
量子化(Quantization)是物理学中的核心概念,指将经典物理量转换为离散的、不连续的量子态的过程。以下是汉英词典视角的详细解释:
汉语释义
量子化指物理量(如能量、角动量)从连续取值变为离散分立的特定数值。例如,电子轨道能量只能取特定能级值而非任意值。
来源:曾谨言《量子力学》卷1,科学出版社
英语对应词
Quantization(名词)
来源:Oxford Dictionary of Physics, 8th ed.
离散性(Discreteness)
经典物理量(如能量)在量子系统中仅能取特定分立值,数学表达为:
$$E_n = n hbar omega quad (n=0,1,2,cdots)$$
其中$hbar$为约化普朗克常数。
来源:Cohen-Tannoudji et al., Quantum Mechanics, Wiley
普朗克常数关联
量子化本质与普朗克常数$h$相关,该常数($h approx 6.626 times 10^{-34}text{J·s}$)是量子效应的尺度标度。
来源:NIST官网物理常数数据库
能量量子化
黑体辐射中,普朗克提出电磁能量量子化公式:
$$E = nh u$$
$ u$为频率,$n$为量子数。
来源:Planck, M. Annalen der Physik (1901)
角动量量子化
电子轨道角动量满足:
$$L = sqrt{l(l+1)} hbar$$
$l$为整数量子数。
来源:Griffiths, Introduction to Quantum Mechanics
量子化概念延伸至:
综合来源:American Physical Society《现代物理评论》
量子化是物理学中描述微观世界物质和能量不连续特性的核心概念,其含义及特点可概括如下:
基本定义
量子化指物理量(如能量、角动量等)只能以离散的“最小单位”整数倍形式存在,而非连续变化。这种最小单位称为量子。例如,频率为$
u$的谐振子能量只能是$h
u$的整数倍($h$为普朗克常数)。
分立性本质
与经典物理的连续性不同,量子化现象中物理量的变化存在“最小份额”。例如,光的能量以光子为单位传递,单个光子能量为$E=h
u$;电子角动量的最小单位是$hbar/2$($hbar$为约化普朗克常数)。
理论构建
量子化是从经典理论过渡到量子理论的关键程序,包括将经典场转化为量子场算符(如电磁场量子化生成光子),以及通过规范量子化引入对易关系。
应用领域
这一概念是粒子物理、核物理、固体物理(如半导体能带)和量子光学的基础。例如,量子力学通过波函数描述微观粒子的量子化状态。
以谐振子能量量子化为例:
$$
E_n = left(n + frac{1}{2}right)h
u quad (n=0,1,2,ldots)
$$
其中$n$为量子数,体现能量的分立特性。
如需进一步了解量子化在不同体系中的具体表现(如自旋、电荷等),可参考量子力学教材或相关研究文献。
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