论述量子力学和经典力学在内容和表述上区别与联系

《论述量子力学和经典力学在内容和表述上区别与联系》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、-论述量子力学和经典力学在内容和表述上的区别与联系0引言量子力学是反映微观粒子结构及其运动规律的科学。它的出现使物理学发生了巨大变革，一方面使人们对物质的运动有了进一步的认识，另一方面使人们认识到物理理论不是绝对的，而是相对的，有一定局限性。经典力学描述宏观物质形态的运动规律，而量子力学则描述微观物质形态的运动规律，他们之间有质的区别，又有密切联系。本文试图通过解释、比较，找出它们之间的不同，进一步深入了解量子力学，更好的理解和掌握量子力学的概念和原理。1经典力学与量子力学在物理内容上的区别与联系1.1经典力学基本内容及理论经典力学是在宏观和低速领域物理经验

2、的基础上建立起来的物理概念和理论体系，其基础是牛顿力学（宏观物体运动规律）,麦克斯韦电磁学（场的运动规律）以及热力学与统计物理学（物质的热运动规律）1.1.1牛顿力学的核心牛顿三大运动定律和万有引力定律作为牛顿力学的两大核心。它们分别从力作用下物体的运动及物体之间的基本相互作用力。牛顿力学解决了宏观低速物体运动的很多问题，为经典力学研究奠定了很好的理论基础。1.1.2麦克斯韦方程组作为电磁学中最基本的实验定律概括、总结和提高。麦克斯韦方程组其基本表达式如下：(1)该方程反组映出一般情况下电荷电流激发电磁场以及电磁场内部运动的规律。麦氏方程揭示了电磁场可以独立

3、于电荷与电流之外而存在，解决了电磁波的传播和辐射等问题，是经典电动力学的基础。1.1.3热力学与统计物理学统计热力学从粒子的微观性质及结构数据出发,以粒子遵循的力学定律为理论基础;用统计的方法推求大量粒子运动的统计平均结果,以得出平衡系统各种宏观性质的值。其研究对象是大量粒子构成的集合体，通过统计力学的方法，应用几率规律和力学定理求出大量粒子运动的统计规律。它.---揭示了体系宏观现象的微观本质，可以从分子或原子的光谱数据直接计算体系平衡态的热力学性质。但是由于其不涉及粒子的微观性，不能阐明体系性质的内在原因，不能给出微观性质与宏观性质之间的联系，不能对热力

4、学性质进行直接的计算。1.2量子力学的基本内容及相关理论19世纪末正当人们为经典物理取得重大成就的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个地发现了。德国物理学家维恩通过热辐射能谱的测量发现的热辐射定理。随后，卢梅尔和普林舍姆用专门设计的空腔炉进行实验，正是在这一实验中，普林舍姆和卢梅尔获得了精确的数据，证明维恩公式在长波方向有系统的偏差，才促使了普朗克于1900年对维恩定律作出了修正，并且进一步提出了能量子假设。同时瑞利和金斯也提出了空腔辐射的能量密度按波长来表示的瑞利金斯公式：(2)但是瑞利-金斯公式在长波或高温情况下，同实验结果相符，但在短波范围，能

5、量密度则迅速地单调上升，同实验结果矛盾。瑞利-金斯公式的这一严重缺陷,在物理学史上称作“紫外灾难”，它深刻揭露了经典物理的困难，从而对辐射理论和近代物理学的发展起了重要的推动作用。德国物理学家普朗克为了解释热辐射能谱提出了一个大胆的假设：在热辐射的产生与吸收过程中能量是以hV为最小单位，一份一份交换的。这个能量量子化的假设不仅强调了热辐射能量的不连续性，而且与辐射能量和频率无关，并由振幅确定的基本概念直接相矛盾，无法纳入任何一个经典范畴。由此近代物理学在众多科学家的争论下氤氲而生，作为近代物理学的基础部分之一，量子力学描述了微观粒子的运动规律，理性的解释了大

6、量经典力学无从解释的空白。量子力学的基本原理包括量子态的概念，运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理等。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。在经典力学中，研究对象总是被明确区分为两类：场和粒子。前者的典型例子是光，后者则组成了我们常说的“物质”。1924年，德布罗意提出“物质波”假说，认为实物粒子和光一样，一切物质都具有波粒二象性。物质波的概念在量

7、子物理学发展过程中起了纽带的作用，它既深化了量子化的观念，把量子化推广到所有物质，使我们对世界物质有了新的认识；又是波动力学的出发点，正是对于物质波的追问，才导致了量子力学的诞生。20世纪初建立的量子力学是对经典物理学的革命性突破，其中最重要也是最难理解的概念是物质波，它贯穿于整个量子力学。它不但使我们对于物质的性质有了崭新的认识，而且未来更新的认识也许需要从对它的物理解释入手找到突破。通过分析，我们看到物质波概念在量子力学中决定性的地位，可以说，物质波的存在一定意义上决定了量子力学的产生和发展！弄清它们之间的关系，对于我们更好的学习、理解、运用量子力学会有

8、很大的帮助；对于我们日后发展新的理论也会有很好的启示