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量子力学的基本理论是什么?

常驻编辑 科普中国 2022-10-16 普朗克   能级   量子力学   量子   粒子   原子   函数   物理   理论   世界   电子
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那您要问了,连续和离散对于研究问题有什么区别呢?对于一个问题,用离散和连续的理论去分析,得出的结论往往大相径庭。Qxj拜客生活常识网

举个例子大家体会一下,大名鼎鼎的芝诺悖论。Qxj拜客生活常识网

你和乌龟赛跑,只要乌龟领先,你是无论如何是追不上。假设你速度是乌龟的十倍,一开始乌龟领先100米,现在你开始追乌龟。当你跑到到乌龟的这个位置,也就是跑了100米的时候,乌龟也已经又向前跑了10米。当你再追到这个位置的时候,乌龟又向前跑了1米,你再追1米,我又跑了1/10米……总之,你只能无限地接近乌龟,但你永远也不能追上。Qxj拜客生活常识网

这个理论貌似没有错误,但这个就与我们常识想背。怎么理解这个事,就需要我们引入离散的概念。这个悖论的前提速度位置都是连续的,所以可以无限分割,你找不到一个点兔子超过乌龟。但是如果我们找到一个速度和位置的最小单位,这个单位可以非常小,但一定不能再被分割,那总会在某一时刻找到一个位置,你超过乌龟。你看,同样一个问题,连续和离散在解释一个问题时,结论大不一样。Qxj拜客生活常识网

回到乌云这儿,普朗克把辐射能量量子化的意义非同寻常,意味着经典物理学关于电磁的基石动摇了。自从麦克斯韦发现电磁方程组后,电磁是一种波的概念已经深入人心,而且利用这种理论,电磁已经得到广泛应用,这个前提下提出电磁波是离散的,那意味着研究方法换了,整个电磁学都得推倒重来。就跟之诺悖论似的,换一种方法就是天翻地覆。Qxj拜客生活常识网

这事太不可思议,所以大家都觉得是哪儿出错了,普朗克自己也有点迷糊,随便踢了一脚,摩天大楼居然晃了两下,吓得再也不敢出手了,也没敢使劲宣传他的理论。Qxj拜客生活常识网

二、量子的发展-光电效应和原子能级Qxj拜客生活常识网

不过量子概念的提出已经为经典物理学打开了一扇窗户,透过这扇窗,越来越多的物理学家已经慢慢注意点、道经典物理学外面深不可测的量子世界,一些头脑活泛的大神,慢慢开始用量子化的手段来解释很多问题。而量子科学也在解释这些实验现象过程中不断发展。Qxj拜客生活常识网

比如量子思维在光电效应实验中的应用就导致了光子被发现。Qxj拜客生活常识网

我们现在知道光有波粒二象性,不过回到过去光是波还是粒子经过了长时间的争论。Qxj拜客生活常识网

波和粒子性质完全不一样,波是连续的,传播需要介质,两个波之间可以互相干涉,衍射,叠加(注意这个概念),波可以传播能量。想象一下你往水池中不同位置扔两个石子,仔细体会波的特点。粒子特点是离散的,传播不需要介质,一般走直线。Qxj拜客生活常识网

所以关于光本质的争论中,波派和粒子派根本没法调和。粒子派的掌门人是牛顿,有这个物理界的大神站台,粒子派一度占据上风。不过后来有个杨的科学家,做了个双缝实验,光线通过双缝后,两个缝隙各成为光源。如果光是粒子,只能走直线,打到感光板应该是两条缝隙;如果光是波,两个光源产生的波互相干涉,感光板上是明暗相间的条纹。实验结果无可辩驳的显示为明暗相间条纹,从此以后粒子说就闭嘴了,光是波成了绝对真理。波动派翻身做了主人,终于可以扬眉吐气。Qxj拜客生活常识网

不过波动派也没神气多长时间,后来一系列的实验又把波动理论推翻了,其中一个就是光电效应。Qxj拜客生活常识网

物理学家发现光射到某些物质表面会打出电子,也就是会产生电,这就是光电效应。按照光是电磁波的理论,打出电子倒也正常,波也可以传递能量嘛。但是打出电子的数量、能量与光波的波长、频率完全没有对应关系,也就是说用波动理论完全没法解释光电效应。

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