快速学习量子物理

《快速学习量子物理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《快速学习量子物理（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、快速学习量子物理1、波尔的模型大家，仔细看，这像不像一个太阳系行星轨道？原子核带正电荷，核外电子 带负电荷，原子整体呈中性。这个模型比他的前辈卢瑟福、道尔顿是高明得多， 汤姆生一度以为原子是个大西瓜，电子如同西瓜子一样嵌在原子核上。 那么波尔 这个先进的模型错在哪里？毕竟这个模型可以解释所有的化学反应，以及部分物理实验结果。道理很简单，它违背了电磁学的所有原那么第一个有意思的悖论来了 理。大家都知道点电荷围绕原子核做圆周运动的话，等于形成了一条环形电流， 而电流的磁效应”告诉我们，环形电流会产生磁场（初中物理），说的更正确一 点叫做 变化的电场产生磁场（高中物理）一个点电荷产生的电场再产生 磁

2、场再产生电场.毅种循环，这就是电磁波了 一一你的wifi信号。也就是说， 电子如果真像地球绕着太阳转那样绕着原子核转的话，它会向外发射电磁波，那么根据能量守恒定律，这个电子总能量在衰减，他的动能和势能也会衰减，他速 度会越来越慢，轨道高度R会越来越低，最终跌落在原子核上？大家想一下，这个推论没有任何问题吧？但是电子掉落在原子核上这个事实却没有发生，永远不会自己发生，现实 中不存在，为什么呢，大家看看自己的身体，你的身体有没有因为电子掉到原子 核上而崩溃，有没有因为这件事而变成闪电超人？所以这件最普通不过事实就否定了波尔的模型，也指出了一个真理一一宏 观世界的电磁学原理到此为止了， 伟大的麦克斯

3、韦被挡在门外了。（在这里我再 说一个大家必须记住的真理，物理学没有一条原理是真理，他们只是在诸多特定 的条件下，不断接近真理，你要说所有的物理学都是胡说八道 一一其实也有一定 道理）。最近最接近真理的模型是这个一一他们说核外电子是一团 概率云”，并不是实在的东西，也不是围绕原子核做圆周 运动的东西，没有所谓的轨道，电子也不是我们认为在空间某处的实实在在的小 球，他说不定是一根丝线，是一团雾气，是个魔鬼，是个美人，是个僵尸，反正 无法用文字形容的恐怖东西，他在这儿，也不在这儿，你看不到他，他就满世界 都在，你看到他，他就在他该在的地方，反正你是不可能看到他的。听不懂是吧，慢慢来，记住概率云就可以

4、吹牛逼了。不连续一一能级和光电效应虽然波尔的模型不正确，但也不是一无是处，他提出的轨道概念，让我们可 以彻底搞懂 量子”，是个什么东西， 量子”最早是由普朗克研究热辐射时提出来 的，原名叫做 能量子”。他发现微观粒子，比如原子，吸收能量和放出的方式与 平时我们看到的情况不同，比如说蜗壳要打铁，得把铁烧红是不是，一大块铁烧 红的过程大家见过没？农村的孩子小时候应该见过，那时候用火钳火叉烧火，可以亲眼看着黑乎乎的铁慢慢变红，这是它在连续地吸收热量。又比如说冬天妹子 的手很冷，JRS帮她暖手的时候是什么情况？她的小手不是一下子变暖和的吧， 而是慢慢捂热的。但普朗克发现微观粒子的辐射情况不对，他们吸收

5、放出能量的时候是不连续 的，比如说，某一个频率的波或者射线辐射到粒子身上， 但是粒子的能量死活不 增加，电子也不会被激发而跳出去，这个元素也不会发光。只有某个特定频率的 波或者射线辐射到粒子身上，他才会被激活，才会吸收能量。也就是说，粒子吸 收放出能量，是要看能量本身合不合口味的，就好比泡妞，不投缘的不要，死缠 烂打都不行。普朗克提出了一个假设，假设在光波的发射和吸收过程中，物体的能量变化 是不连续的，或者说，物体通过分立的跳跃非连续地改变它们的能量，能量值只 能取某个最小能量元的整数倍（这个成果后来被用于光谱分析）。为此，普朗克 还引入了一个新的自然常数 h = 6.626196 M034

6、J s。这一假设后来被称为能 量量子化假设，其中最小能量元被称为能量量子，而常数h就是著名的普朗克常数。任何吸收和发出能量，都只能是 hv的整数倍。好了，大家记住这个重要论断一一不连续，这是你向别人吹嘘量子力学的 第一步。frriy.huphcni.irigiricjrig然后爱因斯坦知道了普朗克的成果如获至宝，然后就有了获诺贝尔奖的 光电效应”。波尔的模型在这里就有用了，他假设的电子 轨道”，后来被叫做能级”，每 个轨道之间的能量差值就是 4E-hv （普朗克常数乘以辐射光子的频率），原子 核外电子只有吸收固定频率的光波照射（或者是光子轰击，其实一个意思）的时 候，才会获得能量，获得能量的电

7、子会飞出它的 轨道”，整个原子电量就不守恒 了，就带电了，所以你的太阳能光伏电池就充满电了， 光电效应不是什么了不起 的事情，每天我们身边就有。特定的元素，特定频率的光波照射才行。虽然波尔的那个模型不对，轨道概念不存在，但能级”是存在的，我们来看氢原子的能级分布。原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在低能级上的粒 子受到某种光子的激发，会从低能级跳到（跃迁）到高能级上，这时将会辐射出 与激发它的光相同性质的光.。知道吗，微观粒子的能量不是连续变化的，而是 吸收一段固定的能量忽然跳过去的。氢原子能级这些能量值叫做能级。n=3,4,5,6 向 n=21）氢原子能级：原子各个定态对应

8、的能量是不连续的，能级公式：E（n）=E（1）/nA2半径公式：r（n）=nA2*r（1）在氢光谱中,n=2,3,4,5, 向n=1跃迁发光形成赖曼线系 跃迁发光形成巴耳末线系；n=4,5,6,7 向n=3跃迁发光形成帕邢线系；n=5,6,7,8 向n=4跃迁发光形成布喇开线系，其中只有巴耳末线系的前4条谱线落在可见光区域内远离”原子核，不0（电子由基态跃迁能量最低的能级叫做基态，其他能级叫做激发态。电子 再受原子核的吸引力时的状态叫做电离态，电离态的能级为到电离态时，吸收的能量最大）3-1-SieVvi1舟瞬鸵肪/p周蠹邢 咂水平有限，还是没法完全不用公式和图表，简单的说氢原子，每个原子都有

9、不同的状态，从 基态”到各个激发态，都要吸收固定频率的能量，然后氢原子会 发出不同的光线，这就是元素的光谱。不同元素的光谱不同，相同元素不同激发 态的光谱也不同。所以我们的科学家一看光谱，就知道什么东西在作怪了！2;杨氏双缝干涉，波粒二象性，不确定第二个结论解释起来有点麻烦，不记得初中物理有木有讲过光的波粒二象 性，如果文科朋友高中做过杨氏双缝干涉实验就好理解了。爱因斯坦不是搞出了光电效应嘛？那么 光”是什么东西？为什么特定频率的 光照一下那个不知名的板子，那个板子就会带电？既然 E=hv,那么光就具有 能量咯，废话，啥东西都有能量，既然光有频率，那么他就是一种波咯？说对了， 某种意义上他就是

10、一种波，可以说什么东西都是波。无线电、红外线、伽马射线、 紫外线、可见光都是一种东西，都是电磁波的一种，只不过频率不同而已。频率 v越高，能量越大，原子弹爆炸发出的爆炒广岛那玩意儿就是伽马射线，他和太 阳光、手机的光、WIFI信号没有本质区别，频率极高而已。然而，光电效应公式又说了，不是特定频率的光，你照多久都没用，特定频 率的光，一个光子就足够激发电子了 等等，你不是说光是一种特殊的电磁波 吗，光子是什么东西？爱因斯坦那时候的解释是， 光波只能一段一段不连续地被 吸收，就和能量子一样，所以被称为 光量子”。但这不是最终的解释，最终的解释是个颠覆一切的可怕魔鬼。我们做过双缝干涉实验是吧，既然都

11、能 干涉了，那么光肯定是波啊，这个不 需要解释。解释一下干涉，波其实振动在介质中的传播（当然这个说法最终也不 对，光不需要介质）。波不是直线前进的子弹，子弹撞墙了不能继续飞，而波能 绕过去，这叫 衍射而两个不同的波相遇的时候，会发生干涉，比如你在水中 连丢俩石子，会出现两股水波，波峰与波峰相遇，会叠加，波纹更高，波峰与波 谷相遇，波纹会削弱，这就是干涉。那，就是这个样子的。这个初中物理也有我们来讨论光的干涉，如果你随便把两个手电筒打在一起，肯定看不到干涉 条纹的。只有两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源，才 能产生光的干涉。由两个普通独立光源发出的光，不可能具有相同的频率，更

12、不 可能存在固定的相差，因此，不能产生干涉现象。为使合成波场的光强分布在一段时间间隔 At内稳定，要求：各成员波的 频率v （因而波长入）相同；任两成员波的初位相之差在 At内保持不变。（这 里看不懂可以跳过，意思是普通光源不能做这个实验，但高中和大学实验室的激 光器，完美解决了相位差的问题）实际情况是这样子滴光蟋分布图1 双孔干涉实聆国中由孔Hi和H,出来的子被单独造成的光强分布 j/x与1式*）之和（次）+10,不等于由 两个子波共同造成的实际光强分布） 口为光屏这个只能证明一个问题，那就是，广是一种波，波长很小频率很大的波。但为什么说魔鬼出现了呢？下面是见证奇迹的时刻， 如果给你一个完美

13、的黑暗房 问，不受其他光源干扰，用能发出单个光子的光源做这个实验， 光子一个一个地 打过去（别怀疑，这个实验条件地球上具备，而且成功了）。那么我们随便先来十发光子，会在背景墙上发现，光子落得满地都是，乱七 八糟，毫无规律，但是我们来个三百万发，再看结果，却发现那么多星星点点如 同细沙子的光斑堆成了了一道一道光的波纹？如下 一一小)驾个光子(0 10000个光子见鬼了，问题在哪里？问题是 一一我们是一个一个打出光子的啊，如开枪 一样，后一个光子不是智能生物，不可能知道前一位光子的落点啊， 他们怎么商 量好落脚点的？难道他们之间可以沟通？黑屋子里没有其他光子，单个光子和谁干涉的？和自己？自己干自己

14、？肯定有鬼。事实上，当光子穿越双孔的时候，我们不知道它到底穿过了哪个孔？有可能 是左边，也有可能是右边，他不可能同时穿过两个孔，他不是孙悟空。常识告诉 我们，宇宙的选择是确定的，但常识错了。如果我们挡住其中一个缝隙，可怕的 事情发生了，干涉条纹消失了。于是薛定川写出了伟大的薛定川概率波方程。他说量子态是一种 概率波，有两个状态，可以弥散，可以 坍缩，类似于函数 的发散和收敛，可以复习一下高中学的 畅氏双缝干涉”，单个光子连续穿越双缝 形成干涉条纹，但你无法知道光子到底走的是哪一个缝隙。如果你知道了，就无 法形成波动性质的干涉条纹 一一观察者改变世界一一这有点唯心主义的意思，但 却是被实验证明的

15、真理。单个 光子是一团概率云，穿过的一瞬间他坍缩了，选 择了一个出口而已。后来德布罗意发扬光大，把波粒二象性推广到所有物质上， 事实也证明了，电子也可以在品格实验中产生类似波的干涉条纹。明白了么， JRS,你们也是波。而海森堡提出了 测不准原理”，一一粒子的位置与动量不可同时被确定， 自位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式广 2 , h是约化普朗克常数。海森堡认为一一测量这动作不可避免的搅扰了被测量粒子的运动状态，因此产生不确定性。 就是说，观察者会影响事件的结果，量子力学范畴中，测量不是只有实验观察者参与的过程， 而是经典物体与量子物体之间的相互作用，不论是否有任何观察者参与这过程。 说

16、的更唯心一点，那就是 风动，幡动，还是和尚心动？ ”量子力学的非主流说法，始作俑着也是海森堡，他用泊松括号做矩阵乘法， 得出一个没有意义的物理量 一一就是那个位置和动量相乘的玩意儿，结果没人看 得懂。后来一群学计算机的美国人发扬光大， 不承认薛定川的方程和概率波，说 弥散”和坍缩”都是胡扯，他们提出 多世界理论 一一注意这也不是胡说，这是 量子计算机的理论基础！ 多世界”不是大家想象中的 平行宇宙” 一-实上，他 们认为，宇宙只有一个， 多世界”，是宇宙在不同维度的投影。所以不是不确定 事件有确定的结果，但是发生在不同的世界，而观察者只看到一个投影世界中的 结果。他们的意思是一一光子不是什么概

17、率波，而是一颗子弹，穿过双缝的时 候，我们的世界分裂了，平原甲看到光子穿越左边的孔， 平原乙看到光子穿越右 边的孔，两个世界继续发展下去。举个例子，薛定川的猫”，箱子打开后，猫不是 生”就是死”，好像从两种 状态坍缩爸U一种状态，函数收敛得到一个定值，但 多世界”理论派认为，不是 坍缩了，而是世界分裂了，一个世界中的你看到猫死了，另外一个世界的你看到 猫活着。如此而已。量子计算机为啥号称研制出来就突破天际？因为它是多世界理论的产物，试想一下，一个宇宙，但是世界在不停分裂，世界就是无穷多，那么量子计算机就 是一瞬间无数个世界的计算机在联手运算.这时候终极定律也该出来了吧。所以理论物理已经进了坑里，大家看看，好玩就行，这些知识，高中物理 和大学物理里面都有，有兴趣可以看看。