1.求量子力学入门知识
量子力学(Quantum Mechanics)是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科,它主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论,它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。
量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一,而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。 有人引用量子力学中的随机性支持自由意志说,但是第一,这种微观尺度上的随机性和通常意义下的宏观的自由意志之间仍然有着难以逾越的距离;第二,这种随机性是否不可约简(irreducible)还难以证明,因为人们在微观尺度上的观察能力仍然有限。
自然界是否真有随机性还是一个悬而未决的问题。对这个鸿沟起决定作用的就是普朗克常数。
统计学中的许多随机事件的例子,严格说来实为决定性的。 量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。
旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。 1900年,普朗克提出辐射量子假说,假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的,能量子的大小同辐射频率成正比,比例常数称为普朗克常数,从而得出黑体辐射能量分布公式,成功地解释了黑体辐射现象。
1905年,爱因斯坦引进光量子(光子)的概念,并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系,成功地解释了光电效应。其后,他又提出固体的振动能量也是量子化的,从而解释了低温下固体比热问题。
1913年,玻尔在卢瑟福原有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。按照这个理论,原子中的电子只能在分立的轨道上运动,在轨道上运动时候电子既不吸收能量,也不放出能量。
原子具有确定的能量,它所处的这种状态叫“定态”,而且原子只有从一个定态到另一个定态,才能吸收或辐射能量。这个理论虽然有许多成功之处,但对于进一步解释实验现象还有许多困难。
在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后,为了解释一些经典理论无法解释的现象,法国物理学家德布罗意于1923年提出了物质波这一概念。认为一切微观粒子均伴随着一个波,这就是所谓的德布罗意波。
德布罗意的物质波方程:E=ħω,p=h/λ,其中ħ=h/2π,可以由E=p²/2m得到λ=√(h²/2mE)。 由于微观粒子具有波粒二象性,微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律,描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。
当粒子的大小由微观过渡到宏观时,它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学。 量子力学与经典力学的差别首先表现在对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。
在量子力学中,粒子的状态用波函数描述,它是坐标和时间的复函数。为了描写微观粒子状态随时间变化的规律,就需要找出波函数所满足的运动方程。
这个方程是薛定谔在1926年首先找到的,被称为薛定谔方程。 当微观粒子处于某一状态时,它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值,而具有一系列可能值,每个可能值以一定的几率出现。
当粒子所处的状态确定时,力学量具有某一可能值的几率也就完全确定。这就是1927年,海森伯得出的测不准关系,同时玻尔提出了并协原理,对量子力学给出了进一步的阐释。
量子力学和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学。经狄拉克、海森伯(又称海森堡,下同)和泡利(pauli)等人的工作发展了量子电动力学。
20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论——量子场论,它构成了描述基本粒子现象的理论基础。 量子力学是在旧量子论建立之后发展建立起来的。
旧量子论对经典物理理论加以某种人为的修正或附加条件以便解释微观领域中的一些现象。由于旧量子论不能令人满意,人们在寻找微观领域的规律时,从两条不同的道路建立了量子力学。
1925年,海森堡基于物理理论只处理可观察量的认识,抛弃了不可观察的轨道概念,并从可观察的辐射频率及其强度出发,和玻恩、约尔丹一起建立起矩阵力学;1926年,薛定谔基于量子性是微观体系波动性的反映这一认识,找到了微观体系的运动方程,从而建立起波动力学,其后不久还证明了波动力学和矩阵力学的数学等价性;狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论,给出量子力学简洁、完善的数学表达形式。 海森堡还提出了测不准原理,原理的公式表达如下:ΔxΔp≥ħ/2。
量子力学的基本原理包括量子态的概念,运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。 在量子力学中,一个物理体系的状态由态函数表示,态函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。
状态随时间的变化遵循一个线性微分方程,该方程预言体系的行为,物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示;测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作,对应于代表该量的算符对其态函数的作用;测量的可能取值由该算符的本征方程决定,测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。 (一般而言,量子力学并不对一次观测确定地预言一个单独的结果.取而代之,它预言一组可能发生的不同结果,并告诉我们每个结果。
2.量子力学到底该怎么学
首先,你要学习量子力学必须有很好的高等数学基础,这是前提,数学物理密不可分。
另外量子力学是一门研究微观世界的学科,很多现象都和我们日常生活相违背,所以丰富的想象力和逻辑性也是很重要的。很多人初次接触量子力学,会觉得这门学科枯燥乏味,晦涩难懂,有很多无法让人理解的理论。
这话没错,因为量子力学本不需要人理解,如果你无法理解它,这不是你的错,而是这个理论的错。它对于微观世界的描述是完美的,而当你研究一个不可思议的小尺度的物体时,很多性质和原理都不相同,会打破你的认知。
一般,兴趣在学习中有着举足轻重的地位,你这么问可能是因为你的兴趣不够,没有被这个理论所震撼到。初学量子理论,我建议你先找一本科普性书籍来阅读,不要从枯燥的高等数学方程入手,先了解理论基础和一些重要的贡献和试验,使你有个初步的概念,可以帮助你提起兴趣。
随着你的知识深入,再开始接触类似波函数,薛定谔波动方程,德布罗意关系等等,这样应该会事半功倍。这些是个人意见,不懂可以追问交流。
科普书籍建议看看这本,我觉得不错。/量子迷宫-历史•理论•诠释•哲学-吉姆•巴戈特/dp/B006IOBKMY/ref=pd_sim_b_1 望采纳啊O(∩_∩)O!。
3.简介绍量子力学知识
第四章 量子力学基础知识 量子力学是研究微观粒子(如电子,原子和分子等)运动规律的学科 量子力学的建立经历了由经典物理学到旧量子论,再由旧量子论到量子力学两个历史发展阶段。
4.1 微观粒子运动的特征 4.1.1 几个代表性的实验 经典物理学发展到19世纪末,在理论上已相当完善,对当时发现的各种物理现象都能加以理论上的说明。它们主要由牛顿的经典力学,麦克斯韦的电、磁和光的电磁波理论,玻耳兹曼和吉布斯等建立的统计物理学组成。
19世纪末,人们通过实验发现了一些新的现象,它们无法用经典物理学解释,这些具有代表性的实验有以下3个。 (1)黑体辐射 黑体是指能全部吸收各种波长辐射的物体,它是一种理想的吸收体,同时在加热它时,又能最大程度地辐射出各种波长的电磁波。
绝热的开有一个小孔的金属空腔就是一种良好的黑体模型。进入小孔的辐射,经多次吸收和反射,可使射入的辐射实际上全部被吸收,当空腔受热时,空腔会发出辐射,称为黑体辐射。
实验发现,黑体辐射能量与波长的关系主要与温度有关,而与空腔的形状和制作空腔的材料无关。在不同温度下,黑体辐射的能量(亦称辐射强度)与波长的关系如图所示。
许多物理学家试图用经典热力学和统计力学方法解释黑体辐射现象。瑞利(Rayleigh J W)和金斯(Jeans J H)把分子物理学中能量按自由度均分的原理用于电磁辐射理论,得到的辐射能量公式在长波处接近实验结果,在短波处和实验明显不符。
特别是瑞利-金斯的理论预示在短波区域包括紫外以至x射线、γ射线将有越来越高的辐射强度,完全与事实不符,这就是物理学上所谓的“紫外灾难”。维恩(Wien W)假设辐射按波长分布类似于麦克斯韦的分子速度分布,得到的公式在短波处和实验结果接近,在长波处相差很大。
1900年普朗克(Planck M)在深入研究了实验数据,并在经典力学计算的基础上首先提出了“能量量子化”的假设,他认为黑体中原子或分子辐射能量时做简谐振动,这种振子的能量只能采取某一最小能量单位ε0的整数倍数值。ε=nε0, n=1,2,3,。
n称量子数。并且ε0=hν 其中h称为普朗克常数,数值为6.626*10-34 J.s 由于量子数n取值的整数性,辐射能量具有跳跃式的不连续性。
这种能量变化的不连续性就称为能量的量子化。在量子化假定基础上,使振子的各本征振动的能量服从玻尔兹曼分布,得到辐射强度与波长的关系 式中,T为绝对温度;c是光速;k是玻尔兹曼常数。
这个公式结果和实验结果完全一致,很好地描述了黑体辐射问题。 下图中就是1500K时辐射强度实验数据与瑞利-金斯理论及普朗克理论的比较。
… (2)光电效应 19世纪赫兹发现光照射到金属表面上时,金属表面上会发射出光电子的现象就是的光电效应。测定装置示意图如图。
当合适频率的入射光透过石英窗射向金属电极A时,电极将发射具有一定动能的电子。在该电极与环形电极C间施加电压V,可在检流计G中检测到光电流。
当电压减少至零时,光电流仍有一定大小,说明光电子本身有动能。当电压变负达到某值时,光电流等于零,此时电压与电荷的乘积应与光电子的动能相等,由此可估计光电子动能的大小。
实验中发现的规律主要有以下几点: 每种金属都有一固定的频率ν0,称为临阈频率。只有当入射光频率大于ν0时,才会有光电流产生,否则,无论光强度多大都不会产生光电流。
光电流强度和入射光强度成正比。 光电子电子动能和入射光频率成线性增长关系,而与入射光强度无关 经典物理学理论认为光的能量应由光的强度决定,即由光的振幅决定,而与光的频率无关,光的频率只决定光的颜色。
光电流是金属内电子吸收入射光能量后逸出金属表面所产生的,因此,光电流是否产生,以及产生后光电子的动能大小应由光强度决定。这样的解释显然和光电效应实验相矛盾。
1905年,爱因斯坦提出光子学说,成功地解释了光电效应,它的主要思想如下: 光的能量只能是最小能量单位ε0(称光量子)的整数倍,ε=nε0,n=1,2,3,…,n称为量子数,并且光能量与光子频率ν成正比,ε0=hν 光子不但有能量,还有质量m,不同频率的光子具有不同的质量。 光子具有动量P=mc=h/λ 光强度取决于单位体积内的光子数,即光子密度。
根据爱因斯坦的光子学说,当光照射到金属表面上时,能量为hν的光子被电子所吸收,电子将这部分能量中的一部分用来克服金属表面对它的吸引力,另一部分转变成逸出电子的动能。hν0为电子逸出功,所以只有当频率大于临阈频率时,才能有电子逸出,产生光电流。
入射光强度越大,光子密度越大,光子越多,产生的光电流就越大,因此,光电流强度和入射光强度成正比。 (3)氢原子光谱 原子被火焰、电弧等激发时,能受激而发光,形成光源。
将它的辐射线通过分光可以得到许多不连续的明亮的线条,称为原子光谱。实验发现原子光谱是不连续的线状光谱。
这又是一个经典物理学不能解释的现象。下图就是氢原子的巴尔末线系 %%%%1911年卢瑟福(Rutherford E)用α粒子散射实验证实了原子模型,认为原子是由电子绕核运动构成的。
经典物理学无法解释原子光谱现象,因为根据经典电动力学,绕核作。
4.学习量子力学之前要学哪些知识
各种教材对预备知识的要求有所不同:
费曼讲义第三卷(量子力学)对预备知识基本没什么要求。
北大赵凯华的量子理论对数学要求也挺低(事实上这书挺难看懂的)。
初学时有本日本人写的书挺好的(sorry名字忘了),比较薄,每章后面都对一些问题进行探讨,很有帮助。
Landau schiff 等人的名著就要求高了 数学物理方法 光学 矩阵 群论等等
最后是被称为voice of king 的dirac 的the principle of quantum mechanics
5.量子力学怎么复习
众所周知,量子力学是非常难学的一门学科,这门学课中有大量的新概念,新的数学方法,并且这门课对微积分、线性代数和复变函数等有较高要求,所以我在这门课上下了很大功夫,我回想了下,对这门课的复习时间占了我考研总复习时间的 40% 左右。
在硕士研究生考试中,中科院物理研究所考政治和英语两门公共课,以及普通物理 ( 甲 ) 和量子力学两门专业课。接下来我主要谈下量子力学这门专业课复习过程中的注意事项。
1 、明确考试要求及考查内容。 我认为考试前要清楚报考单位对《量子力学》这门课的基本要求以及主要考查内容是什么,应当按照其要求出发,有目的性、针对性的进行的复习。
中科院《量子力学》考试的重点是要求熟练掌握波函数的物理解释,薛定谔方程的建立、基本性质和精确的以及一些重要的近似求解方法,理解这些解的物理意义,熟悉其实际的应用。掌握量子力学中一些特殊的现象和问题的处理方法,包括力学量的算符表示、对易关系、不确定度关系、态和力学量的表象、电子的自旋、粒子的全同性、泡利原理、量子跃迁及光的发射与吸收的半经典处理方法等,并具有综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。
再者,中科院对量子力学这门课考查主要包括以下 9 大内容:①波函数和薛定谔方程②一维势场中的粒子③力学量用算符表示④中心力场⑤量子力学的⑥自旋⑦定态问题的近似方法⑧量子跃迁⑨多体问题,复习过程中应当主要对这些内容下功夫。 2 、划分复习阶段。
量子力学是比较难学的,我认为分阶段、有针对性复习能够有效提高复习效率,达到事半功倍的复习效果,对此,我将自己的复习过程划分成了以下四个阶段: 第一阶段:首先按照中科院硕士研究生入学考试《量子力学》考试大纲中的要求将参考书目看了一遍。中科院《量子力学考试大纲》中指定的参考书目是《量子力学教程》 ( 科学出版社 2003 年第 1 版 ) ,这本书是由曾谨言编著的。
此阶段看书以理解为主,不必纠缠于细节,将不懂的知识点做上记号。 第二阶段:我对大纲中要求了解的内容,熟练掌握的内容以及理解的内容进行了分类,并且按相关要求对将这门课进行了第二轮复习。
另外我认为在这一遍复习中一定要把历年试题弄到手并且仔细分析,因为真题体现了命题单位的出题特点以及出题趋势等。另外,我认为真题要比大纲更有用,因为从大纲中看不出的有价值的东西可以从真题中得到。
当然,需要注意的是,单纯掌握真题也是不理智的做法,如果一个考生仅仅掌握了历年真题的内容,那么考试后他会得出这样一个结论:今年的题真偏。其实,不是题偏,而是他没有把参考书上的东西完全掌握好。
所以在这个阶段中我仍然以看指定的参考书为主,着重解决了在第一遍复习中留下的疑问和在做真题中自己不会的题目。对了,此轮复习一定要做一份笔记,将主要内容归纳出一份比较简洁的提纲,以便于下轮复习。
第三阶段:将专业课过第三遍,这一轮注重结合上一轮的笔记和提纲有重点的,系统的理解和记忆,由于专业课要求答的深入,所以可以找一些专业方面的期刊杂志来看下,扩大下自己的视野范围。这一阶段大家也可以找些习题集来做下,不断巩固自己掌握了的知识点。
第四阶段:这一轮要将参考书快速翻几遍,以便对整个知识体系有全面的把握并且牢记于心,同时要进行查缺补漏,不要放过一个疑点,要注重的是此时不能执着于细小的知识点,要懂得抓大放小,掌握最重要的知识点。另外可以根据对历年试题的分析以及对本年度的专业考试做出一些预测,并对考试的时间安排及如何进行考中心理调节做下演练。
3 、调整好复习心态。 良好的复习心态是取得优异成绩的必要条件。
在复习的过程中,我建议大家戒骄戒躁,遇到困难不要灰心丧气,解决了难题也不要欣喜若狂,总之我建议大家应以一颗平和的心态来对待复习。













