什么是量子力学,量子力学的基本内容

什么是量子力学,量子力学的基本内容

量子力学一直到20世纪前后才诞生。它很快显示了强劲的生命力,深刻地改变了人们对于自然界,尤其是微观世界的认识。

量子力学是研究微观粒子的性质、结构、运动规律等的理论。这里的微观粒子是个含义广泛的词汇,包括几乎所有的微观粒子,例如分子、原子及其组成部分电子、质子、中子及其他更小的粒子如夸克等。

量子力学将所有这些微观粒子作为研究对象

量子力学与经典力学最大的区别在于,在经典力学里,它所计算与分析的对象具有确定的性质,若能给定力、物体的质量、初始位置、运动速度等元素,就能够精确预言运动对象过去与未来的速度、位置等性状。

但在量子力学里就完全不同了,量子力学的一个基本原理就是“海森堡测不准原理”。该原理认为,我们不可能同时精确测定微观粒子的位置与动量。为什么呢?

这是因为当我们去测量一个物理量时,这种测量行为本身往往会影响另一个物理量从而导致它的性状改变,反之亦然,这样的话当然不可能同时精确测定其位置与动量了。就像我们难以同时测量一个人100米冲刺的速度与其正常肺活量一样,因为当这个人百米冲刺时其肺活量必定不正常,而当其肺活量正常时必不可能进行百米冲刺一样。

测不准原理导致的一个必然结果是,我们不可能精确描述微观粒子在其轨道上的运动细节,它只能够给出可能发生的事件以及在不同情况下发生的相对概率。

量子力学的另一个重要观念是物质的波粒二象性。所谓波粒二象性即既是波又是粒子,或者既具有波的属性同时又具有粒子的属性。

在量子力学诞生以前,人们认为这是不可能的。但后来随着对光的研究的深入,科学家们认识到光同时具有波与粒子的属性,即光的波粒二象性。

一位法国物理学家德布罗意公爵,发现其他微观粒子也具有与光相似的波粒二象性,并进而发现所有的物质都具有这种特征,这就是著名的“物质波”理论。只是那些宏观物体的波长太短,难以探测。

量子力学的诞生使人们对微观世界特征的认识前进了一大步,但也在物理学界掀起了一场轩然大波。使物理学界分成两大派,一派以“哥本哈根学派”为主,认为这种不确定性乃是物质的基本属性,因此不需要去试图改变之,只要对这种不确定性进行更详细的了解就行了。

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