第926章 出现了对量子力学的多种解释
这些困难被视为晴朗天空中的几朵乌云，引发了物质世界的变化。
下面是一些困难。
黑体辐射问题。
马克斯·普朗克，马克斯·普朗克。
在本世纪末，许多物理学家对黑体辐射非常感兴趣。
黑体辐射是一种理想化的物体，可以吸收照射在其上的所有辐射并将其转化为热辐射。
这种热辐射的光谱特性仅与黑体的温度有关。
使用经典物理学，这种关系无法解释。
通过将物体中的原子视为微小的谐振子，马克斯·普朗克能够获得黑体辐射的普朗克公式。
然而，在指导这个公式时，使用了普朗克公式。
当时，他不得不假设这些原子谐振器的能量不是连续的，这与经典物理学的观点相反，而是离散的。
这是一个整数，它是一个自然常数。
后来，人们证明应该使用正确的公式来代替零点能量。
普朗克在描述他的辐射能量的量子化时非常谨慎。
他只假设吸收和辐射的辐射能量是量子化的。
今天，这个新的自然常数被称为普朗克常数，以纪念普朗克的贡献。
它的价值在于光电效应实验。
光电效应实验。
光电效应实验。
由于紫外线辐射，大量电子从金属表面逃逸。
通过研究发现，光电效应具有以下特征：一定的临界频率。
只有当入射光的频率大于临界频率时，才会有光电子从每个光电子中逃逸。
当入射光频率大于临界频率时，一旦照射光，几乎可以立即观察到光电子。
这些特征是定量问题，原则上不能用经典物理学来解释。
原子光谱学积累了丰富的数据。
许多科学家对它们进行了分类和分析，发现原子光谱是离散的线性光谱，而不是连续分布的光谱线。
谱线的波长也有一个简单的规律。
卢瑟福模型发现，由经典电动力学加速的带电粒子将继续辐射并失去能量。
因此，在原子核周围移动的电子最终会因大量能量损失而落入原子核，导致原子坍缩。
现实世界表明，原子是稳定的，在非常低的温度下存在能量均匀分布的原理。
能量均匀分布原理不适用于光量子理论。
光量子理论是第一个突破黑体辐射问题的理论。
普朗克提出量子的概念是为了从理论上推导出他的公式，但当时并没有引起太多关注。
爱因斯坦利用量子假说提出了光量子的概念，解决了光电效应的问题。
爱因斯坦进一步将能量不连续性的概念应用于固体中原子的振动，成功地解决了固体比热随时间变化的现象。
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光量子的概念在康普顿散射实验中得到了直接验证。
玻尔的量子理论。
玻尔创造性地利用普朗克爱因斯坦的概念来解决原子结构和原子光谱的问题。
他的原子量子理论主要包括两部分。
就原子能而言，它只能稳定地存在于与离散能量相对应的一系列状态中。
这些状态成为稳态，原子在两个稳态之间转换时的吸收或发射频率是唯一的。
玻尔的理论取得了巨大的成功，首次为人们理解原子结构打开了大门。
然而，随着人们对原子认识的加深，它的问题和局限性逐渐被发现。
德布罗意波受普朗克和爱因斯坦的光量子理论以及玻尔的原子量子理论的启发，认为光具有波粒二象性。
德布罗意基于类比原理，认为物理粒子也具有波粒二象性。
他提出了这一假设，一方面试图将物理粒子与光统一起来，另一方面又试图将物理颗粒与光统一。
这方面是更自然地理解能量的不连续性并克服它。
在[年]的电子衍射实验中，直接证明了物理粒子由于量子化条件的人为性质而产生的波动。
量子物理学、量子物理学和量子力学是每年在一段时间内建立的两个等效理论。
矩阵力学和波动力学几乎是同时提出的，矩阵力学的提出与玻尔早期的量子理论密切相关。
海森堡继承了早期量子理论的合理核心概念，如能量量子化和稳态跃迁，同时拒绝了一些没有实验基础的概念，如电子轨道的概念。
海森堡·玻尔和果蓓咪的矩阵力学给每个物理量一个物理上可观测的矩阵。
它们的代数运算规则不同于经典物理量，遵循不同的规则。
代数波动力学是一种不易乘法的波动力学学习，它起源于物质波的思想。
施？受到物质波的启发，丁格发现了一个量子系统。
物质波的运动方程是波动力学的核心。
后来，施？丁格证明了矩阵力学和波动力学是完全等价的，它们是同一力学定律的两种不同形式的表达。
事实上，量子理论可以更普遍地表达。
这是狄拉克和果蓓咪的作品。
量子物理学的建立是许多物理学家共同努力的结晶。
这标志着物理学研究的第一次集体胜利。
实验现象被广播。
光电效应。
阿尔伯特·爱因斯坦扩展了普朗克的量子理论，提出物质与电磁辐射之间的相互作用不仅是量子化的，而且是量子的。
这句话是：变换是一种基本物理性质的理论，使他能够通过这一新理论解释光电效应。
海因里希·鲁道夫·赫兹、菲利普·伦纳德和其他人的实验发现，电子可以通过光照从金属中弹出，他们可以测量这些电子的动能，而不管入射光的强度如何。
只有当光的频率超过临界截止频率时，电子才会被弹出。
发射电子的动能随光的频率线性增加，光的强度仅决定发射电子的数量。
爱因斯坦提出了“光的量子光子”这个名字来解释这一现象。
光的量子能量用于光电效应，以转换金属中的电子。
射功函数和加速电子动能爱因斯坦光电效应公式这里是电子的质量，它的速度等于入射光的频率。
原子能级跃迁是原子能级跃迁。
在本世纪初，卢瑟福模型被认为是正确的原子模型。
该模型假设带负电荷的电子围绕带正电荷的原子核旋转，就像行星围绕太阳旋转一样。
在这个过程中，库仑力和离心力必须平衡。
这个模型有两个问题无法解决。
首先，根据经典电磁学，该模型是不稳定的。
其次，根据电磁学，电子在运行过程中不断加速，应该通过发射电磁波来失去能量，这将很快导致它们落入原子核。
其次，原子的发射光谱由一系列离散的发射谱线组成，例如氢原子的发射谱，由紫外系列、拉曼系列和可见光系列组成。
根据经典理论，原子的发射光谱应该是连续的。
尼尔斯·玻尔提出了以他命名的玻尔模型，为原子结构和谱线提供了理论原理。
玻尔认为电子只能在某些能量轨道上运行。
如果一个电子从高能轨道跳到低能轨道，它发出的光的频率是，它可以通过
吸收相同频率的光子从低能轨道跳到高能轨道。
玻尔模型可以解释氢原子的改进。
玻尔模型也可以解释只有一个电子的离子的物理现象，但不能准确解释其他原子中电子的波动性质。
德布罗意假说的波动性表明，电子也伴随着一个黑洞。
他预测，电子在穿过小孔或晶体时应该会产生可观察到的衍射现象。
同年，davidr在镍晶体中的散射实验中首次获得了晶体中电子的衍射现象。
在了解了德布罗意的工作后，他们在这一年里更准确地进行了这项实验。
，！
实验结果与德布罗意波公式完全一致，有力地证明了电子的波动性。
电子的波动性也表现在电子穿过双缝的干涉现象中。
如果每次只发射一个电子，它将以波的形式随机激发光敏屏幕上的一个小亮点，并多次发射单个电子或单个电子。
多个电子敏感屏幕将呈现明暗交替的干涉条纹，这再次证实了电子的清晰度。
屏幕上波动电子的位置有一定的分布概率，可以随着时间的推移观察到。
可以看到双缝衍射特有的条纹图像。
如果光缝关闭，则形成的图像是单缝特定波。
波浪分布的概率是不可能的。
在这种电子的双缝干涉实验中，它是一种以波的形式穿过两个狭缝并与自身干涉的电子。
不能错误地认为这是两个不同电子之间的干涉。
值得强调的是，这里波函数的叠加是概率振幅的叠加，而不是概率叠加的经典例子。
这种态叠加原理是量子力学的基本假设。
相关概念被广播。
波、粒子波、粒子振动和粒子。
量子理论解释了物质的粒子性质，其特征是能量、动量和表征波的动量。
这些特征由电磁波频率和波长的比例因子表示，并通过普朗克常数联系起来。
通过结合这两个方程，这就是光子的相对论质量。
由于光子不能是静止的，因此光子没有静态质量，并且是动量量子力学。
量子力学中粒子的一维平面波的偏微分波动方程通常是在三维空间中传播的平面粒子波的形式。
经典波动方程是对微观粒子波动行为的描述，它借鉴了经典力学中的波动理论。
通过这座桥，量子力学中的波粒二象性得到了很好的表达。
经典波动方程或方程意味着不连续的量子关系和德布罗意关系，可以乘以右侧包含普朗克常数的因子。
德布罗意和德布罗意之间的关系导致了经典物理学。
经典物理学和量子物理学之间的联系在连续局域性和不连续局域性之间建立起来，从而产生了统一的粒子波德布罗意物质波德布罗意关系和量子关系，以及schr？丁格方程。
这两个方程实际上代表了波和粒子性质之间的统一关系。
德布罗意物质波是波粒积分的真实物质粒子、光子、电子等。
海森堡的不确定性原理是，物体动量的不确定性乘以其位置的不确定性大于或等于简化的普朗克常数测量过程。
量子力学和经典力学之间的一个主要区别是测量过程在理论上的位置。
在经典力学中，物理系统的位置和动量可以无限精确地确定和预测。
理论上，测量对系统本身没有影响。
在量子力学中，测量过程本身对系统有影响。
为了描述可观测量的测量，系统的状态需要线性分解为可观测量特征态的集合。
线性组合测量过程可以看作是对这些本征态的投影。
测量结果对应于投影本征态的本征值。
如果我们测量系统的无限个副本，我们可以得到所有可能测量值的概率分布。
每个值的概率等于相应本征态的绝对系数的平方。
因此，两个不同物理量的测量顺序可能会直接影响它们的测量结果。
事实上，不相容的可观测值就是这样的不确定性。
不确定性是最着名的不相容形式。
可观测量是粒子位置和动量不确定性的乘积，大于或等于普朗克常数的一半。
海森堡发现了不确定性原理，也称为不确定正常关系或不确定正常关系，它指出两个非
交换算子表示坐标、动量、时间和能量等机械量，这些量不能同时具有确定的测量值。
一个测量得越准确，另一个测量的精度就越低。
这表明，由于测量过程对微观粒子行为的干扰，测量序列是不可交换的。
这是微观现象的基本规律。
事实上，粒子坐标和动量等物理量本身并不存在，正等待我们去测量。
测量不是我们需要测量的信息。
一个简单的反射过程就是一个转换过程，它们的测量值取决于我们的测量方法，这是由于它的互斥性不确定关系的概率可以通过将状态分解为可观测本征态的线性组合来获得，并且可以获得每个本征态中状态的概率幅度。
概率振幅的绝对值平方是测量本征值的概率，这也是系统处于本征状态的概率。
这可以通过将其投影到每个本征态上来计算。
因此，对于系综中的同一系统，对可观测量的相同测量通常会产生不同的结果，除非该系统已经处于可观测量本征态。
通过测量集成中处于相同状态的每个系统，可以获得测量值的统计分布。
所有的实验都面临着这一挑战。
测量值的统计计算和量子力学的问题：量子纠缠通常是由多个粒子组成的系统。
单个粒子的状态不能分离为其组成状态。
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在这种情况下，单个粒子的状态称为纠缠。
纠缠粒子具有与一般直觉相反的惊人特性。
例如，测量一个粒子会导致整个系统的波包立即崩溃，这也会影响与被测粒子纠缠的另一个遥远粒子。
这种现象并不违反狭义相对论，因为在量子力学的层面上，在测量粒子之前，你无法定义它们。
事实上，它们仍然是一个整体，但经过测量，它们将脱离量子纠缠。
量子退相干是一个基本理论，应该应用于任何大小的物理系统，而不限于微观系统。
物理学中量子现象的存在提出了一个问题，即如何从量子力学的角度解释宏观系统的经典现象。
特别难以直接看到的是量子力学中的叠加态如何应用于宏观世界。
次年，爱因斯坦在给马克斯·玻恩的信中提出了如何从量子力学的角度解释宏观物体的定位。
他指出，仅凭量子力学现象太小，无法解释这个问题。
这个问题的另一个例子是施罗德的思维实验？薛定谔的猫？丁格。
直到大约一年左右，人们才开始真正理解上述思想实验是不切实际的，因为它们忽略了与周围环境不可避免的相互作用。
事实证明，叠加态对周围环境非常敏感。
例如，对双缝固体的影响在双缝实验中，电子或光子与空气分子之间的碰撞或辐射发射会影响对衍射形成至关重要的各种状态之间的相位关系。
在量子力学中，这种现象被称为量子退相干，它是由系统状态与周围环境之间的相互作用引起的。
这种相互作用可以表示为每个系统状态和环境状态之间的纠缠。
结果表明，只有考虑到整个系统，即实验系统环境系统环境系统的叠加，才是有效的。
如果只孤立地考虑实验系统的系统状态，那么只剩下该系统的经典分布。
量子退相干是当今量子力学解释宏观量子系统经典性质的主要方式。
量子退相干是实现量子计算机的最大障碍。
在量子计算机中，需要多个量子态尽可能长时间地保持叠加和退相干是一个非常大的技术问题。
理论演进、演变、广播、、理论产生和发展。
量子力学是一门物理科学，描述物质微观世界结构的运动和变化规律。
这是本世纪人类文明发展的一次重大飞跃。
量子力学的发现引发了一系列划时代的科学发现和技术发明，为人类社会的进步做出了重要贡献。
本世纪末，当经典物理学取得重大成就时，一系列经典理论无法解释的现象相继被发现。
尖瑞玉物理学家维恩通过测量热辐射光谱发现了热辐射定理。
尖瑞玉物理学家普朗克提出了一种解释热辐射光谱的方法。
热辐射中的大胆假设发射和吸收过程中能量量子化的假设是能
量以最小的单位逐一交换。
这一假设不仅强调了热辐射能的不连续性，而且直接与辐射能独立于频率、由振幅决定、不能归入任何经典范畴的基本概念相矛盾。
当时，只有少数科学家认真研究过这个问题。
爱因斯坦在[年]提出了光量子理论，火泥掘物理学家密立根发表了关于光电效应的实验结果，验证了爱因斯坦的光量子理论。
[年]，野祭碧物理学家玻尔提出了[年]稳态的假设，以解决卢瑟福原子行星模型的不稳定性。
根据经典理论，原子中的电子围绕原子核做圆周运动并辐射能量，导致轨道半径缩小，直到它们落入原子核。
就像恒星一样，它可以在任何经典的机械轨道上运行。
稳定轨道的作用必须是角动量量子化的整数倍，也称为量子量子。
玻尔提出，原子发射的过程不是经典的辐射，而是电子在不同稳定轨道状态之间的不连续跃迁过程。
光的频率由轨道状态之间的能量差决定，称为频率规则。
玻尔的原子理论以其简单清晰的图像解释了氢原子的离散谱线，并用电子轨道态直观地解释了化学元素周期表。
这导致了元素铪的发现，在短短十多年的时间里引发了一系列重大的科学进步。
由于以玻尔灼野汉学派为代表的量子理论的深刻内涵，这在物理学史上是前所未有的。
学校对这一问题进行了深入的研究，他们对量子力学的对应原理、矩阵力学、不相容原理、不相容性原理、不确定正常关系、互补原理、互补原理和概率解释等做出了贡献。
[年]，火泥掘物理学家康普顿发表了电子散射引起的频率降低现象，即康普顿效应。
根据经典波动理论，静止物体对波的散射不会改变频率。
根据爱因斯坦的量子理论，这是两个粒子碰撞的结果。
光的量子不仅在碰撞过程中传递能量，而且在碰撞过程中将动量传递给电子，这已被实验证明。
光不仅是一种电磁波，也是一种具有能量和动量的粒子。
，！
[年]，火泥掘阿戈岸物理学家泡利发表了不相容原理。
原子中两个电子不能同时处于同一量子态的原理解释了原子的量子态。
电子的壳层结构这一原理适用于固体物质的所有基本粒子，通常称为费米子，如质子、中子、夸克、夸克等。
它构成了量子统计力学和费米统计的基础，解释了谱线的精细结构和反常塞曼效应。
泡利建议，除了与能量、角动量及其分量的经典力学量相对应的三个量子数外，还应为原始电子轨道态引入第四个量子数。
这个量子数，后来被称为自旋，是一个描述基本粒子内在性质的物理量。
泉冰殿物理学家德布罗意提出了爱因斯坦德布罗意关系，该关系表达了波粒二象性和波粒二像性。
德布罗意关系表征了表征粒子性质的物理量能量。
在尖瑞玉物理学家海森堡和玻尔建立了量子理论，这是矩阵力学的第一个数学描述。
阿戈岸科学家提出了描述物质波连续时空演化的偏微分方程。
施？丁格方程给出了量子理论的另一种数学描述。
敦加帕创造了量子力学的路径积分形式。
量子力学在高速微观现象领域具有普遍适用性，是现代物理学的基础之一。
它对表面物理学、半导体物理学、凝聚态物理学、凝聚质物理学、粒子物理学、低温超导物理学、量子化学和分子生物学等现代科学技术的发展具有重要的理论意义。
量子力学的出现和发展标志着人类对自然的理解从宏观世界到微观世界的重大飞跃。
经典物理学的边界尼尔斯·玻尔提出了对应原理，该原理认为，当粒子数量达到一定限度时，量子数，特别是粒子数量，可以用经典理论准确地描述。
这一原理的背景是，许多宏观系统可以用经典力学和电磁学等经典理论进行精确描述。
因此，人们普遍认为，在非常大的系统中，量子力学的特性会逐渐退化为经典物理学的特性，两者并不矛盾。
因此，对应原理是建立有效量子力学模型的重要辅助工具。
量子力学的数学基础非常广泛。
它只要求状态空间是hilbert
空间，可观测量是线性算子。
然而，它没有指定在实际情况下使用哪个hilbert空间。
空格应选择哪些运算符？因此，在实际情况下，有必要选择相应的hilbert空间和算子来描述特定的量子系统，而相应的原理是做出这一选择的重要辅助工具。
这一原理要求量子力学的预测在越来越大的系统中逐渐接近经典理论的预测。
这个大系统的极限称为经典极限或相应的极限。
因此，启发式方法可用于建立量子力学模型，而该模型的局限性在于相应的经典物理模型和狭义相对论的结合。
量子力学在其早期发展中没有考虑到狭义相对论。
例如，当使用谐振子模型时，它特别使用了非相对论谐振子。
在早期，物理学家试图使用谐振子建立量子力学模型。
将量子力学与狭义性相结合相对论是相互联系的，包括使用相应的克莱因戈登方程或狄拉克方程来代替施罗德方程？丁格方程。
尽管这些方程成功地描述了许多现象，但它们仍然存在缺点，特别是无法描述相对论态中粒子的产生和消除。
量子场论的发展导致了真正相对论的出现。
量子场论不仅量化了能量或动量等可观测量，还量化了介质相互作用的场。
第一个完整的量子场论是量子电动力学，它可以充分描述电磁相互作用。
一般来说，在描述电磁系统时，不需要完整的量子场论。
一个相对简单的模型是将带电粒子视为粒子。
处于经典电磁场中物体的量子力学自量子力学诞生以来就被使用。
例如，氢原子的电子态可以用经典的电压场来近似。
然而，在电磁场中的量子波动起重要作用的情况下，例如带电粒子发射光子，这种近似方法是无效的。
强相互作用和弱相互作用的量子场论称为量子色动力学。
量子色动力学理论描述了由原子核、夸克、夸克和胶子组成的粒子之间的相互作用。
夸克、夸克和胶子之间的弱相互作用与电弱相互作用中的电磁相互作用相结合。
万有引力不能仅用量子力学来描述。
因此，在黑洞附近或整个宇宙中，万有引力无法用量子力学来描述。
从物理的角度来看，量子力学可能会遇到其适用的边界。
量子力学和广义相对论都无法解释粒子到达黑洞奇点时的物理状态。
广义相对论预测，粒子将被压缩到无限密度，而量子力学预测，由于无法确定其位置，它无法逃离黑洞。
因此，本世纪最重要的两个新物理理论，量子力学和广义相对论，相互矛盾，并寻求解决这一矛盾的办法。
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