的情况下,一维运动的质点机械能守恒,满足 Ek+Ep=E。
由于质点的动能不能为负值,因此,质点的总能量总是大于或等于势能。
根据这一论断,人们只要知道了势能函数以及质点的能量,不必详细求解运动方程,质点的运动范围就可以完全确定了.例如在上图中,如果质点的能量E=E2,则E≥ Ep要求x1<x<x2,这表示具有能量E2的质点只能在x1于x2之间运动,这种在有限范围中的运动称为束缚运动。
当E =E3时,质点可以在-∞ <x≤x3,或者x4≤x<∞两个无限的范围中运动,其中x3,x4是方程Ep(x)=E3的两个根。
量子力学论文
量子力学论文德布罗意的波动假设和物质波的存在-路易·德布罗意(1924年)这篇论文是量子力学的基础之一,它引入了物质波的概念,指出微粒(例如电子和光子)具有粒子和波动性质。
德布罗意的波动假设为后来的量子力学理论奠定了基础,揭示了微观粒子的波粒二象性。
波动力学-埃尔温·薛定谔(1926年)这篇论文提出了薛定谔方程,该方程描述了量子力学中微观粒子的行为。
薛定谔方程是量子力学的中心方程,通过解这个方程可以得到微观粒子的波函数,从而获得粒子的位置、能量等信息。
这篇论文为量子力学的数学基础奠定了基础。
波动力学与矩阵力学的合一-瓦斯奎兹(1926年)这篇论文将波动力学和矩阵力学合并为一个统一的理论。
瓦斯奎兹通过量子力学的数学表述,将波动力学和矩阵力学归结为相同的理论框架,从而建立了量子力学的基本原理。
这篇论文为量子力学的理论体系奠定了基础,为后来的发展提供了重要的指导。
波动力学的解释-莱纳斯·泡利(1928年)这篇论文提出了泡利的排斥原理,即禁止不可区分粒子处于相同量子态。
泡利解释了电子在原子轨道中的行为和能级结构,为量子力学的解释提供了基础。
这篇论文对量子力学的理论发展和实验验证产生了深远的影响。
量子电动力学-朱利安·施温格(1948年)这篇论文提出了量子电动力学(QED)的理论框架,描述了电磁相互作用和量子力学的结合。
施温格的论文为解释光的发射、吸收和散射等现象提供了理论依据,并为后来的量子场论的发展奠定了基础。
这篇论文标志着量子电动力学研究的起点,也是现代粒子物理学的重要里程碑。
这些论文代表了量子力学的重要发展和突破,对我们理解微观世界的规律起到了关键作用。
它们在数学、理论和实验方面的贡献让我们得以对量子力学有更深入的认识。
作文《量子力学》
量子力学篇一量子力学?这玩意儿咋回事?量子力学,听起来就很高大上,感觉像是武侠小说里什么绝世武功的名字。
其实我最初对这玩意儿一无所知,直到我表弟,一个学物理的家伙,给我解释半天,我依然云里雾里。
他兴致勃勃地跟我讲薛定谔的猫,说那猫既死又活,吓得我赶紧把我厨房那只肥猫抱紧了,生怕它也来个“既死又活”。
然后他就开始讲什么波粒二象性,说电子既是波又是粒子,这让我想到我家的那台老式电视机,有时候画面雪花点点像波浪,有时候又突然出现清晰的图像,好像粒子一样突兀。
表弟解释这和量子跃迁有关,电子会突然“跳”到不同的能级。
我心想,这电子也够神经质的,跟我家那只肥猫似的,上蹿下跳没个消停。
印象最深刻的是他讲到量子纠缠,说两个纠缠的粒子,无论隔得多远,都能瞬间影响彼此状态。
这简直比我微信群里那些八卦消息传播得还快!我脑子里瞬间浮现出我家那只肥猫和楼下那只流浪猫,它们要是量子纠缠,那可不得了,我每天早上都能在楼下看到它们俩同时打哈欠,或者同时追逐同一只蝴蝶。
哈哈,开个玩笑。
反正,听完表弟的“量子力学入门课”,我的感觉就是:这玩意儿太玄乎了,完全颠覆了我对世界的认知。
比起那些复杂的公式和理论,我更喜欢想象我家猫的量子纠缠。
篇二量子力学和我的破电视说起来,让我对量子力学有点“感性认知”的,还是我家那台老式电视机。
那台电视机,陪了我十几年了,屏幕老化得厉害,经常出现各种奇奇怪怪的现象。
有时候画面会突然闪烁,然后跳出一个五彩斑斓的雪花点,这就像电子在不同的能级之间跳跃一样,充满了不确定性。
有一次,我正看得津津有味,画面突然变成一片模糊,然后又迅速恢复正常,就好像受到了某种神秘力量的干扰。
表弟说,这可能是电视机内部的电子元件发生了量子跃迁,导致信号传输出现异常。
我当时还半信半疑,但后来想想,这和量子力学里的“不确定性原理”挺像的,你永远无法精确预测电子会在哪个能级。
这破电视机,也算是我理解量子力学的一个“实验品”吧。
更有趣的是,有时候电视机还会出现“重影”,两幅画面叠加在一起,模糊不清。
小论文——生活中的量子力学
小论文——生活中的量子力学众所周知,现代物理学发端于20世纪之初,它的两大支柱———相对论和量子力学都在理论上突破了经典力学的原有框架,创立了自己全新的概。
量子力学无疑改变了世界,它的发展历程在这里我们就不在累述,我们关心的是,在21世纪,量子力学能为我们的生活带来一些什么?量子力学向近代科学技术的发展提供了理论基础,原子能技术开发、纳米技术、激光、超导研究、大规模集成电路等前沿领域都离不开量子力学的理论支持。
在这里,我们选取量子力学中两个比较热门的领域进行讨论:量子计算机和量子信息学。
一、量子计算机量子力学的核心思想就是几率,这也是它被无数物理学家称为“美学、哲学与数学完美结合”的主要原因。
量子的自旋有向上和向下两种,几率各为50%;考虑我们计算机的工作原理,采用二进制,也是1和0两种几率,各为50%(即高电平和低电平)。
这让我们不禁联系到,这二者是否有什么共通之处呢?于是,将量子思想引入到通讯领域的课题被科学家们提出,以提高计算机的效率。
经典计算机的工作原理是通过经典串行处理将经典输入信号变为经典输出信号,而量子计算机的工作原理是使用量子位存储信息,通过幺正变换达到并向处理的目的,将量子叠加态输入信息转化为量子叠加态输出信息。
其具体步骤是对每一叠加分量的运算相当于一经典运算,对所有分量的运算同时完成,并按一定的几率叠加,从而给出输出结果。
通过量子运算,计算机的计算速度可提高10亿倍,1个400位长的数分解成质数乘积,采用巨型机需10亿年,用量子计算机只要一年。
但是,量子信号与外部环境发生相互作用,导致量子相关性的衰减,使相干性很难维持。
并且,当代信息系统保密依赖于RSA加密算法,RSA码用量子计算机几分钟既可破译。
量子计算机将成为黑客的天堂!这些都是正在开发的量子计算机需要克服的困难。
二、量子信息学20世纪初,以Bohr ,Planck为代表的一批物理学家在一系列实验现象的基础上,建立了一套与经典物理截然不同的用来描述微观粒子运动规律的理论体系——量子力学。
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量子力学和物质波
量子力学是20世纪最成功的理论之一,物质波是量子力学从建立到完成过程中起决定性作用的概念之一。
本文从量子力学的建立和发展过程出发,对量子力学与物质波的关系给出了论证:量子力学的建立过程就是对物质波的认识过程;量子力学的框架就是围绕粒子的波动性(波函数)来完成的;量子力学的含义就是给物质波一个物理解释。
文章最后作者根据自己的观点给出了解决“量子物理论战”的一条可能途径。
量子力学是关于微观粒子运动的一门科学,其核心内容是描述微观粒子的波粒二象性——微观粒子的运动规律类似于波的运动;而微观粒子在被一些实验手段测量时又体现经典粒子的性质,如,具有动量、质量、电荷——这看似矛盾的性质被统一于物质波的概念中。
虽然我们对量子力学仍有疑问,但是它的成功已经被无数实验确认,而且数学证明它也是自洽的,它自身的内部体系已经变得几乎无懈可击;所以我们要有所突破只能从外部,从它的假设入手。
我想,最有可能突破的就是它的统计解释,也就是量子力学的主要任务——描述物质波。
当然这一切需要实验的支持。
由此可见物质波对于量子力学的意义。
量子力学是20世纪最成功的物理理论之一,熟悉它的建立过程对我们更好的理解量子力学会有很大的帮助。
我们将会看到,量子力学的建立过程就是对物质波的认识过程。
1914年,密立根用实验完全确认了爱因斯坦的光量子理论。
1923年,康普顿的X射线散射实验证实了辐射的粒子性;在康普顿的“X射线在轻元素上的散射的量子理论”中写道:“这个实验非常令人信服的指出,辐射量子确实既带有能量,也带有定向的动量。
”
至此能量的量子化观念就完全建立起来了。
需要说明的是,普朗克、爱因斯坦等人的关于能量量子化的工作虽然与物质波没有直接联系,但是确实为物质波的提出提供了很好的启示。
能量量子化观念建立以后,考虑到光子和实物粒子的类比,1923年9月到10月间,德布罗意在《法国科学院通报》上先后发表了分别题为《辐射——波与量子》、《光学——光量子、衍射和干涉》、《量子、气体分子运动论和费马原理》的论文,逐步阐述了他关于物质波的思想,随后在1924年向巴黎大学科学院提交的博士论文《量子理论研究》中完善了物质波的理论:能量子(光子)的波粒二象性同样也适应于物质,写出了有关物质波的关系式
物质波的概念在量子物理学发展过程中起了纽带的作用,它既深化了量子化的观念,把量子化推广到所有物质,使我们对世界物质有了新的认识;又是波动力学的出发点,正是对于物质波的追问,才导致了量子力学的诞生。
物质波的概念提出后,接下来的任务就是找到一个描述它的数学理论,这就导致了量子力学的建立。
我们将看到量子力学的体系是怎样围绕物质波的概念建立的。
波函数,确定力学量的取值情况
(1)量子力学的产生是因为新的实验不能被经典物理学解释。
所有新的实验全部指向一个事实:微观粒子具有波粒二象性。
(2)实物粒子的波动性不能被平常的物理经验所体现,因此是最难理解的问题,于是量子力学的基本问题就是解释这个波动性。
(3)与其他的物理问题不一样,量子力学对波动性的解释首先是通过基本假定——薛定谔方程(基本假定二)给出了数学描述(量子力学数学任务一),而不是物理解释(基本假定一)。
关于物理解释参见本文第三部分。
(4)经典物理学关心的力学量的取值情况可以根据基本假定三和四,由波函数ψ(r,t)确定下来;波函数对粒子提供完备描述(量子力学的数学任务二)。
可见量子力学的框架就是围绕粒子的波动性(波函数)来完成的。
从德布罗意提出物质波概念到薛定谔写出物质波遵循的波动方程,再到狄拉克把波动方程同狭义相对论结合写出相对论量子力学后,量子力学的数学结构就完成了。
到1926年薛定谔的波动力学完成,量子力学的数学结构就比较完善了,但是量子力学是关于什么的科学,它所描述的微观实物粒子的物质波是什么,它的含义是什么,还没有系统的给出描述。
其实量子力学的含义就是给物质波一个物理解释。
物质波显然不是像薛定谔说的那样是简单的实物波包,因为那样的波泡不稳定,不能存在于自然界。
其实物质波(波函数)的物理意义从它诞生以来就还没有给出令人信服的解释。
当然有一个解释是被大多数人接受的,它就是哥本哈根解释。
值得注意的是,大部分人接受哥本哈根解释并不是因为它的合理性,而是因为没有比它更能让人接受的解释。
1965年,期约翰•S•贝尔在定域性隐参量理论的基础上,提出了一个著名的关系——贝尔不等式:
|P(a,b)-P(a,c)|≤1+P(b,c) (3)
其中P(a,b),P(a,c)和P(b,c)分别表示:在a和b方向,a和c方向,b和c方向上分别测量粒子A和B的自旋投影的乘积AaBb、AaBc、AbBc的平均值——证明如果存在隐变量,那么实验观察到的概率应该在一个特定的界限之下。
于是有可能对隐参量理论进行实际的实验检验,从而判断哥本哈根学派对量子力学的解释是否正确。
最著名的是1982年艾思贝克特的实验,它的结果不仅仅违背了贝尔定理,与量子理论非常一致,而且说明任何定域的隐变量理论都是值得怀疑的!但是我们不能说量子力学就是终极真理,它仍然必须接受新的实验的检验。
20世纪初建立的量子力学是对经典物理学的革命性突破,其中最重要也是最难理解的概念是物质波,它贯穿于整个量子力学。
它不但使我们对于物质的性质有了崭新的认识,而且未来更新的认识也许需要从对它的物理解释入手找到突破。
通过分析,我们看到物质波概念在量子力学中决定性的地位,可以说,物质波的存在一定意义上决定了量子力学的产生和发展!弄清它们之间的关系,对于我们更好的学习、理解、运用量子力学会有很大的帮助;对于我们日后发展新的理论也会有很好的启示。