大學(xué)物理下-量子原理2課件

同學(xué)們好！

在說到原子時(shí)，語言只能像在詩中那樣運(yùn)用。詩人也是那樣，不大關(guān)心描述事實(shí)，更關(guān)心的是創(chuàng)造形象。

－－玻爾?美麗的分形結(jié)構(gòu)坐標(biāo)的不確定量該方向上動(dòng)量分量的不確定量上講：一、位置與動(dòng)量的不確定關(guān)系§17.2不確定關(guān)系(續(xù))海森伯的原理只是發(fā)出警告的路牌：“普通的語言只能應(yīng)用到這里為止”，當(dāng)你走到原子領(lǐng)域時(shí)，就會(huì)遇到麻煩。－－－維斯科夫物理意義：“軌道”概念失去意義1）微觀粒子運(yùn)動(dòng)過程中，其坐標(biāo)的不確定量與該方向上動(dòng)量分量的不確定量相互制約2）微觀粒子永遠(yuǎn)不可能靜止——存在零點(diǎn)能，否則，x和均有完全確定的值，違反不確定關(guān)系。熱運(yùn)動(dòng)不可能完全停止，0K不能實(shí)現(xiàn)解釋原子譜線寬度：nnD應(yīng)用舉例：

粒子的發(fā)現(xiàn)1966—1974年，丁肇中與里特克實(shí)驗(yàn)小組，分別在美國布魯克海文國立實(shí)驗(yàn)室和斯坦福直線加速器中心，用不同方法獨(dú)立發(fā)現(xiàn)同一種靜質(zhì)量很大的新粒子(判據(jù)：m=E/c2，△t=?),用能量不確定關(guān)系確定壽命：能量不確定度為0.063MeV。證明存在第四種夸克（粲夸克c），為大統(tǒng)一理論提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。丁肇中、里特克共同獲得1976年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)練習(xí)：17-13已知：電子處于某能級(jí)求：解：1）2）由可同時(shí)取零可同時(shí)確定該問題可用經(jīng)典力學(xué)處理，否則要用量子力學(xué)處理。2.給出了宏觀與微觀物理世界的界限，經(jīng)典粒子模型可應(yīng)用的限度為什么宏觀世界與微觀世界遵循的規(guī)律有如此巨大的差別？“觀測(cè)行為在被測(cè)事件中所引起的那部分原則上不可控制的干擾是討論原子現(xiàn)象時(shí)起決定作用的一個(gè)特征”——海森伯

宏觀世界可不計(jì)及“測(cè)量”對(duì)被測(cè)對(duì)象狀態(tài)的影響。1）認(rèn)為自然過程是連續(xù)的，原則上可把測(cè)量干擾連續(xù)減小，限制在所需的測(cè)量精度內(nèi)。2）認(rèn)為客體與儀器的相互作用服從因果決定論，可以估算和控制干擾，修正測(cè)量值。測(cè)量——反映著客體、儀器和觀察者的相互作用量子現(xiàn)象不只屬于被觀測(cè)的客體，而是屬于客體和儀器整體，反映的不僅僅是客體的存在和性質(zhì)，而且是客體和儀器的“關(guān)系”。相對(duì)論中，長(zhǎng)度、壽命、質(zhì)量的測(cè)量結(jié)果反映了客體與作為參考的慣性系間的關(guān)系。類比：彈簧的兩個(gè)影子：一個(gè)是波，另一個(gè)是圓。如果只能從一個(gè)影子去認(rèn)知這個(gè)彈簧，你會(huì)認(rèn)為它是什么呢？類比：

必須記住，我們所觀察的并不是自然本身，而是自然向我們的探索方法所暴露的一面。

－－－海森伯猶如“盲人摸象”我們得出的各種結(jié)論不是互相排斥、對(duì)立的，而是互相補(bǔ)充協(xié)調(diào)的，共同揭示客體的屬性?！拔锢韺W(xué)不告訴我們世界是什么，而是告訴我們關(guān)于世界我們能談?wù)撔┦裁础?--玻爾

在我們對(duì)大自然的描述中，目的不是去揭露所有現(xiàn)象的真諦，而只是盡我們所能去追蹤經(jīng)驗(yàn)中種種不同方面之間的關(guān)系。---玻爾4.愛因斯坦的不同觀點(diǎn)（自學(xué)P569§17.5）科學(xué)可以產(chǎn)生一種世界觀，費(fèi)曼曾經(jīng)說：“對(duì)一些人而言，這是科學(xué)中最美麗的部分”。微觀客體的本來面目究竟如何？已超出經(jīng)驗(yàn)范圍，用經(jīng)典概念和語言來描述只能是互補(bǔ)性的，不確定關(guān)系就是對(duì)互補(bǔ)原理的數(shù)學(xué)表述。微觀粒子的基本屬性不能用經(jīng)典語言確切表達(dá)，“波粒二象性”——借用經(jīng)典語言進(jìn)行互補(bǔ)性描述。對(duì)微觀客體的數(shù)學(xué)描述可以脫離日常生活經(jīng)驗(yàn)，避免借用經(jīng)典語言引起的表觀矛盾。量子力學(xué)包含一套計(jì)算規(guī)則及對(duì)數(shù)學(xué)程式的物理解釋，是建立在基本假設(shè)之上的構(gòu)造性理論，其正確性由實(shí)踐檢驗(yàn)。量子力學(xué)用波函數(shù)描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，波函數(shù)所遵從的方程——薛定諤方程是量子力學(xué)的基本方程。波函數(shù)和薛定諤方程都是量子力學(xué)的基本假設(shè)之一?！?7.3波函數(shù)薛定諤方程薛定諤同時(shí)在固體的比熱、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)、原子光譜及鐳的放射性等方面的研究都有很大成就。

由于對(duì)量子力學(xué)的貢獻(xiàn)，于1933年同英國物理學(xué)家狄拉克共獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。

1943年發(fā)表《生命是什么？》引導(dǎo)許多物理學(xué)家參與生物學(xué)的研究工作，使物理學(xué)和生物學(xué)相結(jié)合，開創(chuàng)了現(xiàn)代分子生物學(xué)，被譽(yù)為分子生物學(xué)的“湯姆叔叔的小屋”。這本書是一件有著多個(gè)晶瑩刻面的瑰寶…人們可以用不多的幾個(gè)小時(shí)去閱讀它，而在一生中不再忘卻。－－保羅.戴維斯例：一維自由粒子的波函數(shù)經(jīng)典描述：沿x軸勻速直線運(yùn)動(dòng)量子描述：類比：?jiǎn)紊矫娌ㄒ欢ㄑ刂本€傳播一、物質(zhì)波的波函數(shù)及其統(tǒng)計(jì)解釋1.波函數(shù)：描述微觀客體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是概率波的數(shù)學(xué)表達(dá)形式。一般表示為復(fù)函數(shù)形式推廣：三維自由粒子波函數(shù)一維自由粒子波函數(shù)2.波函數(shù)的強(qiáng)度——模的平方波函數(shù)與其共軛復(fù)數(shù)的積例：一維自由粒子：3.波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋光的衍射電子衍射類比

t時(shí)刻，出現(xiàn)在空間（x,y,z）點(diǎn)附近單位體積內(nèi)的粒子數(shù)與總粒子數(shù)之比

t時(shí)刻，粒子出現(xiàn)在空間（x,y,z）點(diǎn)附近單位體積內(nèi)的概率－概率密度。

t

時(shí)刻，粒子在空間的概率密度分布一般：t時(shí)刻,到達(dá)空間r（x,y,z）處某體積dV內(nèi)的粒子數(shù)的物理意義：波的相速度（對(duì)物質(zhì)波而言沒有物理意義）1）物質(zhì)波的波函數(shù)不表示任何實(shí)在物理量的波動(dòng)，不描述介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（相位）傳播的過程。2）概率密度，描述粒子在空間的統(tǒng)計(jì)分布概率幅注意4）干涉項(xiàng)注意二、薛定諤方程是量子力學(xué)的基本假設(shè)之一，其正確性由實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。1.建立（簡(jiǎn)單→復(fù)雜，特殊→一般）1）一維自由粒子的振幅方程式中：振幅函數(shù)與駐波類比*振幅函數(shù)要求波函數(shù)Ψ(x,t)的模方，只需求振幅函數(shù)

的模方。建立關(guān)于振幅函數(shù)

的方程——振幅方程非相對(duì)論考慮自由粒子：勢(shì)函數(shù)*代入得即一維自由粒子的振幅方程2）一維定態(tài)薛定諤方程粒子在力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，且勢(shì)能不隨時(shí)間變化即一維定態(tài)薛定諤方程得*代入3）三維定態(tài)薛定諤方程拉普拉斯算符即三維定態(tài)薛定諤方程振幅函數(shù)4）一般形式薛定諤方程哈密頓算符本課程只要求定態(tài)問題：