什么是量子物理

　　量子物理是一個非常重要、值得探討研究的課題。下面學(xué)習(xí)啦小編給你分享什么是量子物理，歡迎閱讀。

　　什么是量子物理

　　量子物理指的是物理學(xué)中的一種理論。

　　量子概念是1900年普朗克首先提出的,到今天已經(jīng)一百多年了.期間,經(jīng)過玻爾、德布羅意、玻恩、海森柏、薛定諤、狄拉克、愛因斯坦等許多物理大師的創(chuàng)新努力,到20世紀(jì)30年代,初步建立了一套完整的量子力學(xué)理論.

　　我們把 科學(xué)家們在研究原子、分子、原子核、基本粒子時所觀察到的關(guān)于微觀世界的系列特殊的物理現(xiàn)象稱為量子現(xiàn)象.

　　量子世界除了其線度極其微小之外(10^-10～10^-15m量級),另一個主要特征是它們所涉及的許多宏觀世界所對應(yīng)的物理量往往不能取連續(xù)變化的值,(如：坐標(biāo)、動量、能量、角動量、自旋),甚至取值不確定.許多實驗事實表明,量子世界滿足的物理規(guī)律不再是經(jīng)典的牛頓力學(xué),而是量子物理學(xué).量子物理學(xué)是當(dāng)今人們研究微觀世界的理論,也有人稱為研究量子現(xiàn)象的物理學(xué).

　　量子物理要點

　　伴隨著這些進展，圍繞量子力學(xué)的闡釋和正確性發(fā)生了許多爭論。玻爾和海森堡是倡導(dǎo)者的重要成員，他們信奉新理論，愛因斯坦和薛定諤則對新理論不滿意。要理解這些混亂的原因，必須掌握量子理論的關(guān)鍵特征，總結(jié)如下。(為了簡明，我們只描述薛定諤的波動力學(xué)。)

　　基本描述：波函數(shù)。系統(tǒng)的行為用薛定諤方程描述，方程的解稱為波函數(shù)。系統(tǒng)的完整信息用它的波函數(shù)表述，通過波函數(shù)可以計算任意可觀察量的可能值。在空間給定體積內(nèi)找到一個電子的概率正比于波函數(shù)幅值的平方，因此，粒子的位置分布在波函數(shù)所在的體積內(nèi)。粒子的動量依賴于波函數(shù)的斜率，波函數(shù)越陡，動量越大。斜率是變化的，因此動量也是分布的。這樣，有必要放棄位移和速度能確定到任意精度的經(jīng)典圖象，而采納一種模糊的概率圖象，這也是量子力學(xué)的核心。

　　對于同樣一些系統(tǒng)進行同樣精心的測量不一定產(chǎn)生同一結(jié)果，相反，結(jié)果分散在波函數(shù)描述的范圍內(nèi)，因此，電子特定的位置和動量沒有意義。這可由測不準(zhǔn)原理表述如下：要使粒子位置測得精確，波函數(shù)必須是尖峰型的，然而，尖峰必有很陡的斜率，因此動量就分布在很大的范圍內(nèi);相反，若動量有很小的分布，波函數(shù)的斜率必很小，因而波函數(shù)分布于大范圍內(nèi)，這樣粒子的位置就更加不確定了。

　　波的干涉。波相加還是相減取決于它們的相位，振幅同相時相加，反相時相減。當(dāng)波沿著幾條路徑從波源到達(dá)接收器，比如光的雙縫干涉，一般會產(chǎn)生干涉圖樣。粒子遵循波動方程，必有類似的行為，如電子衍射。至此，類推似乎是合理的，除非要考察波的本性。波通常認(rèn)為是媒質(zhì)中的一種擾動，然而量子力學(xué)中沒有媒質(zhì)，從某中意義上說根本就沒有波，波函數(shù)本質(zhì)上只是我們對系統(tǒng)信息的一種陳述。

　　對稱性和全同性。氦原子由兩個電子圍繞一個核運動而構(gòu)成。氦原子的波函數(shù)描述了每一個電子的位置，然而沒有辦法區(qū)分哪個電子究竟是哪個電子，因此，電子交換后看不出體系有何變化，也就是說在給定位置找到電子的概率不變。由于概率依賴于波函數(shù)的幅值的平方，因而粒子交換后體系的波函數(shù)與原始波函數(shù)的關(guān)系只可能是下面的一種：要么與原波函數(shù)相同，要么改變符號，即乘以-1。到底取誰呢?

　　量子力學(xué)令人驚詫的一個發(fā)現(xiàn)是電子的波函數(shù)對于電子交換變號。其結(jié)果是戲劇性的，兩個電子處于相同的量子態(tài)，其波函數(shù)相反，因此總波函數(shù)為零，也就是說兩個電子處于同一狀態(tài)的概率為0，此即泡利不相容原理。所有半整數(shù)自旋的粒子(包括電子)都遵循這一原理，并稱為費米子。自旋為整數(shù)的粒子(包括光子)的波函數(shù)對于交換不變號，稱為玻色子。電子是費米子，因而在原子中分層排列;光由玻色子組成，所以激光光線呈現(xiàn)超強度的光束(本質(zhì)上是一個量子態(tài))。最近，氣體原子被冷卻到量子狀態(tài)而形成玻色-愛因斯坦凝聚，這時體系可發(fā)射超強物質(zhì)束，形成原子激光。

　　這一觀念僅對全同粒子適用，因為不同粒子交換后波函數(shù)顯然不同。因此僅當(dāng)粒子體系是全同粒子時才顯示出玻色子或費米子的行為。同樣的粒子是絕對相同的，這是量子力學(xué)最神秘的側(cè)面之一，量子場論的成就將對此作出解釋。