《量子力学导论》PPT课件.ppt

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1、2021/7/30内蒙古大学物理科学与技术学院李健2021/7/30四.关于不确定关系的几点说明粒子的位置与动量不能同时精确测定，是由于微粒本身波粒二象性带来的，不是仪器的精确度造成的，不确定恰恰带来微观世界的精确性.经典的精确性与量子的精确性有着本质区别.分界线是普朗克常数.普朗克常数在微观领域中的重要性：给出微观粒子的一对力学量之间的不确定范围.不确定关系给出微观粒子的两个力学量不能同时确定，它的存在就是排斥经典概念.如：坐标与动量的不确定就是排斥经典的轨道概念.2021/7/30玻尔既然光和粒子都有波粒二象性，而粒子性和波性又绝不会同时出现，所以粒子和波两

2、种经典概念在微观现象中是相斥的。另一方面：波粒二种形式不能同时存在，它们就不会在同一实验中直接冲突，但它们又是描述微观解释实验不可缺少的，在这种意义上它们又是互补的.五.互补原理海森伯提出不确定关系，玻尔提出互补原理从哲学角度概括物质的波粒二象性.2021/7/30海森伯从数学角度玻尔从哲学角度物质波粒二象性互补原理和不确定关系是量子力学哥本哈根解释的两大支柱玻尔以中国的阴阳太极图作为哥派的族徽，以标示这貌似简单、实为诡秘的互补原理。哥本哈根学派的观点有不确定原理、几率解释、互补原理等，量子力学的“正统”解释2021/7/30经典理论以可观测物理量的时空微分方程（例如

3、牛顿运动方程）为核心，表示宏观体系服从严格的因果律，所以它们是时空模型理论。量子力学薛定谔方程乃波函数的时空微分方程，但代表量子态的波函数并非可观测量（可在时空中直接呈现），该方程不是客体本身在时空中运动的因果律。所以玻尔把互补性解释为：客体运动服从严格的因果律与凭依时空描绘客体的一切现象这两项经典要求不可能同时满足。玻尔对互补性的解释2021/7/30就波粒二重性而论，并不真表明微观客体本来有此二重性质，微观客体既非经典的粒子，又非经典的波!这两种形态只是微观客体运动在不同的实验安排下呈现在宏观仪器上的不同图象，不得不以经典概念粒子性和波动性，才对其作出互为补充的全

4、面描述。玻尔：“观测能用经典物理的概念描绘，这几乎是实验的本质”；然而“这就是量子理论的整个佯谬”。一方面：必须建立起不同于经典物理定律的量子物理定律；另方面：每当观测，便不得不毫无保留地使用经典概念。正是这个佯谬，促使玻尔提出互补原理。2021/7/30爱因斯坦赞同量子力学的系综几率解释，而不赞成把量子力学看成是单个过程的完备理论的观点。坚持完全的因果性，对统计因果律持有异议；对观察到的是“物理实在”，而非“客观实在”的观点持有异议，他曾说过一句充分表达内心信念的名言：“你相信掷骰子的上帝，我却相信客观存在的世界中的完备定律和秩序。”爱因斯坦的观点爱因斯坦、薛定

5、谔等不同意把物理学建立在不确定关系或其他不确定的统计解释上。2021/7/30爱因斯坦不很赞赏互补原理，他崇尚统一、而非补充。他把互补哲学看成为一种绥靖哲学，就此对哥派提出质疑。玻尔不认为自己给出的是一种绥靖哲学式的解释。他说明实验上的“一切困难，都可以通过互补原理来消除”；同时认真考虑爱因斯坦批评，由此深入论证了互补原理确实是一条普遍有效的哲学原理。经过双方反复的论争，爱因斯坦承认互补原理提供了“一条漂亮的捷径”。2021/7/30六.用不确定关系解释玻尔理论困难1.加速电子在定态轨道上不辐射能量经典：粒子加速放出能量，运动轨道半径将变小.则电子轨道半径应从原子线度

6、：10-10米变至核的线度：10-15米，但原子从来没发生过.因为坐标的变化量越精确，动量变化范围就越不确定.电子从何处获得这样大的能量？没有任何的能量来源！电子不能靠近原子核更不能进入核中，核中也从来没有发现电子.若电子的轨道半径从：Δx=10¯10米相应的动能从：ΔE=10ev10Gev(1010ev),3×10-15米，2021/7/302.跃迁过程从能量与时间的不确定关系来看：ΔEΔt≥ћ/2若Δt确定∆E就一定有个不确定范围.同样谱线也不是几何线，也有一定的宽度.如果：Δt=10-8秒，根据不确定关系ΔE≥ћ/2Δt=3.3×10-8ev电子从能级E2→E1

7、跃迁，在Δt间隔内电子究竟在何处？实验观察:谱线确实存在着自然宽度.电子在一个能级上时必有一定的寿命∆t，相应的能级也一定会有∆E（能级宽度）.2021/7/30§3.4波函数及其统计意义经典物理的基本规律决定论，严谨的因果律.只要知道系统的运动方程及初始位置，就可以求解方程给出粒子在任何时刻内的位置与动量.量子力学的基本规律统计规律，几率的观点.由于微观粒子的不确定关系，不能同时确定粒子的位置与动量.只能预言这些粒子的可能行为及出现的几率.一.波粒二象性及几率的概念2021/7/30量子的统计：几率幅经典的统计：几率不能拿常识来理解微观粒子.因为常