《量子力学简介》PPT课件.ppt

量子力学简介,05级 制作：何为毅 0510213 编审：冯月娥 051033 李灵强 0510221,前言,量子力学(Quantum Mechanics)是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。,一：量子力学发展史,1900年，普朗克提出辐射量子假说,1905年，爱因斯坦引进光子的概念成功地解释了光电效应。,德布罗意于1923年提出微观粒子具有波粒二象性的假说。,1913年，玻尔在卢瑟福有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论,波粒二相性,德布罗意认为：正如光具有波粒二象性一样，实体的微粒(如电子、原子等)也具有这种性质，即既具有粒子性也具有波动性。这一假说不久就为实验所证实。 由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律，描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。当粒子的大小由微观过渡到宏观时，它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学。,波函数,1926年，薛定谔首先找到了波函数所满足的运动方程 。 在量子力学中，粒子的状态用波函数描述，它是坐标和时间的复函数。,1927年，海森伯建立起矩阵力学,海森堡还提出了测不准原理，原理的公式表达如下： xp/2,相对论量子力学,经狄拉克、海森伯和泡利等人的工作发展了量子电动力学。 20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论量子场论，它构成了描述基本粒子现象的理论基础。,当代量子力学,二：量子力学基本概念,在量子力学中，一个物理体系的状态由态函数表示，态函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。 状态随时间的变化遵循一个线性微分方程，该方程预言体系的行为，物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示；测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作，对应于代表该量的算符对其态函数的作用；测量的可能取值由该算符的本征方程决定，测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。,态函数,态函数的平方代表作为其变数的物理量出现的几率。 根据这些基本原理并附以其他必要的假设，量子力学可以解释原子和亚原子的各种现象。,因果性,关于量子力学的解释涉及许多哲学问题，其核心是因果性和物理实在问题。按动力学意义上的因果律说，量子力学的运动方程也是因果律方程，当体系的某一时刻的状态被知道时，可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。,经典力学中的因果率,在经典物理学理论中，对一个体系的测量不会改变它的状态，它只有一种变化，并按运动方程演进。因此，运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。,量子力学中的因果率,在量子力学中，体系的状态有两种变化，一种是体系的状态按运动方程演进，这是可逆的变化；另一种是测量改变体系状态的不可逆变化。 因此，量子力学对决定状态的物理量不能给出确定的预言，只能给出物理量取值的几率。在这个意义上，经典物理学因果律在微观领域失效了。,不确定性,在量子力学中，不确定性指测量物理量的不确定性，由于在一定条件下，一些力学量只能处在它的本征态上，所表现出来的值是分立的，因此在不同的时间测量，就有可能得到不同的值，就会出现不确定值，也就是说，当你测量它时，可能得到这个值，可能得到那个值，得到的值是不确定的。只有在这个力学量的本征态上测量它，才能得到确切的值。,三：量子力学的展望,当前创建新理论的探索在向两个方面进行，一个方向围绕量子力学测量和解释问题进行，设计并进行了一批新的薛定谔猫和EPR佯谬实验，实验的成功证实了量子力学的预言，同时开辟了量子信息的新研究领域。,成就,量子场论的杰出作用体现在它解释了与物质本质相关的一些最深刻的问题。它解释了为什么存在玻色子和费米子这两类基本粒子，它们的性质与内禀自旋有何关系 。,存在的问题,尽管量子电动力学 （QED）取得了超凡的成功，它仍然充满谜团。对于虚空空间(真空)，理论似乎提供了荒谬的看法，它表明真空不空，它到处充斥着小的电磁涨落。 该怎么办呢？,设想,超弦理论是唯一被认为可以解释这一谜团的理论，它是量子场论的推广，通过有长度的物体取代诸如电子的点