量子力学基本知识

文章目录

量子力学
以太假说
一、狭义相对论基本原理
二、洛伦兹变换
三、波粒二象性
四、哥本哈根诠释：
参考来源

量子力学

量子力学（英语：quantum mechanics；或称量子论）是描述微观物质（原子、亚原子粒子）行为的物理学理论，量子力学是我们理解除万有引力之外的所有基本力（电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用）的基础。[1]

以太假说

以太作为光传播的介质。“以太系”：19世纪，科学家们逐步发现光是一种波，而生活中的波大多需要传播介质（如声波的传递需要借助于空气，水波的传播借助于水等）。受经典力学思想影响，于是他们便假想宇宙到处都存在着一种称之为以太的物质，是这种物质作为光的传播中的介质。[2] 因此，其他惯性系的观察者所测量到的光速，应该是“以太系”的光速、与这个观察者在“以太系”上的速度之矢量和。

一、狭义相对论基本原理

光速不变原理（迈克耳孙-莫雷实验）

在所有惯性系中，真空中的光速都等于 $c=\frac{1}{\sqrt{\mu_0\epsilon_0}}=299 792 458 m/s$ （ $\mu_0$ ：真空磁导率， $\epsilon_0$ ：真空介电常数），与光源运动无关。

狭义相对性原理
狭义相对论认为空间和时间并不是相互独立的，而它们应该用一个统一的四维时空来描述，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直线性的，所以在其中就存在“全局惯性系”。狭义相对论将「真空中，光速为常数」作为基本假设，结合狭义相对性原理和上述时空的性质可以推出洛伦兹变换。

二、洛伦兹变换

洛伦兹变换描述时空中两个惯性参考系的时间、空间坐标之间的变换关系。

三、波粒二象性

以经典力学的观点来看待非相对论量子力学所描述的微观粒子的话，微观粒子会同时显示出经典上的波动性与粒子性。经典力学把波函数的位置观测结果必为明确位置视为“粒子性”；一方面又把概率幅具有的线性叠加性视为“波动性”。

一旦我们观测电子就表现为粒子性，如果我们不观测电子就表现出波动性。

四、哥本哈根诠释：

一个量子系统的量子态可以用波函数来完全地表述。波函数代表一个观察者对于量子系统所知道的全部信息。
按照玻恩定则，量子系统的描述是概率性的。一个事件的概率是波函数的绝对值平方。
不确定性原理阐明，在量子系统里，一个粒子的位置和动量无法同时被确定。
物质具有波粒二象性；根据互补原理，一个实验可以展示出物质的粒子行为，或波动行为；但不能同时展示出两种行为。
测量仪器是经典仪器，只能测量经典性质，像位置，动量等等。
对应原理：大尺度宏观系统的量子物理行为应该近似于经典行为。
波函数：量子系统状态的数学描述，包含了所有可能状态及其概率分布

参考来源

未完待续~

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