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第1章

发表时间: 2025-01-26

量子力学是描述微观世界(如原子、分子、亚原子粒子等)中物质和能量行为的物理学分支。它通过一系列数学理论和实验观察,揭示了经典物理学无法解释的现象。以下是量子力学的核心概念:

1. 量子化

物理量(如能量、角动量)并非连续,而是离散的,即只能以某些特定的数值存在。这种离散性称为“量子化”。

2. 波粒二象性

微观粒子(如电子、光子)既表现为粒子性质,又具有波的行为。例如,电子可以像粒子一样发生碰撞,也可以像波一样发生干涉和衍射。

3. 不确定性原理

由海森堡提出,表明微观粒子的某些对偶物理量(如位置和动量)无法被同时精确测量。测量位置越精确,动量的不确定性就越大,反之亦然。

4. 叠加原理

一个粒子在未被观察时可以处于多种状态的叠加。比如,一个电子可以同时存在于多个位置或能级上,直到被观测时才“坍缩”为确定的状态。

5. 量子纠缠

两个或多个粒子通过某种方式相互关联,使得无论它们相距多远,其中一个粒子的状态变化会立即影响另一个粒子。这一现象挑战了经典物理中的局域性概念。

6. 量子隧穿

微观粒子具有穿越经典力学认为不可逾越的势垒的能力,例如电子穿过能量障碍进入禁区。

7. 波函数与薛定谔方程

波函数是描述粒子状态的数学表达式,其平方表示粒子在某位置的概率。薛定谔方程是描述波函数如何随时间变化的核心方程。

应用领域

量子力学不仅是理论科学的重要基础,还在技术上催生了许多突破性进展,包括:

半导体与晶体管

激光技术

核能

量子计算

医疗成像(如MRI)

量子化

量子化是量子力学的核心概念之一,指物理