量子力学(入门通俗版,转述)

/仅作参考和学习,勿作他用/
量子力学

量子力学无非就是物理理论。
物理理论就是对自然现象的归纳。------不太容易理解的自然现象。

我们面对的世界,宏观和微观之分。宏观和微观的分界线就是原子。
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微观世界和宏观世界没有什么共同点。
牛顿力学用于宏观世界。
电子绕原子核运动的规律琢磨不透。
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按照以往的规律,
电子绕原子核运动,就是原子核给电子提供了引力和电磁力。
引力和电磁力会转化成电子绕原子核运动的向心力。
所以,电子绕原子核应该是像地球绕太阳一样的圆周运动。
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但是后来发现,电子的轨道根本就不是什么圆周运动。电子就没有可以确定的轨迹。
我们无法算出电子下一秒会出现在哪里。至于为什么会这样,没有人能知道。
但是电子貌似会经常出现在原子核外几个比较固定的区域。
比如观察100次电子出现在原子核外的区域分布就会发现,如图
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无法确定电子出现的区域,但是可以用统计学描述电子出现在几个常见区域的概率。

引申出上帝到底扔不扔色子的问题。
在牛顿力学中,只要知道一个物体起始的速度、质量和受力情况,就能计算出这个物体在未来某一时刻的具体位置。
未来发生的一切是早已被起始状态设定好的。
机械决定论(宿命论)一切从一开始就决定好了。
但是电子绕原子核的运动貌似是随机的。电子下一秒出现的位置和初始状态没有确定的线性关系。任何计算都无法精确得知电子下一秒的位置。

除了电子,所有微观粒子的位置都是随机的,需要用概率描述。
我们人体又是由微观粒子构成的,所以就意味着人的命运并不是被决定好的。人的意志是可以逆天改命的。

量子力学而不是“粒子力学”

能量怎么传递?

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思考一下能量是怎么传递的。
把一杯热水放凉,是因为热水把自身能量传递给了周围的空气分子。
热水分子运动比较剧烈,而空气分子运动比较柔和,当热水分子撞击到空气分子,就会把动能传递给空气分子,进而导致运动程度降低,所以热水菜才慢慢变变凉。
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能量的传递过程无非就是依靠物质之间的相互作用,比如分子之间的碰撞。
在热水放凉的过程中,温度从80C降低到20C。温度降低是一个连续的过程。在这里插入图片描述
这就意味着,在热水放量的过程中,能量的传递是连续变化的。热水放凉是宏观世界的能量传递,但在微观世界,能量的传递并不是连续的,而是间断的

而靠着微观世界的能量传递,这里的物质可能就是最小的物质,比如基本粒子。
基本粒子就是最小的粒子,不能再细分了。在这里插入图片描述

所有的能量传递都是依靠基本粒子相互交换来实现的。比如光子,光子只能是一个、两个、三个,没有1/2,1/3个光子。
所以一个光子携带的能量就是微观世界能量传递过程中的最小单位。
假设一个光子携带的能量的大小是A(h \nu)
那么能量传递只能说是1A 、2A 、3A这样递增的过程。
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所以能量传递的过程并不连续,而是有间隔的。
1A代表能量的最小单位。
我们赋予这种现象一个新的物理术语------能量量子化。

所以量子代表的就是一种不可再分的基本单位
只要是微观世界,只要是不可再细分的概念,都可以叫做量子化。
比如光子就是不可再分的基本粒子,所以光子也叫光量子
这种不可再分的,非连续的量子概念,在微观世界十分普遍,是微观世界的基础现象。
而量子力学正是研究微观世界的理论。所以量子力学由此得名。

我们经常说微观粒子,导致很多人认为微观粒子是一种实心的小球。
其实微观粒子的本质更像是波。

如果要彻底搞懂量子力学,首先就要默认所有的粒子都是波。

这种波并非类似水波声波 这样的机械波,微观粒子都是以波的形式呈现的,从而弥漫整个宇宙空间。
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理论上所有的波都可以弥漫到宇宙边缘。虽然波的空间尺度是无限远的。在这里插入图片描述
但是波的能量往往会聚集到某个固定的空间尺度上。从而形成波包。

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波包越聚集就越像粒子,这也是波粒二象性的体现。
现在我们将微观粒子想象成一个具有波动性的波包在这里插入图片描述
这个波包越聚集就越像粒子,越分散就越像波。波包有两个显著的物理量。
一个是位置,一个是动量
可以将波包的位置理解成宽度,动量理解成能量。
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如果我们要测量这个波包(粒子)的位置(宽度),就需要用光子撞击波包。
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通过光子探测到的信息就可以确定波包的位置。
但你发现,这样得到的波包位置(宽度)范围比较广。如果想要得到更加精确的位置。
就必须提高光子的能量去撞击波包,
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导致波包吸收能量后,更加聚集。所以宽度就越窄,更像是一个粒子。位置也就测得越精确。
但是这时候,位置是测量精确了,但是波包因为吸收了光子的能量,导致动量增加。
所以波包的动量就和起始的动量相差甚远。所以你测量到的动量信息就越不精确。

如果要精确测量波包的动量,就得降低光子的能量。这样一来,波包的宽度就比较大了。(位置变化小了)所以位置的测量就越不准确。对于这个现象,海森堡就认为。粒子的位置和动量信息不能同时精确测量。
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位置测得越精确,动量就越不精确。(反之亦然)
并且认为这主要是由于测量仪器发射的粒子造成的。但是当代的量子理论认为,海森堡的这种解释并不是十分正确。
测量仪器固然会对被测量对象造成干扰,但是这不是主要原因。
主要原因是因为粒子得本质就是波包,测量波包的精确位置就相当于测量绳摆产生的波动位置。这是毫无意义的。在这里插入图片描述
因为波就不可能存在完美的位置,测量动量也是这个道理,粒子不存在完美的动量。所以现代物理学內ling认为,测不准原理的本质并不是实验仪器造成的,而是微观粒子的内稟属性。用“测不准原理”这一物理名词会误导大众,让人误以为是人类科技手段有限造成的测不准,如今测不准原理早已被改成不确定性原理的叫法,

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