量子力学论文---
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。
关于量子力学发展简史论文
关于量子力学发展简史论文关于量子力学发展简史论文摘要:量子理论是在普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难,引入能量子概念的基础上发展起来的,爱因斯坦提出光量子假说、运用能量子概念使量子理论得到进一步发展。
玻尔、德布罗意、薛定谔、玻恩、狄拉克等人为解决量子理论遇到的困难,进行了开创性的工作,先后提出电子自旋概念,创立矩阵力学、波动力学,诠释波函数进行物理以及提出测不准原理和互补原理。
终于在1925年到1928年形成了完整的量子力学理论,与爱因斯坦的相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。
关键词:量子力学;量子理论;矩阵力学;波动力学;测不准原理量子力学揭示了微观物质世界的基本规律,为原子物理、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了基础。
它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质,光的吸收与辐射等等方面。
从1900年到1913年量子论的早期提出,到经过许多科学家如玻恩、海森伯、玻尔等人的努力诠释,量子力学得到了进一步发展。
后来遭到爱因斯坦和薛定谔等人的批评,他们不同意对方提出的波函数的几率解释、测不准原理和互补原理。
双方展开了一场长达半个世纪的论战,至今尚未结束。
一、量子论的早期1 普朗克的能量子假设普朗克在黑体辐射的维恩公式和瑞利公式之间寻求协调统一,找到了与实际结果符合极好的内插公式,迫使他致力于从理论上推导这一新定律。
但是,他经过几个月的紧张努力也没能从力学的普遍理论直接推出新的辐射定律。
最后只好用玻尔兹曼的统计方法来试一试。
他根据黑体辐射的测量数据计算出普适常数,后来人们称这个常数为普朗克常数,也就是普朗克所谓的“作用量子”,而把能量元称为能量子。
2光电效应的研究普朗克的出能量子假说具有划时代的意义,但是,不论是他本人还是同时代人当时对这一点都没有充分认识。
爱因斯坦最早明确地认识到,普朗克的发现标志了物理学的新纪元.1905年,爱因斯坦在其论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》中,发展了普朗克的量子假说,提出了光量子概念,并应用到光的发射和转化上,很好地解释了光电效应等现象。
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。
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。
量子力学小论文
= ������������(t1 − t0)其中������������
= ������������
2������
是动量为������������的简
谐波的相速度。由此,叠加的新的波包将相对 t0 时刻的波包在空间上存在扩展
效应。也就是说,德布罗意波的波包在经历时间的演化将在空间中逐渐扩展开,
粒子的非定域性也随时表现的越加明显。
量子力学的几率解释
对于存在电磁能量的量子—光子,我们可以将其描写为平均圆频率为
和总
能量为
的归一化波包。又因为作为描述波函数 k 和圆频率
的简谐
波的振幅的权重而引入的谱函数:
在描写光子时,则
将看做是解释光子处于波数为 k 的几率密度 P(k)的
一种度量。也即,找到光子处在波数为
之间的几率为
p(k)Δk = N|������(������)|2Δ������
这样的 一个组态称之为波包, f(k)为谱函数 对应于波函数为 k 和圆频率为 的简谐波的振幅。
考察一个简单的谱函数-----Gaussian 函数
其中 f(k)在 k=k0 处取得极大值, 和代替积分近似有:
为高斯谱函数的宽度并且通过有限项的求
对于时间的演化,在 t1>0 时刻: 由于组成波包的所有波包均以光速 c 移动了c ∗ t1,因此由这 t1 时刻叠加的新波 包较 t=0 时刻而言也仅仅表现为波包移动了c ∗ t1的距离而形状保持不变。故上 述形式的波包在任意时刻保持同样形状。
2������ 与光子的平面波类似,给出非相对论下关系:
上式即为物质波的德布罗意波。
对应的相速度
������������
=
������ = ������ 。
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。
量子力学发展历史论文
量子力学发展历史论文摘要:尽管量子理论几乎完全使古老的经典物理理论失去了光彩,但我们仍旧在日常的地面运动甚至空间运动中运用牛顿力学,仍旧在古老而熟悉的观点和新的革命性的观点之间寻找着最合适的理论解释。
1 量子理论发展史量子力学是经典物理学在微观领域的一次革命。
自1900年普朗克提出光量子假说起,量子力学的创立已经经过了一百多年,它使得人们对微观世界运动的规律有了基本正确的、革命性的理解,成为人类认识世界过程的一个伟大里程碑。
爱因斯坦、海森堡、波尔、薛定谔、狄拉克等人都对其理论发展做出了重要贡献。
1.1 量子理论与经典物理学的矛盾量子力学是对牛顿物理学的根本否定。
牛顿认为物质是由粒子组成的,粒子是一个实体,而量子力学认为不能把微观体系看成是由可以分开的部分组成的。
牛顿认为宇宙是可以预言的,而量子力学认为,自然界在微观层次上是由随机性和机遇支配的。
牛顿认为自然界的变化是连续的,量子力学则认为自然界的变化是以不连续的方式发生的。
1.2 量子力学的中心思想量子理论的中心思想是:一切东西都由不可预言的粒子构成,但这些粒子的统计行为遵循一种可以预言的波动图样。
德国物理学家海森堡发现,微观世界具有一种内禀的、可以量化的不确定性。
他设想用一个γ射线显微镜来观察一个电子的坐标,因为γ射线显微镜的分辨本领受到波长λ的限制,所用光的波长λ越短,显微镜的分辨率越高,从而测定电子坐标不确定的程度△x就越小,所以△x∝λ。
但另一方面,光照射到电子,可以看成是光量子和电子的碰撞,波长λ越短,光量子的动量就越大,所以有△p∝1/λ。
经过一番推理计算,海森堡得出:△q*△p≥h/2π。
因此,动量和坐标不能被同时测准。
除了不确定原理外,量子力学还有诸多特征,如非定域性、相干性等,由此又引发许多物理学家对此做出相关的研究。
但是,一个理论的正确与否必须通过实验加以检验。
量子力学的研究需要继承,更需要批判和发展。
2 Matlab在量子力学中的应用薛定谔方程是量子力学中最基本的方程,也是量子力学的一个基本假定。
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。
谈工科《量子力学》的教学理学论文
谈工科《量子力学》的教学理学论文谈工科《量子力学》的教学理学论文摘要:本文从工科《量子力学》课程的性质和特点出发,对《量子力学》的教学思路、数学准备、教学方法及考核方法等提出了一些改革措施和建议,以激发学生的学习积极性,提高教学质量。
关键词:量子力学教学内容教学方法量子力学作为工科相关专业的一门重要的专业基础课程。
然而,近几年在工科量子力学上的教学安排上,总学时在减少。
对于教师来说,如何在较少的学时内,既能保持原有的教学内容的总体框架,又能结合专业知识与特点,是本课程的一门重要研究课题。
而对广大学生来说,如何从物理的角度去学好这门课程,也是相当困难的。
因此我们需要进行以下改革。
1把握好课程的主脉以高等教育出版社周世勋教授主编的《量子力学》为例,简短的概括本教材的内容就是:绪论,波函数和薛定鄂方程,量子力学中的力学量,态和力学量的表象,微扰理论,散射,自旋与全同粒子。
把握好了这个主脉,教学中才能有的放矢,游刃有余。
具体来说,每一个物理问题的处理,通常需要三个步骤:(1)建立和了解物理模型(2)应用数学知识求解物理模型(3)解释物理模型,用量子力学的语言去解释用数学知识算出的结果。
2做好相关基础知识的铺垫这一点比较重要,很多学生反应《量子力学》这门课比较难学,主要原因是基础知识掌握得不扎实。
要学好这门课,至少需要一下知识铺垫。
(1)《高等数学》中的`相关知识,如微积分,级数,场论的相关知识,常微分方程的求解等,这些知识需要教师带领学来复习并应用到本课程的学习中。
(2)《线性代数》的相关知识,如:矩阵的乘法,解线性方程组,本征值等。
(3)《数学物理方法》的相关知识,如:复变函数积分,傅立叶变换与拉普拉斯变换,留数定理,?函数,特殊函数等。
(4)物理背景,只有掌握了一定的物理背景,才会从更容易的理解的物理角度去深刻地理解量子力学。
我们采取灵活多样的教学方法,注重了传统的教学方法与现代教学方法的结合,在教学内容改革方面进行以下尝试。
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。
毕业论文---量子力学中的态叠加详解
题目:量子力学中的态叠加郑重声明本人的毕业论文(设计)是在指导老师尹建武的指导下独立撰写并完成。
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毕业论文设计者(签名):目录摘要;本文根据量子力学中的态叠加原理,给出了不同学者关于量子力学态叠加原理的几种表述,比较和分析了各种表述中的观点和有争议的问题,对于叠加原理的物理意义,以及数学型叠加和物理型叠加等问题进行了讨论,特别强调了体系的外部环境与状态叠加之间的关系。
本文的主要研究内容包括:1. 有关学者对原理的表述 2. 有关学者对原理的认同点 3. 不同学者对原理的争议之处 4.简单总结评论 5. 有关问题的进一步讨论关键词:量子态;态叠加原理;量子力学基本问题英文摘要;The principle of superposition in quantum mechanics Abstract:According to the principle of superposition in quantum mechanics in this paper,given the different scholars on the superposition principle of quantum mechanics of several statements,The agreement and disagreement among these statements are comparedand analyzed.The physical meaning of this principle and mathematical type and physical type of superposition are discussed.The relationships between superposition of quantum state and external environment of the system havebeen laid on special emphasis.Key words:quantum state,principle of superposition,fundamental problem of quantum mechanics正文:量子力学是现代物理学的两大支柱之一,是20世纪基础物理学取得的两大成就之一,是反映微观粒子运动规律的理论.量子力学态叠加原理(以下简称态叠加原理)是量子力学的一个基本原理,在量子力学理论体系中占有相当重要的地位.虽然量子力学诞生至今已近80年了,叠加原理也得到了一系列实验的证明,如电子衍射实验、中子干涉实验、电子共振俘获等,但时至今日,人们对态叠加原理的认识却仁者见仁、智者见智.本文对这个问题进行了比较、分析和讨论.1.有关学者对原理的表述在量子力学发展史上,尤其是现行的量子力学专著或教材里,不同的学者对态叠加原理进行了不同的描述.我们选择国内外3种比较典型的说法作一下简单介绍.1)狄拉克的表述据说,第一次明确提出态叠加原理的是狄拉克.他在1930年出版的第l版《量子力学原理》书中提出“系统的态可以定义为受许多条件或数据所制约的未受干扰的运动.⋯⋯在实践上,这些条件可以通过适当的制备系统而加上去.⋯⋯态这一词可能用于指某一特定时刻(在制备过程以后)的态,或者也可能用于指在制备过程以后全部时间的态.为了区别这两种含义,在容易产生含混时我们将把后一种称之为运动态”.关于态叠加原理,狄拉克认为“每当系统是确定地处于一个态时,我们就能把它看成是分别部分地处于两个或更多的态中的每一个”⋯.2)朗道的表述朗道和E.M.栗弗席茨在他们著的《量子力学》中把态叠加原理表述为:“假如在波函数为ψ1(q,t)t)的态中进行某种测量获得可靠的肯定结果(称为结果I),而在波函数为ψ2(q,t)的态中获得的结果为Ⅱ,那么可以断定在ψ1与ψ2的任一线性组合给出的态中,亦即在任一形如C1ψ1+C2ψ2的函数形式(其中C1和C2是两个常数)的态中,进行同样的测量所得的结果或者是I,或者是Ⅱ.此外,我们还可以假定,如果已知以上两个态与时间的关系,其中一个由函数ψ1(q,t)给出,另一个由函数ψ2(q,t)给出,那么它们的任一线性组合也给出该组合态与时间的可能关系.以上假定构成了所谓的态叠加原理”.4)喀兴林的表述ψ喀兴林在2000年出版的《高等量子力学》书中把态叠加原理表述为“若ψ1和ψ2是粒子的两个可能状态,则ψ =C1ψ1+C2ψ2也是粒子可能的状态”.尽管原理的表述形式各异,但都包含以下基本内容如果ψ=1和ψ2是体系的可能状态,那么,它们的线性叠加ψ=C1ψ1+C2ψ2(C1..C2是复数)也是这个体系的一个可能状态4)曾谨言的表述曾谨言在他著的《量子力学》中说:“更简单和更一般地说,设体系处于ψ1所描述的状态下,测量某力学量A所得结果是一个确切的值a1,又假设在ψ2描述的状态下,测量A的结果是另外一个确切的值a2,则在ψ =C11ψ +C2ψ2(其中C1和C2是两个常数)所描述的状态下,测量A所得结果可能为a1,也可能为a2(但不会是另外的值),而测得为a1或a2的相对几率是完全确定的.我们就称ψ态是ψ1态和ψ2态的线性叠加.”这就是曾谨言关于态叠加原理的表述.5)周世勋的表述对于一般的情况,如果ψ1和ψ2是体系的可能状态,那末,它们的线性叠加也是这个体系的一个可能状态,这就是量子力学中的态叠加原理。
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。
量子力学论文
经典力学研究的对象是宏观粒子。 经典力学把自然界中的宏观物体作为自己的研究对象,即使是为处理问题的方便而把一些物体看作一个质点,仍然县有大小、质量,描述它的运动状态的参量是坐标、速度、质量和能量等等。量子力学研究的对象是微观粒子(分子、原子、原子核和其它基本粒子)。它的主要任务是研究微观粒子的运动规律。但是,不能误认为量子力学与宏观世界毫无关系。事实上,量子力学的规律不仅支配着微观世界,也支配着宏观世界,在这种意义上,所有的物理学都是量子物理学,经典理论乃是它的一种近似。
量子力学与经典力学的区别
经典力学是描述宏观的而量子力学则可以描述宏观和微观.
随着20世纪科学技术的发展,人们发现经典力学有着一定的局限性。在物理学的经典理论取得重大成就的同时,人们发现了一些新的物理现象,例如黑体辐射、光电效应、原子的光谱线系以及固体在低温下的比热等,都是经典物理理论所无法解释的。这些现象揭露了经典物理学的局限性,突出了经典物理学与微观世界规律性的矛盾,从而为发现微观世界的规律打下了基础。黑体辐射和光电效应等现象使人们发现了光的波粒二象性;玻尔为解释原子的光谱线系而提出了原子结构的量子论。经典力学只能在宏观、低速的情况下才能比较准确在描述物体的运动和力的关系。例如在高速运动的情况下,物体的质量要变大,牛顿力学无法解释,这时候就要使用相对论解释。在描述电子的运动的时候使用动力和力的经典理论计算出电子的轨道和实验情况完全不相符合,这时候就要使用量子理论。所以说经典力学也存在局限性,只适用于低速、宏观领域。不过自己觉得量子力学比经典力学要难理解。
量子力学课程论文由薛定谔方程引发的深思
量子力学课程论文题目:《由薛定谔方程引发的深思》学院:数理信息工程学院专业:物理112班学生姓名:徐盈盈王黎明学号:11260124 11180216 完成时间: 2013年12月20日由薛定谔方程引发的深思【摘要】薛定谔方程的提出揭示了微观物理世界物质运动的基本规律,它是原子物理学中处理一切非相对论问题的有力工具[1]。
作为量子力学之魂,薛定谔方程完整的向我们诠释了微观世界的魅力。
为更加深入地学习薛定谔方程和量子力学,我们将分析薛定谔方程的推导过程、介绍其在求解粒子问题中的应用以及其在原子物理、核物理、固体物理等学科的应用,最后谈谈自己的想法。
【引言】随着“任何粒子都具有波粒二象性”的德布罗意假说成功被戴维森-革末实验所证实,薛定谔思考着会有一个波动方程可以反应粒子的这种量子行为。
于是,基于众多前人研究成果,薛定谔于1926年提出薛定谔方程,完美的解释了波函数的行为。
正是因为薛定谔方程在量子力学进程中起着举足轻重的作用,所以我们必须深入学习其推导过程和应用。
并且由薛定谔方程出发,深刻思考我们在物理学习过程中所必须具备的思维方式和学习态度。
【关键词】薛定谔方程玻尔理论波函数深思【正文】一、薛定谔方程的提出与推导1、薛定谔方程的历史背景爱因斯坦认为普朗克的量子为光子,并且提出了奇妙的“波粒二象性”。
1924年,路易·德布罗意提出“物质波”的概念,认为任何粒子都具有波粒二象性,并且这个假说于1927年成功被戴维森-革末实验所证实。
薛定谔由此认为一定会有一个波动方程能够恰当的描述粒子的这种性质。
最后他借助于经典力学的哈密顿原理以及光学的费马原理,将牛顿力学与光学类比,并且以哈密顿-雅克比方程为工具,成功建立了薛定谔方程,并且准确的计算了氢原子的谱线。
2、薛定谔方程的推导思路①首先自由粒子可用平面波来表示,可当粒子收到随时间或位置变化的力场的作用时,应该用波函数来表示。
波函数描写体系的量子状态。
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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。
量子力学的矩阵形式的理论体系是由海森伯(1901—1976年)开创的。
海森伯出生于德国维尔次堡城的一个中学教师的家庭。
他的父亲后来成了慕尼黑大学教授。
像当时大多数青年人一样,1919年的青年运动曾一度使海森伯着了迷。
第一次世界大战中德国的战败使他对过去的理想进行反省。
柏拉图的《蒂迈欧篇》使他从充满矛盾的社会中走出来,到自然界中去寻找世界的和谐。
1922年,他在慕尼黑大学的老师索末菲带他到哥廷根去听玻尔的讲课。
这位年仅21岁的大学生竟不安于毕恭毕敬地听大人物的讲话,勇敢地指出玻尔理论的矛盾。
玻尔感到海森伯的异议是经过深思熟虑的,邀他到郊外散步。
两人在俯临莱纳河谷和富有浪漫色彩的大学城的小山丘上长谈。
从此两人结下了友谊,海森伯很快成长为玻尔事业的继承人。
1924年复活节,已成为哥廷根大学玻恩(1882—1970年)助手的海森伯被玻尔邀请去哥本哈根从事研究,翌年回到哥廷根。
1925年5月底,海森伯患枯草热病,告假去北海赫耳果兰岛疗养10天。
在那里过着宁静寂寞的生活。
他透过疗养所的窗户眺望大海。
辽阔的大海使他想起玻尔的一句话,“能领会无限的一部分”。
在海滩上散步的海森伯的脑海像大海一样不平静,他想到爱因斯坦处理同时性概念的启示,确立了“物理学只处理可观察量”的观念。
沿着这个思路,他抛弃了玻尔理论中的电子轨道这个不可观察量而代之以可观察的辐射频率和强度这些光学量,把玻尔的对应原理加以扩充,猜测出一套新量子论的数学方案。
在回哥廷根的路上,他会见了在汉堡的他的老同学鲍里(1900—1958年),受到鲍里的鼓励更增强了信心,于是,在6月上旬完成了《关于一些运动学和力学关系的量子论的重新解释》的论文,并于7月中旬寄给玻恩去鉴定是否值得发表。
玻恩把它推荐给德国《物理学期刊》发表。
玻恩经
过一个星期的钻研发现海森伯的数学方案是70 多年前就已创造出来的矩阵乘法。
由于玻恩不熟悉矩阵数学,于是到处请教,最后遇到熟悉矩阵数学而又愿意合作的年轻人约尔丹(1902—)。
9 月份他们两人联合发表了题为《论量子力学》的论文,用数学矩阵的方法发展了海森伯的思想。
他们同时和在哥本哈根的海森伯通信讨论,三人合作的论文《论量子力学Ⅱ》于12月发表,把量子力学发展成系统的理论。
在这个理论中,牛顿力学的运动方程被矩阵之间的类似方程所代替,后来人们把这个理论称为矩阵力学,以区别量子力学的另一种形式——波动力学。
玻恩在完成三人合作的论文后,于1925年10月去美国麻省理工学院访问。
在那里他同维纳(1894—1964年)合作,用算符理论推广了矩阵力学,发展出量子力学的算符表示形式——算符力学。
比海森伯还年轻的英国剑桥大学的狄拉克(1902—1985年)不满足于海森伯的表述形式,试图使它同牛顿力学的推广形式——哈密顿方程相适应。
1925年11月7日,他完成了论文《量子力学的基本方程》,参照古典力学的泊松括号引入量子泊松括号,把古典力学方程改造成量子力学方程。
两个月后他写的论文中引进q数的概念,表示量子力学变数不遵守对易规则。
1926年7月发表的他的论文《量子代数》称为q数理论。