科普量子力学仅仅表象你或许真的误会了

放大字体  缩小字体 2020-03-26 15:29:02  阅读:716 作者:责任编辑。王凤仪0768

老郭在自媒体平台上主要做物理学的科普,自然会涉及到量子力学方面的论题。在这些文章的谈论区内,常常会有小伙伴留言说——量子力学仅仅表象。这便是本文要与咱们叙述的论题:量子力学仅仅表象吗?

一、物理学与表象

表象是一个人对现已经历过的客观事物的片面反响。每个人都会在日子中构成许多与物质和物质运动相关的表象。这样的表象起源于长时刻、很多的对日常日子的调查与感知。 表象是认知的组成部分,也是思想活动的根底。

思想的进程便是对已有的表象进行加工的进程,在思想进程中会对已有的表象进行很多的操作,会呈现新的表象。关于物理学来说,关于物质运动的表象是咱们开端学习和研讨物理学的准备资料。尤其是在物理入门阶段,一个人的表象越丰厚,获取常识就越全面、越系统、也越有创造力。

很显然的是,即便您不是物理学的研讨者,您相同可以具有与物理学相关的表象,这个表象可以是对客观现实正确的反映,当然也或许是一种过错的反映。比方亚里斯多德关于自由落体运动的描绘便是一种过错的表象。

契合客观现实的表象和不契合客观现实的表象同是来源于人的实践活动,都是客观现实的片面反映。但不论是过错表象仍是正确的表象,都会对咱们的思想能力和学习爱好起到积极效果。

二、经典物理学中的表象办法

从物理学与表象之间的联系来说,物理学便是人类关于客观现实物质运动的正确的片面知道,是一种表象科学,而宗教和巫术则是人类关于客观现实过错的片面知道,是过错的表象。

咱们回想一下高中物理中就触摸过的匀加快直线运动质点位移方程:s=v0t+(at^2)/2,这个方程便是物理学家对匀加快直线运动质点位移的客观现实运动规则的片面知道,其描绘办法是用三维坐标加一维时刻坐标(x,y,z,t)的函数来表明的,假如写成微分方程就更直观了。

三、量子力学中的表象

量子力学相同是一门表象科学,与广义的“表象”概念不同,这个词在量子力学中有专门的界说。大学时分,我用的是复旦大学周世勋教授的《量子力学》教程,其间对“表象”是这样界说的——量子力学中态和力学量的详细表明办法称为表象。

假如您不是物理专业的对这个表述或许无法了解,下面我就慢慢来解释一下。

触摸过量子力学科普的小伙伴都知道有波函数这个东西,它描绘的是一个微观系统,对其取模的绝对值的平方就能得出粒子在空间恣意一点呈现的概率。经过波函数还可以取得系统的各种性质,所以说波函数描绘系统的量子状况,简称状况或许态。

这种描绘状况的办法与经典力学中描绘质点状况的办法彻底不相同,咱们前面所介绍的匀加快直线运动质点位移方程顶用的是速度来描绘质点的状况。质点的其他力学量,如能量等,是用坐标和动量的函数,当坐标和动量确认后其他力学量也就随之确认了。

但是在量子力学中,不或许一起用粒子坐标和动量的确认值来描绘粒子的量子状况,由于粒子具有波粒二象性,粒子的坐标和动量不或许一起具有确认值。当粒子处于某一量子状况时,它的坐标、动量等一般有许多或许值,这些或许值各自以必定的几率呈现,都可以用波函数得出。

依照量子力学的时刻线来说,最早呈现的是薛定谔方程,薛定谔方程的解便是波函数。这个时期,系统的状况都是用坐标(x,y,z)的函数来表明的,换句话说,便是描绘状况的波函数是坐标的函数,而力学量则用效果于这种坐标函数的算符来表明。

其实,这种表达办法并不是仅有的,就与咱们在几许中学过的坐标系不止有笛卡尔坐标系相同,这些坐标系之间的联系其实是等价的。量子力学中也相同如此,波函数也可以再一次进行挑选其他变量的函数,力学量则相应地表明为效果在这种波函数的算符。

我在前文《那个乘积是个什么鬼?想学量子力学,弄懂薛定谔方程还不行》中介绍过矩阵,便是量子力学的别的一种坐标表达办法。

四、量子力学中两种表象的差异

动摇方程(薛定谔方程)与矩阵表明是量子力学的两种等价表象,那么它们之间有啥不相同的差异呢?或许说,为什么有了动摇方程,还需要发展出矩阵表象呢,换了一种坐标能带来什么优势呢?

前面咱们说了,前期波函数是用空间坐标函数来表明的,这就需要在试验中去观测微观粒子的质点坐标。咱们都知道,量子力学不是一门直观的物理学,无法直接对粒子进行观测,这在某种程度上预示着无法在试验中直接取得粒子的空间坐标。

而矩阵力学的优势是,经过坐标改换,把不能直接观测的物理量对应成可观测的粒子的波长和振幅,这样物理学家就可以具有一套可以与试验彼此验证的理论(表象)办法。

结束语

表象是一个哲学词汇,但本文并没有从哲学视点来谈,是由于关于哲学我不专业,一起也由于我要谈的是物理。物理学与其他科学相同都是一种表象,量子力学的两种表象办法是两种等价的对微观粒子客观运动规则的片面知道办法。

从某个意义上讲,表象是思想的起点,也是思想的结尾,所以我这儿再预留下篇文章的论题:矩阵表明办法给量子力学的思想带来了哪些与经典力学天壤之别的视角?

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