经典物理与量子物理的区别和联系

经典物理与量子物理的区别和联系

作者：阿布都哈力克--201211141946 单位：北京师范大学物理系师范班

摘要：

经典物理和量子之间存在很多联系与区别。它们的适用范围、适用对象、物理理论、数学表达都有很大的区别，但同时也有很大的联系，本文主要述说经典物理和量子物理的相关思想和各自的发展，阐明经典物理学和量子物理学之间的区别和联系。

关键词：经典物理、量子物理、区别、联系

引言：

经典物理发展了很多年，有了很深厚的基础，量子物理是经典物理独立于经典物理而存在，两者之间既有很多联系，也有很多区别。自从16世纪以来物理学飞速发展，进过伽利略、胡克、牛顿等人的变革，物理学的很多领域都得到了很大的提高和充实，物理学逐渐成为一门独立的学科展现给世人。牛顿的经典力学体系是物理学的基础，对物理学领域具有举足轻重的地位，其对前期物理学的影响非常深厚。近代随着光电效应、黑体辐射、以太假说等实验和黑体辐射理论的困难，牛顿力学显得越来越局限，在这种条件下普朗克提出了量子假说，认为能量是分立的，一份一份存在的。爱因斯坦很好地解释了光电效应，并提出了波粒二象性，后来德布罗意又提出了物质波的概念。认为自然界的任何物体都具有粒子性和波动性，奠定了量子物理学的基础。后来经过玻恩、海森堡、薛定谔、狄拉克等人的发展，量子力学日趋完善，与经典力学同位物理学的两大理论。

一、经典理论的发展

经典物理学的建立和发展时期是17世纪初至19世纪末，形成了比较完整的经典物理学体系。系统的观察实验和严密的数学推导相结合的方法，被引进物理学中，导致了17世纪主要在天文学和力学领域中的“科学革命”。牛顿力学体系的建立，标志着近代物理学的诞生。经过18世纪的准备，物理学在19世纪获得了迅速和重要的发展。终于在19世纪末以经典力学、热力学和统计物理学、经典电磁场理论为支柱，使经典物理学的发展达到了它的顶峰。在爱因斯坦的相对论提出后，经典物理的绝对时间和绝对空间被彻底打破，经典宏观物理就进入了宇宙空间阶段。随着经典物理学的不断发展，在十九世纪末、二十世纪初，经典物理学的理论遇到了困难。有一些新的物理现象，如黑体辐射、康普顿效应、光电效应、原子的光谱线系以及固体在低温下的比热等等，都是经典物理理论所无法解释的。此时，量子理论的提出对这些现象都有了比较满意的解释。

二、由经典理论过渡到量子理论

按照经典物理学的理论，光是可以连续地发射和吸收辐射能量的，但是如果按照这样计算，黑体光谱紫外部分的能量是无限的，显然发生了谬，这就是“紫外灾难”。1900年，德国物理学家普朗克提出了物质中振动原子的新模型。他从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。他假定黑体以hγ为能量单位不连续的发射和吸收频率为γ的辐射，而不是像经典理论所要求的那样可以连续的发射和吸收辐射能量。其中，h是能阻止能量无限制地向短波转移的普朗克常量。按照经典物理学中光的波动说，金属在光的照射下，只要光强足够大，金属中的电子吸收能量积累到一定值时会逸出金属表面，且光电子的初动能和光的强度成正比。而实验所得是，金属能不能逸出电子或逸出的电子初动能大小只和入

1M=hv-A 其中射光的频率有关，而和光强、光照时间无关。电子逸出后的初动能为：v2

2

A为克服金属表面的逸出功。波动说的解释和实验事实存在尖锐的矛盾。爱因斯坦结合黑体辐射、光电效应等进一步提出光具有微粒性，光本身就是一个个集中存在的、不可分割的为hv的能量子组成，这些能量子也叫光子。而随后的康普顿效应实验无法用经典物理解释，而光的粒子性能很好地解释康普顿效应进一步增强了人们关于光子概念的信心，且证实了在微观过程中能量守恒定律和动量守恒定律是成立的。

三、两者的区别与练习

上述的不能用经典物理学解释的物理现象，却在量子理论上得到比较好的甚至是满意的解释，这为量子论的发展取得了初步的胜利。而量子理论提出后，许多悬而未决的问题也很快就得到解决。对于经典物理学和量子物理学，两者之间存在着比较大的区别。经典物理学研究的是物体在宏观低速的状态,低速是指速度远远小于光速,宏观是指速度对质量的影响可以忽略不计.经典物理学的代表是牛顿，以他的三大运动定律和万有引力定律为基础的,通过确定物体的初始状态来预测未来的状态,即未来的状态是确定的.。而量子物理学研究的是微观粒子，通过研究微观粒子的运动状态和特征，来解释宇宙的发展及时间的变化。

在经典物理和量子物理中，光起到了决定的作用，对光的不同看法是这两种观点的巨大区别的重要体现，经典物理认为光是一种波，而量子物理认为光是一种微粒，具有能量和质量，称为光子。也就是对光的不同解释导致了现代物理学、量子力学的发展.。经典物理学认为物体的运动和位置是确定的，而量子物理学认为物体的物体的动量和位置不可能同时有一个确定。1927年，海森伯提出了微观领域里的不确定关系，他认为任何一个粒子的位置和动量不可能同时准确测量，要准确测量其中的一个，另一个就将是不确定的。这就是所谓的“不确定原理”。它和玻恩的波函数几率解释一起，奠定了量子力学诠释的物理基础；由于不确定性原理的存在，物质的能量也被认为是不确定的。经典力学对物体的描述可以用微分方程精确地得到，而量子力学则只能给出物体处于某种状态的概率。

经典物理和量子物理在我们生活中都演绎着不可缺少的角色，对于经典物理学，它主要是用于人们的生产实践，正因为有了经典物理学，人类才有了工业革命，才有了现在的高新技术，计算机、电子产品、机械工业，才大大提高了人们的生产力。也正是有了量子力学，人类才有了原子弹，才有了核子发电站。可以说，两个学科都为人类社会的发展作出了巨大的贡献。

【参考文献】

[1]杨福家《原子物理学》第四版高等教育出版社2005-4

[2]姚启均《光学》第四版高等教育出版社2013-10