大學物理下課件——量子原理2

1、同學們好！,在說到原子時，語言只能像在詩中那樣運用。詩人也是那樣，不大關心描述事實，更關心的是創(chuàng)造形象?！　　　　。?美麗的分形結構,,上講：一、位置與動量的不確定關系,,§17.2 不確定關系(續(xù)),海森伯的原理只是發(fā)出警告的路牌：“普通的語言只能應用到這里為止”，當你走到原子領域時，就會遇到麻煩。 －－－維斯科夫,物理意義：,二. 時間和能量的不確定關

2、系,粒子能量的不確定量與其壽命的不確定量互相制約。,激發(fā)態(tài)E 不穩(wěn)定,解釋原子譜線寬度：,應用舉例：　　　粒子的發(fā)現,1966— 1974年，丁肇中與里特克實驗小組，分別在美國布魯克海文國立實驗室和斯坦福直線加速器中心，用不同方法獨立發(fā)現同一種靜質量很大的新粒子(判據：m=E/c2，△t =? ),用能量不確定關系確定壽命：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)一理論提供實驗基礎。丁肇中、里特克

3、共同獲得1976年諾貝爾物理學獎,練習： 17-13,解：1）,2）,三、不確定關系的物理實質,注意：不確定（測不準）關系不是實驗誤差， 不是由于理論不完善或儀器不準確引起的。 它來自微觀粒子的本性。,2. 給出了宏觀與微觀物理世界的界限，經典粒子模型可應用的限度,1927年玻爾作了《量子公設和原子理論的新進展》的演講，提出著名的互補原理。他指出，在物理理論中，平常大家總是認為可以不必干涉所研究的對象，就可以

4、觀測該對象，但從量子理論看來卻不可能，因為對原子體系的任何觀測，都將涉及所觀測的對象在觀測過程中已經有所改變，因此不可能有單一的定義，平常所謂的因果性不復存在。對經典理論來說是互相排斥的不同性質，在量子理論中卻成了互相補充的一些側面。波粒二象性正是互補性的一個重要表現。測不準原理和其它量子力學結論也可從這里得到解釋。,3.　反映了“哥本哈根精神”——互補原理,宏觀世界可不計及“測量”對被測對象狀態(tài)的影響。1）認為自然過程是連續(xù)的，原則

5、上可把測量干擾連續(xù)減小，限制在所需的測量精度內。2）認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，修正測量值。,測量——反映著客體、儀器和觀察者的相互作用,微觀世界： 不能不計及測量行為產生的干擾。1）以“量子化”取代連續(xù)性，作用量子 h 的存在規(guī)定了干擾的下限，無法超越。2）以概率性描述取代“決定論”，使對測量的干擾不可控制，不可預測，不能校正。,不同的實驗裝置決定了不同的可測量，顯示出客體某些方面的特性而抑制

6、其它方面的特性,量子現象不只屬于被觀測的客體，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，而且是客體和儀器的“關系”。,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”我們得出的各種結論不是互相排斥、對立的，而是互相補充協(xié)調的，共同揭示客體的屬性。,科

7、學可以產生一種世界觀，費曼曾經說：“對一些人而言，這是科學中最美麗的部分”。,微觀客體的本來面目究竟如何？已超出經驗范圍，用經典概念和語言來描述只能是互補性的，不確定關系就是對互補原理的數學表述。,微觀粒子的基本屬性不能用經典語言確切表達，“波粒二象性”——借用經典語言進行互補性描述。對微觀客體的數學描述可以脫離日常生活經驗，避免借用經典語言引起的表觀矛盾。,量子力學包含一套計算規(guī)則及對數學程式的物理解釋，是建立在基本假設之上的構

8、造性理論，其正確性由實踐檢驗。,量子力學用波函數描述微觀粒子的運動狀態(tài)，波函數所遵從的方程——薛定諤方程是量子力學的基本方程。波函數和薛定諤方程都是量子力學的基本假設之一。,§17.3 波函數 薛定諤方程,,奧地利.1887－1961,薛定諤的波動力學，是在德布羅意提出的物質波的基礎上建立起來的。他把物質波表示成數學形式，建立了稱為薛定諤方程的量子力學波動方程。薛定諤方程是量子力學中描述微觀粒子(如電子等)運動狀

9、態(tài)的基本定律,與經典力學中的牛頓運動定律地位相當。在經典極限下，薛定諤方程可以過渡到經典力學哈密頓方程。薛定諤方程在粒子運動速率遠小于光速的條件下適用。,薛定諤同時在固體的比熱、統(tǒng)計熱力學、原子光譜及鐳的放射性等方面的研究都有很大成就。,由于對量子力學的貢獻，于1933年同英國物理學家狄拉克共獲諾貝爾物理獎。,1943年發(fā)表《生命是什么？》引導許多物理學家參與生物學的研究工作，使物理學和生物學相結合，開創(chuàng)了現代分子生物學，被譽為分子生物

10、學的“湯姆叔叔的小屋”。,這本書是一件有著多個晶瑩刻面的瑰寶…人們可以用不多的幾個小時去閱讀它，而在一生中不再忘卻。 －－ 保羅.戴維斯,經典描述： 沿 x 軸勻速直線運動,量子描述：,一、 物質波的波函數及其統(tǒng)計解釋,以坐標原點為參考點，,（取實部）,歐拉公式：,推廣 ：三維自由粒子波函數,一維自由粒子波函數,2. 波函數的強度——模的平方,波函數與其共軛復數的積,例：一維自由粒子：,1） 物質波的波函

11、數不表示任何實在物理量的波動，不描述介質中運動狀態(tài)（相位）傳播的過程。,注意,4）,注意,4、 波函數的歸一化條件和標準條件,對微觀客體的量子力學描述：脫離日常生活經驗，避免借用經典語言引起的表觀矛盾，將波粒二象性統(tǒng)一到一起。,二、薛定諤方程,是量子力學的基本假設之一，其正確性由實驗檢驗。,1. 建立 （簡單→復雜， 特殊→一般）,1）一維自由粒子的振幅方程,*,振幅函數,2） 一維定態(tài)薛定諤方程,3） 三維定態(tài)薛定諤方程,振幅