
量子化(Quantization)是物理學中的核心概念,指将經典物理量轉換為離散的、不連續的量子态的過程。以下是漢英詞典視角的詳細解釋:
漢語釋義
量子化指物理量(如能量、角動量)從連續取值變為離散分立的特定數值。例如,電子軌道能量隻能取特定能級值而非任意值。
來源:曾謹言《量子力學》卷1,科學出版社
英語對應詞
Quantization(名詞)
來源:Oxford Dictionary of Physics, 8th ed.
離散性(Discreteness)
經典物理量(如能量)在量子系統中僅能取特定分立值,數學表達為:
$$E_n = n hbar omega quad (n=0,1,2,cdots)$$
其中$hbar$為約化普朗克常數。
來源:Cohen-Tannoudji et al., Quantum Mechanics, Wiley
普朗克常數關聯
量子化本質與普朗克常數$h$相關,該常數($h approx 6.626 times 10^{-34}text{J·s}$)是量子效應的尺度标度。
來源:NIST官網物理常數數據庫
能量量子化
黑體輻射中,普朗克提出電磁能量量子化公式:
$$E = nh u$$
$ u$為頻率,$n$為量子數。
來源:Planck, M. Annalen der Physik (1901)
角動量量子化
電子軌道角動量滿足:
$$L = sqrt{l(l+1)} hbar$$
$l$為整數量子數。
來源:Griffiths, Introduction to Quantum Mechanics
量子化概念延伸至:
綜合來源:American Physical Society《現代物理評論》
量子化是物理學中描述微觀世界物質和能量不連續特性的核心概念,其含義及特點可概括如下:
基本定義
量子化指物理量(如能量、角動量等)隻能以離散的“最小單位”整數倍形式存在,而非連續變化。這種最小單位稱為量子。例如,頻率為$
u$的諧振子能量隻能是$h
u$的整數倍($h$為普朗克常數)。
分立性本質
與經典物理的連續性不同,量子化現象中物理量的變化存在“最小份額”。例如,光的能量以光子為單位傳遞,單個光子能量為$E=h
u$;電子角動量的最小單位是$hbar/2$($hbar$為約化普朗克常數)。
理論構建
量子化是從經典理論過渡到量子理論的關鍵程式,包括将經典場轉化為量子場算符(如電磁場量子化生成光子),以及通過規範量子化引入對易關系。
應用領域
這一概念是粒子物理、核物理、固體物理(如半導體能帶)和量子光學的基礎。例如,量子力學通過波函數描述微觀粒子的量子化狀态。
以諧振子能量量子化為例:
$$
E_n = left(n + frac{1}{2}right)h
u quad (n=0,1,2,ldots)
$$
其中$n$為量子數,體現能量的分立特性。
如需進一步了解量子化在不同體系中的具體表現(如自旋、電荷等),可參考量子力學教材或相關研究文獻。
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