
[量子] 量子論
Quantum theory is pretty weird, but it isn't as weird as it could be.
量子理論是很荒誕,但不是如其所能的荒誕。
The Swiss are using quantum theory to make their election more secure.
瑞士人使用量子理論使他們的選舉更可靠。
But quantum theory, Aerts argues, offers richer logical possibilities.
但是Aerts認為,量子理論提供更豐富的邏輯可能性。
This could help solve the problem, and lead to a quantum theory of gravity.
這可能會幫助解決難題,帶來引力的量子理論。
Max Planck founded quantum theory, and thus wrecked the Newtonian universe.
馬克斯·普朗克确立了量子理論,從而颠覆了牛頓的宇宙學說。
量子理論(Quantum Theory)是描述微觀粒子(如原子、亞原子粒子)運動規律的基礎物理學框架。它揭示了能量并非連續變化,而是以離散的“量子”(quantum,意為“最小單位”)形式存在和傳遞。該理論颠覆了經典物理學的連續性觀念,是理解物質基本結構和相互作用的核心。其核心内容包括:
能量量子化
1900年,馬克斯·普朗克提出電磁輻射能量隻能以離散的“能量子”形式發射或吸收,其能量值與其頻率成正比(E = hν),比例常數h即普朗克常數(約為6.626 × 10⁻³⁴ J·s)。這解決了黑體輻射問題,标志着量子理論的誕生。
波粒二象性
光子和電子等微觀粒子同時具有波動性和粒子性。愛因斯坦的光電效應理論(1905)證實了光的粒子性(光子),而德布羅意(1924)提出所有物質粒子都具有波動性(物質波),其波長λ = h/p(p為動量)。這統一了經典物理中截然不同的波和粒子概念。
不确定性原理
海森堡(1927)指出,無法同時精确測量一個粒子的位置(x)和動量(p),其不确定度的乘積存在一個下限:Δx * Δp ≥ ħ/2(ħ = h/2π)。這并非測量技術限制,而是微觀世界的本質屬性,反映了量子概率的本質。
量子态與波函數
微觀粒子的狀态由波函數(ψ)描述,其模的平方(|ψ|²)代表在空間某處找到該粒子的概率密度。薛定谔方程(1926)是描述波函數隨時間演化的基本動力學方程: $$ iħ frac{partial psi}{partial t} = hat{H} psi $$ 其中,Ĥ 是哈密頓算符,代表系統的總能量。
量子化與量子數
在束縛态(如原子中的電子),物理量(如能量、角動量)隻能取特定的離散值,稱為“量子化”。這些值由量子數(如主量子數n、角量子數l、磁量子數m)決定,解釋了原子光譜的分立譜線。
量子糾纏與疊加
量子系統可以處于多個可能狀态的疊加态(如電子自旋同時“向上”和“向下”)。當兩個或多個粒子相互作用後形成糾纏态,對其中一個粒子的測量會瞬間影響另一個粒子的狀态,無論它們相距多遠(愛因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”)。這是量子信息科學(如量子計算、量子通信)的基礎。
量子理論是現代物理學兩大支柱之一(另一為相對論),深刻改變了人類對自然的認識,并催生了半導體、激光、核能、現代化學、材料科學等衆多技術革命。其數學表述和哲學诠釋仍在發展中。
量子理論(Quantum Theory)是描述微觀粒子(如原子、電子、光子等)行為的物理學基礎理論,與經典物理有根本性區别。以下是其核心内容:
如需進一步了解具體實驗或數學形式,可提供更詳細方向。
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