量子理论 物理学

量子理论物理学第1页，共55页，2023年，2月20日，星期四量子理论第2页，共55页，2023年，2月20日，星期四讨论题：1，显像管中的电子都有确定的能量和确定的运动轨道，而且可以利用经典电磁学计算。这是否与量子力学矛盾？在这个问题中电子完全被处理为经典粒子。显像管的设计师是否必须懂得量子力学？2，根据量子测量的假定，在没有做出测量之前，系统由一个波函数描述，测量时才坍缩到确定的本征态。那么，在我们看一个宏观物体（例如月球）之前，这个宏观物体是否在你看到的那个地方？3,量子力学的极限=?=牛顿力学

第3页，共55页，2023年，2月20日，星期四4.薛定谔猫和富翁的遗嘱，是一回事吗？第4页，共55页，2023年，2月20日，星期四1900年,普朗克提出黑体辐射公式,量子论诞生.

(普朗克,M.Planck,1858-1947,德国物理学家,1919年获1918年诺贝尔物理奖.)第5页，共55页，2023年，2月20日，星期四为什么要量子力学?量子概念已经能够解释黑体辐射,光电效应,康普顿效应等现象。量子物理学家，疯狂还是保守！普朗克，爱因斯坦，薛定谔，狄拉克，……第6页，共55页，2023年，2月20日，星期四1913年玻尔利用量子概念，对卢瑟福的原子模型给出了两个限制，建立了一个氢原子的理论，解决了原子的稳定性问题。而且成功地解释了氢原子的几个光谱线系。N.Bohr第7页，共55页，2023年，2月20日，星期四康普顿效应1924年,康普顿和他的学生吴有训用

X-射线

打到物质上，并测量散射的X-射线

的波长.经典理论：

入射X-射线损失部分能量，从而强度减小，但波长不变

l2=l1.MATTER入射X-射线

波长l1l2>

l1散射X-射线

波长l2电子出射实验结果：l2>

l1

?e第8页，共55页，2023年，2月20日，星期四量子图像入射X-射线

E1=hc/l1e电子静止l2>

l1散射X-射线E2=hc/l2eEee康普顿发现,如果把光看成质量为0的粒子，具有能量

E=hc/l

和

动量

p=h/l

光子和电子的碰撞！！

能量动量守恒第9页，共55页，2023年，2月20日，星期四第10页，共55页，2023年，2月20日，星期四第11页，共55页，2023年，2月20日，星期四

经典图像量子图像波的能量

(振幅)2能量/光子

=hc/l第12页，共55页，2023年，2月20日，星期四物质波计算一个1kg砖块以1000m/s速度运动时的波长.

l=h/mv=6.6x10-34Js/(1kg)(1000m/s)

=6.6x10-37m.非常小！！

对于宏观物质，无法感知波的性质事实上，宏观物质不表现出量子特征有更深刻的原因。第13页，共55页，2023年，2月20日，星期四对于微观粒子电子的波长

(m=9.1x10-31kg)以1x107m/s的速度运动.

l=h/mv

=6.6x10-34Js/(9.1x10-31kg)(1x107m/s)

=7.3x10-11m.

=0.073nm

波长在X-射线区域第14页，共55页，2023年，2月20日，星期四粒子是如何成为波的?第15页，共55页，2023年，2月20日，星期四怎样看物体?光从表面反射到达眼睛.

在眼睛中形成图像第16页，共55页，2023年，2月20日，星期四WavelengthversusSize对于可见光显微镜，可以分辨

10-6m=1mm=1000nm大小.

可见光的波长~500nm，不可能分辨比波长跟小的尺度

光学显微镜下的细菌电子显微镜!第17页，共55页，2023年，2月20日，星期四电子显微镜扫描电子显微镜(SEM)照片.可以分辨1nm!利用电子的波动性制造的显微镜，可以分辨更小的物体!第18页，共55页，2023年，2月20日，星期四STM第19页，共55页，2023年，2月20日，星期四

波函数–状态的描述粒子由一个复函数

表示，称为波函数，或概率幅.

玻恩几率解释：

如果在时刻t,对以波函数

描述的粒子进行位置测量，测得的结果可以是不同的，而在

的—小区域

中发现该粒子的概率为

.(

)第20页，共55页，2023年，2月20日，星期四

第21页，共55页，2023年，2月20日，星期四

第22页，共55页，2023年，2月20日，星期四

第23页，共55页，2023年，2月20日，星期四

第24页，共55页，2023年，2月20日，星期四

第25页，共55页，2023年，2月20日，星期四

第26页，共55页，2023年，2月20日，星期四

第27页，共55页，2023年，2月20日，星期四

第28页，共55页，2023年，2月20日，星期四第29页，共55页，2023年，2月20日，星期四第30页，共55页，2023年，2月20日，星期四叠加原理第31页，共55页，2023年，2月20日，星期四波函数满足薛定谔方程。对一个状态进行测量，其波函数塌缩到与测量相关的本征态。Dirac符号和进一步的抽象：量子态是希伯特空间的一个矢量，记为,在中间可以插入标记状态的字母。量子力学课程将会仔细介绍量子力学的数学。

第32页，共55页，2023年，2月20日，星期四薛定谔的猫Accordingtoquantumtheory,ifacatcanbeinastate|ALIVEandastate|DEAD,itcanalsobeinastate

|ALIVE+|DEAD.Whydon’tweseecatsinsuchsuperpositionstates?+第33页，共55页，2023年，2月20日，星期四2023/5/8上海交通大学理论物理研究所马红孺第34页，共55页，2023年，2月20日，星期四2023/5/8上海交通大学理论物理研究所马红孺第35页，共55页，2023年，2月20日，星期四2023/5/8上海交通大学理论物理研究所马红孺第36页，共55页，2023年，2月20日，星期四量子力学是一个更基本的理论的概率表现？隐变量？答案：NO！Bell不等式抛一个硬币，正面和反面各以一定概率出现，但硬币的运动满足经典力学。第37页，共55页，2023年，2月20日，星期四JohnStewartBell(28June

1928

–

1October

1990)1990年因脑出血不幸去世.第38页，共55页，2023年，2月20日，星期四2023/5/8上海交通大学理论物理研究所马红孺第39页，共55页，2023年，2月20日，星期四2023/5/8上海交通大学理论物理研究所马红孺第40页，共55页，2023年，2月20日，星期四2023/5/8上海交通大学理论物理研究所马红孺第41页，共55页，2023年，2月20日，星期四2023/5/8上海交通大学理论物理研究所马红孺第42页，共55页，2023年，2月20日，星期四

势垒

第43页，共55页，2023年，2月20日，星期四势垒势阱对于微观粒子,第44页，共55页，2023年，2月20日，星期四定态薛定谔方程是……第45页，共55页，2023年，2月20日，星期四一般势垒:WKB近似第46页，共55页，2023年，2月20日，星期四扫描针尖样品表面电子云第47页，共55页，2023年，2月20日，星期四第48页，共55页，2023年，2月20日，星期四第49页，共55页，2023年，2月20日，星期四第50页，共55页，2023年，2月20日，星期四第51页，共55页，2023年，2月20日，星期四从原子到晶体，从能级到能带孤立原子—能级---原子相互作用—能级分裂—固体--能带第52页，共55页，2023年，2月20日，