量子力学——学者|大英百科全书的孩子|百科全书yabo亚博网站首页手机</t我tle><l我nk rel="stylesheet" href="//www.rctutku.com/kids/resources/dist/vendor-css.css?v=1.21.20"> <link rel="stylesheet" href="//www.rctutku.com/kids/resources/dist/kids-css.css?v=1.21.20"> <link rel="stylesheet" href="//www.rctutku.com/kids/resources/dist/kids-webapp.css?v=1.21.20"> </head> <body class="high article" onunload="" data-page-load-flags="" data-language="en" data-country="US" data-site-type="school" data-publish-timestamp="1678492800000" data-individual-id="" data-is-internal="false" data-individual-name="" data-logged-in="" data-cam-login-url="https://cam.britannica.com" data-cam-profile-url="https://cam.britannica.com/profile" data-cam-registration-url="https://cam.britannica.com/registration" data-is-authenticated="" data-is-community-user="" data-is-eu="" data-level="scholars">  <noscript> <iframe src="https://www.rctutku.com/ns.html?id=GTM-NX7G6QG" height="0" width="0" style="display:none;visibility:hidden"></iframe> </noscript> 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mr-3"></i>地球和地理</一个><一个href="//www.rctutku.com/kids/scholars/browse/media" class="p-4 d-block border-bottom"><i class="fal fa-landmark mr-3"></i>历史</一个><一个href="//www.rctutku.com/kids/scholars/browse/media" class="p-4 d-block border-bottom"><i class="fal fa-microscope mr-3"></i>生命过程</一个><一个href="//www.rctutku.com/kids/scholars/browse/media" class="p-4 d-block border-bottom"><i class="fal fa-biohazard mr-3"></i>生物(其他)</一个><一个href="//www.rctutku.com/kids/scholars/browse/media" class="p-4 d-block border-bottom"><i class="fal fa-lightbulb mr-3"></i>哲学和宗教</一个><一个href="//www.rctutku.com/kids/scholars/browse/media" class="p-4 d-block border-bottom"><i class="fal fa-flower-tulip mr-3"></i>植物</一个><一个href="//www.rctutku.com/kids/scholars/browse/media" class="p-4 d-block border-bottom"><i class="fal fa-atom mr-3"></i>科学和数学</一个><一个href="//www.rctutku.com/kids/scholars/browse/media" class="p-4 d-block border-bottom"><i class="fal fa-balance-scale 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class="d-inline-block p-4" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/browse/dictionary">字典</一个></l我><l我><a class="d-inline-block p-4" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/compare">比较国家</一个></l我><l我><a class="d-inline-block p-4" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/browse/atlas">世界地图集</一个></l我><l我><a class="d-inline-block p-4" href="//www.rctutku.com/kids/show-what-you-know-podcast">播客</一个></l我></ul> </div> </div> </div> <div class="bk-fullscreen-modal modal" id="mobile-search-modal" tabindex="-1" role="dialog"> <div class="modal-dialog" role="document"> <div class="modal-content"> <div class="modal-body"> <button type="button" class="close" data-dismiss="modal" aria-label="Close"><span aria-hidden="true">×</年代p一个n></button> <form action="/scholars/search/articles"> <div class="input-group input-group-lg"> <span class="input-group-addon"><i class="fontello-icon-search"></i></span> <input name="query" type="text" id="mobile-search-modal-input" class="form-control" placeholder="Search 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aria-hidden="true">×</年代p一个n></button> <div class="row"> <div id="adl-contributors" class="col-md-12"> <h3>文章的贡献者</h3><p>戈登·莱斯利Squires——物理学讲师,剑桥大学;剑桥大学三一学院的同事,。的作者<我>在量子力学问题的解决方案</我>和其他人。</p></div> </div> </div> </div> </div> </div> <div class="row"> <div class="col-md-3 col-sm-4 sidebar gutter-bottom"> <nav class="bk-toc" role="navigation"> <div class="toc-nav-header" id="toc-toggle"> 内容<div class="article-toc-toggletext" id="expand"> <span class="expand-plus"><i class="fontello-icon-plus"><span class="visuallyhidden">+</年代p一个n></我></年代pan>扩大</div> <div class="article-toc-toggletext" id="collapse"> <span class="expand-minus"><i class="fontello-icon-minus"><span class="visuallyhidden">- - - - - -</年代p一个n></我></年代pan>崩溃</div> </div> <ul id="toc" class="toc nav nav-list"> <li class="selected"><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#intro">介绍</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77501-toc">量子理论的历史基础</一个><ulcl一个年代年代="nav"> <li><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77502-toc">基本注意事项</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77503-toc">早期的发展</一个><ulcl一个年代年代="nav"> <li><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77504-toc">普朗克辐射定律</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77505-toc">爱因斯坦光电效应</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77506-toc">玻尔的原子理论</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77507-toc">散射x射线</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77508-toc">德布罗意波的假设</一个></l我></ul></li> </ul></li> <li><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77509-toc">基本概念和方法</一个><ulcl一个年代年代="nav"> <li><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77510-toc">薛定谔波动力学</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77511-toc">电子自旋与反粒子</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77512-toc">多电子原子相同的粒子和</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77513-toc">含时薛定谔方程</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77514-toc">隧道</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77515-toc">公理化方法</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77516-toc">不兼容的可见</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77517-toc">海森堡不确定性原理</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77518-toc">量子电动力学</一个></l我></ul></li> <li><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77519-toc">量子力学的解释</一个><ulcl一个年代年代="nav"> <li><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77520-toc">电子:波或粒子?</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77521-toc">隐变量</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77522-toc">Einstein悖论,Podolsky和罗森</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77523-toc">在量子力学测量</一个></l我></ul></li> <li><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77524-toc">量子力学的应用</一个><ulcl一个年代年代="nav"> <li><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77525-toc">衰变的k中介子</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77526-toc">铯钟</一个></l我><l我><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77527-toc">一个量子电压标准</一个></l我></ul></li> <li><a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/#77528-toc" data-bind="string: 'xsl.article.additional.reading'"></a></li> </ul> <div class="toc-nav-footer"></div> </nav>  <div class="resources-node high hidden-xs" id="resources-node"> <h6><strong>对本文相关资源</年代trong></h6> <ul class="nav"> <li data-ga="Related Resources|Display high resources|Related Articles"><a id="main" data-article-id="110312" data-url-title="quantum-mechanics" class="" href="//www.rctutku.com/kids/high/article/quantum-mechanics/110312/related"><span class="related-icon"><i class="fontello-icon-doc-text"></i></span>文章</一个></l我><l我data-ga="Related Resources|Display high resources|Primary Sources & E-books"><a id="primarySources" data-article-id="110312" data-url-title="quantum-mechanics" class="inactive"><span class="related-icon"><i class="fontello-icon-edit"></i></span>主要来源与电子书</一个></l我><l我data-ga="Related Resources|Display high resources|Web's Best Sites"><a id="websites" data-article-id="110312" data-url-title="quantum-mechanics" class="" href="//www.rctutku.com/kids/high/article/quantum-mechanics/110312/related"><span class="related-icon"><i class="fontello-icon-bookmark"></i></span>网站</一个></l我></ul> <div class="bk-search-form"> <div class="italic-header"> 查看搜索结果:</div> <form id="searchCriteriaBrowseNode" class="navbar-search" action="/scholars/search/articles" method="GET"> <div class="form-group"> <div class="input-group"> <input type="text" aria-haspopup="true" aria-autocomplete="list" role="textbox" autocomplete="off" id="query" name="query" class="search-query ui-autocomplete-input form-control" tabindex="1" placeholder="Search" value="量子力学"> <span class="input-group-btn"><button type="submit" class="btn btn-default"><i class="fontello-icon-search"><span class="visuallyhidden">搜索</年代p一个n></我></button></span> </div> </div> <input type="hidden" id="includeLevelOne" name="includeLevelOne" value="假"> <input type="hidden" id="includeLevelTwo" name="includeLevelTwo" value="假"> <input type="hidden" id="includeLevelThree" name="includeLevelThree" value="假"> </form> </div> </div>  </div> <div class="col-md-9 col-sm-8">  <object id="tts-object-player" class="tts-object" classid="CLSID:6BF52A52-394A-11d3-B153-00C04F79FAA6" type="application/x-oleobject"><param NAME="SendPlayStateChangeEvents" value="真正的"><param name="uiMode" value="迷你"><param name="PlayCount" value="1"></object> <article xmlns:fn="http://www.w3.org/2005/xpath-functions" class="content clearfix" role="main"> <section class="toc-anchor" id="intro"> <header> <h2>介绍<button class="btn btn-default toc-invoker" rel="tooltip" title="Table of Contents" data-trigger="hover"><i class="fontello-icon-list"></i></button></h2> </header> <p class="p-first">量子力学,科学处理的行为<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/matter/51438">事</一个>和<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/light/110443">光</一个>在<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/atom/110411">原子</一个>和<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/subatomic-particle/108593">亚原子</一个>规模。它试图描述和解释分子和原子的性质和他们的选民<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/electron/32316">电子</一个>粒子,质子、中子和其它更深奥的,比如夸克和胶子。这些属性包括粒子的相互作用和<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/electromagnetic-radiation/106022">电磁辐射</一个>(即。,光,X-rays, and gamma rays).</p><p>物质和辐射对原子尺度的行为常常看起来很怪异,和量子理论的后果是难以理解和相信。它的概念经常与常识性观念冲突源自日常世界的观察。然而,没有理由为什么原子世界的行为应当符合的熟悉,大规模的世界。重要的是要意识到量子力学是物理学的一个分支,而业务的物理描述和解释世界的方式的大型和小型敏感度能而不是如何想象或想。</p><p>量子力学的研究是有益的原因有几个。首先,它说明了物理学的基本方法。第二,它取得了巨大的成功在给予正确的结果在几乎所有情况下的应用。然而,一个有趣的悖论。尽管量子力学的压倒性的成功实践,特别主题包含的根基尚未解决的问题,问题的性质测量。量子力学的一个重要特点是,它通常是不可能的,即使是在原理、测量系统无干扰;这种干扰的详细性质,它的精确的点是模糊的和有争议的发生。因此,量子力学吸引了20世纪最有才华的科学家,他们建立了也许是最好的知识大厦的时期。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77501-toc"> <header> <h2>量子理论的历史基础<button class="btn btn-default toc-invoker" rel="tooltip" title="Table of Contents" data-trigger="hover"><i class="fontello-icon-list"></i></button></h2> </header> <section class="toc-anchor" id="77502-toc"> <header> <h3>基本注意事项</h3></he一个der> <p>在基本层面上,两个辐射与物质的特点<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/wave-particle-duality/76323">粒子</一个>和<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/wave-motion/76321">波</一个>。逐渐认识到科学家,辐射粒子属性和那件事有类似波的性质,推动量子力学的发展。受到牛顿,18世纪的大多数物理学家认为,光的粒子,称为小体。从1800年开始,证据积累了光的波动理论。托马斯年轻表明,这个时候,如果单色光通过一条缝,两个新兴光束干涉,干涉图样的交替亮和暗乐队出现在屏幕上。乐队是容易解释了光的波动理论。根据这一理论,一个明亮的乐队时产生波的波峰(波谷)在屏幕上从两个狭缝到一起;黑暗的乐队产生当一个波的波峰到达谷底的同时,和取消两光束的影响。从1815年开始,一系列的实验Augustin-Jean菲涅耳的法国和其他国家表明,当一个平行光束通过一个狭缝,新兴梁不再是平行但开始分道扬镳;这种现象被称为衍射。 Given the wavelength of the light and the geometry of the apparatus (i.e., the separation and widths of the slits and the distance from the slits to the screen), one can use the wave theory to calculate the expected pattern in each case; the theory agrees precisely with the experimental data.</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77503-toc"> <header> <h3>早期的发展</h3></he一个der> <section class="toc-anchor" id="77504-toc"> <header> <h4>普朗克辐射定律</h4> </header> <p>到19世纪末,物理学家普遍接受了光的波动理论。然而,虽然经典物理学的观点解释干涉和衍射现象与光的传播,他们不占光的吸收和发射。所有的身体辐射电磁能量以热能的形式;事实上,身体发出辐射波长。不同波长的辐射能量是一个最大的波长取决于身体的温度;身体的温度越高,波长越短,最大辐射。尝试计算辐射的能量分布<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/blackbody/15527">黑体</一个>使用古典想法是不成功的。(黑体是一种假想的理想身体或表面吸收和重发射辐射能下降。)威廉•维恩提出一个公式,德国不同意观察长波长,和另一个瑞利勋爵提出的英格兰(约翰·威廉·斯特拉特),不同意那些短的波长。</p><p>1900年,德国的理论物理学家<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Max-Planck/108525">马克斯·普朗克</一个>做了一个大胆的建议。他认为辐射能量释放,不是连续的,而是在离散包称为量子。的能量<e米>E</e米>的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum/62161">量子</一个>相关的频率ν吗<e米>E</e米>=<e米>h</e米>ν。的数量<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Plancks-constant/60293"><em>h</e米></一个>现在被称为普朗克常数,一个恒量的近似值6.62607×10<年代up>−34</年代up>焦耳∙第二。普朗克能量谱计算表明,然后同意观察整个波长范围。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77505-toc"> <header> <h4>爱因斯坦光电效应</h4> </header> <figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=254972" data-article-id="110312" data-assembly-id="254972"> <div class="video-thumb-container"> <img class="lazy" width="220" height="123" data-original="https://cdn.britannica.com/87/222287-138-E460E7C6.jpg" title="photoelectric effect: Einstein's Nobel Prize-winning discovery"> <span class="fontello-icon-play"></span> <span class="video-duration large" id="video-duration-254972"></span> </div></a> <figcaption> ©世界科学节</figcaption> </figure> <p>1905年爱因斯坦扩展普朗克假设来解释光电效应,即发射的电子辐照时,金属表面的光子光或更有活力。的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/kinetic-energy/45490">动能</一个>取决于发射的电子<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/frequency/35365">频率</一个>ν的辐射,而不是它的强度;对于一个给定的金属,有一个门槛频率ν<年代ub>0</年代ub>下面没有电子发射。此外,发射发生只要表面的光照;没有检测到延迟。爱因斯坦发现,这些结果可以解释为两个假设:(1)由小体或光<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/photon/59817">光子</一个>,由普朗克提供的能量关系,和(2),一个原子在金属可以吸收一个光子。部分吸收光子的能量释放一个电子,这需要一个固定的能量<e米>W</e米>,被称为<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/electronic-work-function/32337">功函数</一个>的金属;其余部分转化为动能<e米>米</e米><年代ub><e米>e</e米></年代ub><e米>u</e米><年代up>2</年代up>发射电子的/ 2 (<e米>米</e米><年代ub><e米>e</e米></年代ub>电子的质量吗<e米>u</e米>它的速度)。因此,能量关系</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/70/95570-004-70302EE3.gif" width="139" height="33"> <br> <br> </center> <p></p>如果ν小于ν<年代ub>0</年代ub>,在那里<e米>h</e米>ν<年代ub>0</年代ub>=<e米>W</e米>,没有电子发射。并不是所有上面提到的实验结果是已知的1905年,但所有以来验证爱因斯坦的预测。<p></p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77506-toc"> <header> <h4>玻尔的原子理论</h4> </header> <p>一个主要的贡献是由主题<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Niels-Bohr/106088">尼尔斯·玻尔</一个>丹麦的应用原子的量子假说<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/spectrum/69040">光谱</一个>在1913年。气态的原子发出的光的光谱19世纪中叶以来已被广泛的研究。发现辐射从低压气态原子由一组离散<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/wavelength/76325">波长</一个>。这是完全不同于辐射从固体,这是分布在一个连续的波长范围。的一组离散波长从气态原子称为线状谱,因为发出的辐射(光)由一系列尖锐的线条。元素的波长的线特征和可能形成极其复杂的模式。最简单的是氢原子和碱金属原子光谱(如锂、钠、钾)。氢的波长λ给出的经验公式</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/71/95571-004-158D1927.gif" width="170" height="34"> <br> <br> </center> <p></p>在哪里<e米>米</e米>和<e米>n</e米>是正整数,<e米>n</e米>><e米>米</e米>和<e米>R</e米><年代ub>∞</年代ub>,被称为<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Rydberg-constant/64546">里德伯常量</一个>1。097373157×10的价值<年代up>7</年代up>每米。对于一个给定的值<e米>米</e米>,不同的线路<e米>n</e米>形成一个系列。的行<e米>米</e米>=1,莱曼系列,躺在紫外光谱的一部分;那些<e米>米</e米>=2,属于Balmer系,躺在可见光谱;和那些<e米>米</e米>= 3,帕邢系,躺在红外。<p></p><p>波尔开始出生于新西兰的英国物理学家提出了一个模型<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Ernest-Rutherford/109507">欧内斯特·卢瑟福</一个>。模型是基于实验的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Hans-Geiger/36303">汉斯·盖革</一个>欧内斯特·马斯登,他在1909年与大规模轰炸金原子,快速移动的阿尔法粒子;当这些粒子被向后偏移,<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Rutherford-model/64510">卢瑟福</一个>得出的结论是,原子有一个巨大的,带电核。在卢瑟福的模型中,原子就像一个微型太阳能系统作为太阳和电子与原子核的循环行星。波尔做了三个假设。首先,他认为,与经典力学相比,在无限的轨道是可能的,一个电子只能在一组离散的轨道之一,被称为<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/energy-level/32630">静止的状态</一个>。第二,他推测,唯一允许的轨道电子的角动量是一个整数<e米>n</e米>次ℏ(ℏ=<e米>h</e米>/2π)。第三,波尔认为<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Newtons-laws-of-motion/55622">牛顿运动定律</一个>成功,所以在计算行星绕太阳的路径,也应用于电子绕着原子核。力电子(模拟太阳与行星间的引力)之间的静电吸引带正电的原子核和带负电的电子。这些简单的假设,他表明<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/energy/32627">能源</一个>轨道的表单</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/72/95572-004-3F7EA0E0.gif" width="112" height="30"> <br> <br> </center> <p></p>在哪里<e米>E</e米><年代ub>0</年代ub>是一个常数,结合已知的常数表达的吗<e米>e</e米>,<e米>米</e米><年代ub><e米>e</e米></年代ub>,ℏ。在静止的状态下,原子不释放能量光;然而,当一个电子了<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/transition/73203">过渡</一个>从一个国家能源<e米>E</e米><年代ub><e米>n</e米></年代ub>一个较低的能量<e米>E</e米><年代ub><e米>米</e米></年代ub>,一个量子的能量与频率ν辐射,给出的方程<p></p><center><br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/73/95573-004-EA14DC1B.gif" width="127" height="14"> <br> <br> </center> <p></p>插入的表达式<e米>E</e米><年代ub><e米>n</e米></年代ub>这个方程和使用关系λν=<e米>c</e米>,在那里<e米>c</e米>是光速,波尔导出的公式在氢谱线的波长,用正确的里德伯常量的值。<p></p><p>玻尔的理论是一位才华横溢的一步。它的两个最重要的特性在现代量子力学有幸存下来。(1)静止的存在,nonradiating状态和(2)的辐射频率的关系之间的能量差初始状态和最终状态过渡。波尔之前,物理学家认为辐射的频率会一样的电子旋转的频率在一个轨道。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77507-toc"> <header> <h4>散射x射线</h4> </header> <p>很快,科学家们又面临着另一种形式的辐射,x射线,也表现出波和粒子的性质。<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Max-von-Laue/47327">马克斯·冯·劳厄</一个>德国在1912年显示晶体可以作为三维x射线衍射光栅;他的技术构成的基本证据波状的x射线的性质。晶体的原子排列在一个常规的晶格,散射x射线。对于某些方向的散射,波峰的x射线相一致。(散射x射线在阶段,给予建设性的干扰)。对于这些方向,散射x射线非常激烈。显然,这一现象表明波行为。事实上,鉴于晶体原子间的距离和方向的相长干涉,可以计算波的波长。</p><p>在1922年,美国物理学家<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Arthur-Holly-Compton/25040">阿瑟·霍利康普顿</一个>显示,<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Compton-effect/25044">x射线散射</一个>从电子像粒子。康普顿散射进行了一系列实验的单色,由石墨高能x射线。他发现散射辐射的一部分有相同的波长λ<年代ub>0</年代ub>随着入射x射线,但有一个额外的组件更长的波长λ。解释他的结果,康普顿认为x射线光子粒子碰撞和反射电子在石墨靶好像光子和电子一双台球(不同的)。应用能量守恒定律和动量之间的碰撞会导致一个特定的关系转移到电子的能量和散射角。通过一个x射线散射角θ,波长λλ<年代ub>0</年代ub>相关的方程</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/74/95574-004-24CFF62E.gif" width="241" height="45"> <br> <br> </center> <p></p>康普顿实验正确性的公式是辐射微粒行为的直接证据。<p></p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77508-toc"> <header> <h4>德布罗意波的假设</h4> </header> <p>面对证据表明电磁辐射具有粒子和波的特点,<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Louis-de-Broglie/16585">Louis-Victor德布罗意</一个>法国在1924年提出了一个伟大的统一的假说。德布罗意提出物质波和粒子的性质。他建议材料粒子能像海浪和他们的波长λ是线性相关的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/momentum/53289">动力</一个><e米>p</e米>粒子的λ=<e米>h</e米>/<e米>p</e米>。</p><p>1927年<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Clinton-Joseph-Davisson/29530">克林顿Davisson</一个>和<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Lester-Halbert-Germer/36589">莱斯特Germer完成</一个>美国的确认电子的德布罗意假设。他们使用镍晶体衍射束单色的电子和显示,波的波长与动量电子的德布罗意公式。Davisson和Germer完成的调查以来,类似的实验已经进行了原子,分子,中子,质子,和许多其他粒子。所有像海浪wavelength-momentum相同的关系。</p></年代ect我on> </section> </section> <section class="toc-anchor" id="77509-toc"> <header> <h2>基本概念和方法<button class="btn btn-default toc-invoker" rel="tooltip" title="Table of Contents" data-trigger="hover"><i class="fontello-icon-list"></i></button></h2> </header> <p>玻尔的理论,认为在圆形轨道中电子转移,延长德国物理学家<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Arnold-Sommerfeld/68669">阿诺德·索姆费尔德</一个>和其他包括椭圆轨道和其他改进。试图将该理论应用于更复杂的系统比氢原子。然而,特设的经典和量子思想进行了理论和计算越来越不满意。然后,1925年7月开始的12个月内,创造力的时期没有并行物理,历史上出现的一系列论文德国科学家设置主体公司概念的基础。论文用两种方法:(1)矩阵力学,提出的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Werner-Heisenberg/106280">维尔纳·海森堡</一个>马克斯出生,帕斯卡约旦和(2)<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/wave-mechanics/76320">波动力学</一个>提出的,<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Erwin-Schr%C3%B6dinger/66219">欧文薛定谔</一个>。主角并不总是彬彬有礼。海森堡发现薛定谔的物理思想的理论“恶心”,和“气馁和排斥”了薛定谔缺乏可视化海森堡的方法。然而,薛定谔,不让他的情绪干扰了他的科学努力,表明,尽管差异明显,这两个理论在数学上是等价的。目前的讨论是薛定谔波动力学抽象和更容易理解,因为它是低于海森堡的矩阵力学。</p><年代ect我on class="toc-anchor" id="77510-toc"> <header> <h3>薛定谔波动力学</h3></he一个der> <p>薛定谔表达了德布罗意波的假设有关的行为问题<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Schr%C3%B6dinger-equation/66220">数学形式</一个>这是适应各种物理问题没有额外的任意假设。他的数学公式<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/optics/108567">光学</一个>,在这种光线的直线传播波长时可以从波动装置使用的尺寸要小得多。同样,薛定谔着手寻找物质的波动方程将粒子传播当波长变得相对较小。根据经典力学,如果粒子的质量<e米>米</e米><年代ub><e米>e</e米></年代ub>受到一个力,它的势能是吗<e米>V</e米>(<e米>x</e米>,<e米>y</e米>,<e米>z</e米>)位置<e米>x</e米>,<e米>y</e米>,<e米>z</e米>,然后的总和<e米>V</e米>(<e米>x</e米>,<e米>y</e米>,<e米>z</e米>)和动能<e米>p</e米><年代up>2</年代up>/2<e米>米</e米><年代ub><e米>e</e米></年代ub>等于一个常数,总能量<e米>E</e米>的粒子。因此,</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/75/95575-004-495E5FE7.gif" width="166" height="35"> <br> <br> </center> <p></p> <p></p> <p>假设bound-i.e粒子。,confined by the potential to a certain region in space because its energy<e米>E</e米>是不够的,逃跑。自从潜在随位置,另外两个数量也:动量,因此,由德布罗意关系,扩展波的波长。提出<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/wave-function/76318">波函数</一个>Ψ(<e米>x</e米>,<e米>y</e米>,<e米>z</e米>),随位置,薛定谔所取代<e米>p</e米>在上面的能量方程的微分算子体现了德布罗意关系。然后他表明Ψ满足的偏微分方程</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/76/95576-004-89C74110.gif" width="332" height="43"> <br> <br> </center> <p></p> <p></p> <p>这是(长期有效)薛定谔波动方程,建立了量子力学的普遍适用的形式。薛定谔的理论的一个重要的优点是,不需要假设进一步任意量子条件。所需的量子结果遵循某些合理的波函数的例子,所施加的限制,它不应该成为无限大的距离中心的潜力。</p><p>薛定谔应用他的方程<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/hydrogen/110604">氢</一个>原子,的势函数,由古典静电学、−成正比<e米>e</e米><年代up>2</年代up>/<e米>r</e米>,−<e米>e</e米>是电子的电荷。核(质子的电荷<e米>e</e米>)坐落在原点,<e米>r</e米>到原点的距离是电子的位置。薛定谔方程解决这个潜在的简单,虽然不是小学,数学。只有特定的离散值<e米>E</e米>Ψ导致接受的功能。这些函数的特点是三个整数<e米>n</e米>,<e米>l</e米>,<e米>米</e米>,被称为<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-number/62166">量子数</一个>。的值<e米>E</e米>只依靠整数<e米>n</e米>(1、2、3等),和那些由玻尔理论是相同的。的量子数<e米>l</e米>和<e米>米</e米>有关电子的角动量;<年代p一个ncl一个年代年代="sqroot">√</年代p一个n><年代p一个ncl一个年代s="md-overbar"><em>l</e米>(<e米>l</e米>+ 1)</年代p一个n>ℏ角动量的大小,<e米>米</e米>沿着一些物理方向ℏ是它的组件。</p><p>波函数的平方,Ψ<年代up>2</年代up>物理解释。薛定谔最初认为电子在空间传播,其密度点<e米>x</e米>,<e米>y</e米>,<e米>z</e米>是由Ψ的价值<年代up>2</年代up>在这一点上。几乎立即<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Max-Born/80764">出生</一个>提出了现在接受interpretation-namely,Ψ<年代up>2</年代up>给找到电子的概率<e米>x</e米>,<e米>y</e米>,<e米>z</e米>。两者之间的区别的解释是非常重要的。如果Ψ<年代up>2</年代up>很小在特定位置,最初的解释意味着电子总是会发现的一小部分。出生的解释,不会被发现有大部分的时间,但是,当观察到的东西,这将是一个完整的电子。因此,电子的概念作为一个原子核周围点粒子朝着一个良好定义的路径被替换的波动力学描述的可能位置云电子在不同的州。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77511-toc"> <header> <h3>电子自旋与反粒子</h3></he一个der> <p>1928年,英国物理学家<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/PAM-Dirac/30591">保罗·狄拉克点</一个>产生电子的波动方程的总和<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/relativistic-mechanics/110309">相对论与量子力学</一个>。薛定谔波动方程不满足要求的狭义相对论,因为它是基于非相对论动能的表达式(<e米>p</e米><年代up>2</年代up>/2<e米>米</e米><年代ub><e米>e</e米></年代ub>)。狄拉克电子显示,有一个额外的量子数<e米>米</e米><年代ub><e米>年代</e米></年代ub>。不像前三个量子数,<e米>米</e米><年代ub><e米>年代</e米></年代ub>不是一个整数,只能值+<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>和−<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>。它对应于一个额外的形式的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/angular-momentum/7612">角动量</一个>归因于一个旋转运动。(上面提到的角动量是由于电子的轨道运动,而不是它的自旋)。旋转的角动量的概念是在1925年被引入的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Samuel-Abraham-Goudsmit/37515">塞缪尔·a·古德米斯特</一个>和<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/George-Eugene-Uhlenbeck/74111">乔治·e·乌伦贝克</一个>,两个莱顿大学的研究生,Neth。,to explain the magnetic moment measurements made by Otto Stern and Walther Gerlach of Germany several years earlier. The magnetic moment of a particle is closely related to its angular momentum; if the angular momentum is zero, so is the magnetic moment. Yet Stern and Gerlach had observed a magnetic moment for electrons in silver atoms, which were known to have zero orbital angular momentum. Goudsmit and Uhlenbeck proposed that the observed magnetic moment was attributable to spin angular momentum.</p><p>电子自旋假设不仅提供了一个解释观察到的磁矩也占了许多其他影响原子光谱,包括谱线变化的磁场(塞曼效应),在碱金属光谱偶极线,精细结构(近紧身衣和三胞胎)氢谱。</p><p>狄拉克方程还预测额外电子的状态还没有被观察到。实验证实了在1932年发现的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/positron/61025">正电子</一个>由美国物理学家<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Carl-David-Anderson/7437">卡尔·大卫·安德森</一个>。每个粒子的狄拉克方程描述必须有一个对应的反粒子,只负责不同。正电子就是这样一个反粒子的带负电荷的电子,在与后者相同的质量,但一个正电荷。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77512-toc"> <header> <h3>多电子原子相同的粒子和</h3></he一个der> <p>因为电子(即完全相同。,我ndistinguishable from) each other, the wave function of an atom with more than one electron must satisfy special conditions. The problem of identical particles does not arise in classical physics, where the objects are large-scale and can always be distinguished, at least in principle. There is no way, however, to differentiate two electrons in the same atom, and the form of the wave function must reflect this fact. The overall wave function Ψ of a system of identical particles depends on the coordinates of all the particles. If the coordinates of two of the particles are interchanged, the wave function must remain unaltered or, at most, undergo a change of sign; the change of sign is permitted because it is Ψ<年代up>2</年代up>这发生在波函数的物理意义。如果Ψ不变的标志,据说波函数对称对交换;如果信号变化,函数是反对称的。</p><p>对称波函数的全同粒子的自旋粒子密切相关。在量子场理论(<e米>见下文</e米><一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312">量子电动力学</一个>),它可以表明,与半整数自旋粒子(<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>,<年代up>3</年代up>/<年代ub>2</年代ub>等)反对称波函数。他们被称为<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/fermion/34058">费米子</一个>意大利物理学家恩里科·费米。费米子的例子有电子、质子和中子,所有的旋转<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>。与零个或积分自旋粒子(例如,介子,光子)对称波函数和调用<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/boson/80816">玻色子</一个>之后,印度数学家和物理学家<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Satyendra-Nath-Bose/80805">Satyendra Nath玻色</一个>第一次对称的思想应用于光子在1924 - 25所示。</p><p>反对称波函数的要求对费米子导致基本结果,被称为<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Pauli-exclusion-principle/58783">不相容原理</一个>由奥地利物理学家,1925年首次提出<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Wolfgang-Pauli/58782">沃尔夫冈·泡利</一个>。排除原则声明两个费米子在同一系统不能在同一量子态。如果他们,交换两组坐标不会改变波函数,它与波函数的结果必须改变的迹象。因此,两个电子在同一原子不能有一组相同的四个量子数的值<e米>n</e米>,<e米>l</e米>,<e米>米</e米>,<e米>米</e米><年代ub><e米>年代</e米></年代ub>。不相容原理形成的许多特性的基础物质,包括元素的周期性的分类、化学键的本质,和固体中电子的行为;最后决定是否一个金属固体,绝缘体或半导体(<e米>看到</e米><一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/atom/110411">原子</一个>;<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/phase/110296">事</一个>)。</p><p>薛定谔方程不能精确地解决与多个电子的原子。计算的原则是众所周知的事情,但问题是复杂的粒子的数量和所涉及的各种力量。部队包括之间的电子和原子核之间的静电力和电子本身,以及较弱的磁力引起的电子的自旋和轨道运动。尽管有这些困难,英国物理学家提出的近似方法<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Douglas-R-Hartree/472493">道格拉斯·r·哈特里</一个>俄罗斯物理学家<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Vladimir-Aleksandrovich-Fock/436240">弗拉基米尔•福克</一个>和其他人在1930年代和1920年代取得了巨大的成功。这样的计划首先假设每个独立电子移动平均电场由于核和其他电子;即。,correlations between the positions of the electrons are ignored. Each electron has its own wave function, called an<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/orbital/57287">轨道</一个>。整体的所有原子中电子的波函数满足不相容原理。然后计算能量修正,这取决于电子电子之间的相关性和磁力的优势。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77513-toc"> <header> <h3>含时薛定谔方程</h3></he一个der> <p>同时薛定谔提出他的定态方程来描述静止的状态,他还提出了一种时间方程来描述一个系统从一个状态变化到另一个地方。代替能源<e米>E</e米>在薛定谔方程对运营商推广他的波动方程确定的时间变异波函数以及它的空间变化。含时薛定谔方程</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/77/95577-004-FBD24DF9.gif" width="343" height="43"> <br> <br> </center> <p></p>的数量<e米>我</e米>−1的平方根。Ψ随时间的函数<e米>t</e米>以及位置<e米>x</e米>,<e米>y</e米>,<e米>z</e米>。系统在恒定的能量,<e米>E</e米>,Ψ表单<p></p><center><br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/78/95578-004-A7B9C95D.gif" width="265" height="34"> <br> <br> </center> <p></p>exp代表的指数函数,含时薛定谔方程减少长期有效的形式。<p></p><p>的概率<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/transition/73203">过渡</一个>一个原子之间的静止状态和其他一些州可以计算含时薛定谔方程的援助。例如,原子可能改变自发地从一个状态到另一个国家以更少的能源,释放能量的光子频率的差异由玻尔关系。如果电磁辐射应用于一组原子,如果辐射的频率匹配两个静止的状态,之间的能量差转换可以刺激。在受激跃迁,原子的能量可能increase-i.e。,原子米一个y一个b年代orb a photon from the radiation—or the energy of the atom may decrease, with the emission of a photon, which adds to the energy of the radiation. Such<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/stimulated-emission/69722">受激发射</一个>的操作过程形成的基本机制<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/laser/47248">激光</一个>。从一个状态转换到另一个的概率取决于的值<e米>l</e米>,<e米>米</e米>,<e米>米</e米><年代ub><e米>年代</e米></年代ub>量子数的初始和最终状态。对于大多数的价值观,转移概率几乎为零。然而,对于某些量子数的变化,概括为选择规则,都有一个有限的概率。例如,根据规则,一个重要的选择<e米>l</e米>统一的值改变时,因为光子的自旋1。辐射与选择规则<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/angular-momentum/7612">角动量</一个>静止的状态的属性。吸收或发射光子角动量有自己的,和选择规则反映了角动量守恒和原子之间的辐射。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77514-toc"> <header> <h3>隧道</h3></he一个der> <figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=203996" data-article-id="110312" data-assembly-id="203996"> <div class="video-thumb-container"> <img class="lazy" width="220" height="123" data-original="https://cdn.britannica.com/56/185556-138-43B57773.jpg" title="Know about quantum tunneling and how it affects the way a particle behaves toward its barrier"> <span class="fontello-icon-play"></span> <span class="video-duration large" id="video-duration-203996"></span> </div></a> <figcaption> ©MinutePhysics</figcaption> </figure> <figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=2331" data-article-id="110312" data-assembly-id="2331"> <div class=""> <img class="lazy" width="220" height="98" data-original="https://cdn.britannica.com/26/2526-004-4375DEA4.gif" title="tunneling"> </div></a> <figcaption> Encyclopædia大yabo亚博网站首页手机英百科全书公司。</figcaption> </figure> <p>没有对应的隧穿现象,经典物理学,量子力学是一个重要的后果。考虑一个粒子和能量<e米>E</e米>在一维势阱的内部区域<e米>V</e米>(<e米>x</e米>),如图1所示。(可能是一个潜在的,有一个较低的值在一定的空间区域比周边地区)。在经典力学中,如果<e米>E</e米><<e米>V</e米><年代ub>0</年代ub>(势垒的最大高度)的粒子仍永远;如果<e米>E</e米>><e米>V</e米><年代ub>0</年代ub>,粒子逃离。在量子力学中,情况并非如此简单。粒子能逃脱,即使它的能量<e米>E</e米>低于势垒的高度吗<e米>V</e米><年代ub>0</年代ub>,尽管逃脱的可能性很小,除非<e米>E</e米>接近<e米>V</e米><年代ub>0</年代ub>。在这种情况下,粒子穿透势垒和出现相同的能量<e米>E</e米>。</p><p>隧道现象有许多重要的应用。例如,它描述了一个类型的放射性<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/alpha-decay/5890">衰变</一个>细胞核发出<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/alpha-particle/5891">α粒子</一个>(一个氦核)。根据给定的量子解释独立<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/George-Gamow/35977">乔治•伽莫夫</一个>罗纳德·w·格尼和<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Edward-U-Condon/25127">爱德华·康登</一个>前1928年,α粒子在衰变的一个潜在的形状如图1所示。对于一个给定的核物种,可以测量的能量<e米>E</e米>发出的α粒子和细胞核的平均寿命τ衰变。核的生命周期的概率是衡量隧道通过障碍,较短的生命周期,概率越高。与可信的假设势函数的一般形式,可以计算τ和之间的关系<e米>E</e米>这是适用于所有α发射器。这一理论,通过实验证实,表明隧道的概率,因此τ的价值,是极其敏感的价值<e米>E</e米>。所有已知的粒子发射器的价值<e米>E</e米>从大约2到800万电子伏特,或者兆电子伏(1兆电子伏= 10<年代up>6</年代up>电子伏特)。因此,的价值<e米>E</e米>只不同的4倍,而τ的范围从10<年代up>11</年代up>年下降到10<年代up>−6</年代up>第二,10倍<年代up>24</年代up>。很难解释这种敏感性τ的价值<e米>E</e米>量子力学隧道以外的任何理论。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77515-toc"> <header> <h3>公理化方法</h3></he一个der> <p>虽然两个薛定谔方程形式量子力学的一个重要组成部分,是可能存在更普遍的方式。<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/PAM-Dirac/30591">狄拉克</一个>给一个优雅的博览会的公理化方法基于可见和在一个经典的教科书<e米>量子力学的原则</e米>。(这本书出版于1930年,仍在打印)。可见是任何可以measured-energy,位置,角动量的一个组成部分,等等。每一个可观察到的有一组状态,每个状态是由一个代数函数。与每个国家这一数字相关联的结果<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/measurement/51691">测量</一个>可观察到的。考虑一个可观测与<e米>N</e米>州,用ψ<年代ub>1</年代ub>,ψ<年代ub>2</年代ub>,。,ψ<年代ub><e米>N</e米></年代ub>和相应的测量值<e米>一个</e米><年代ub>1</年代ub>,<e米>一个</e米><年代ub>2</年代ub>,。,<e米>一个</e米><年代ub><e米>N</e米></年代ub>。一个物理system-e.g。,一个n原子我n一个p一个rt我cular state—is represented by a wave function Ψ, which can be expressed as a linear combination, or mixture, of the states of the observable. Thus, the Ψ may be written as</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/79/95579-004-3D9A1158.gif" width="235" height="14"> <br> <br> </center> <p></p>对于一个给定的Ψ,数量<e米>c</e米><年代ub>1</年代ub>,<e米>c</e米><年代ub>2</年代ub>等,是一组数字可以计算。一般来说,数据是复杂的,但在目前的讨论中,他们认为是实数。<p></p><p>理论假设,第一,测量的结果必须是一个<e米>一个</e米>- - - - - -value-i.e。<e米>一个</e米><年代ub>1</年代ub>,<e米>一个</e米><年代ub>2</年代ub>,或<e米>一个</e米><年代ub>3</年代ub>等等。没有其他价值是可能的。第二,在测量之前,获取值的概率<e米>一个</e米><年代ub>1</年代ub>是<e米>c</e米><年代ub>1</年代ub><年代up>2</年代up>,获得价值<e米>一个</e米><年代ub>2</年代ub>是<e米>c</e米><年代ub>2</年代ub><年代up>2</年代up>,等等。如果获得的价值是<e米>一个</e米><年代ub>5</年代ub>后,这个理论断言,测量系统的状态不再是原始Ψ但ψ已经改变了<年代ub>5</年代ub>,相对应的状态<e米>一个</e米><年代ub>5</年代ub>。</p><p>遵循从这些断言的后果。首先,测量的结果无法准确预测的确定性。只有一个特定结果的概率可以预测,即使初始状态(由函数Ψ)是清楚的。第二,相同的测量大量相同的系统上,所有在同一国家Ψ,将产生不同的测量值。当然,这是完全相反的经典物理学和常识,说相同的测量相同的对象在同一个国家必须产生相同的结果。此外,根据这一理论,不仅测量的行为改变系统的状态,但它在一个不确定的方式。有时它改变了状态ψ<年代ub>1</年代ub>有时,ψ<年代ub>2</年代ub>,等等。</p><p>有一个重要的例外上面的语句。假设,在测量之前,该州Ψ碰巧ψs-say之一,Ψ=ψ<年代ub>3</年代ub>。然后<e米>c</e米><年代ub>3</年代ub>=1和其他<e米>c</e米>年代是零。这意味着,在测量之前,获取值的概率<e米>一个</e米><年代ub>3</年代ub>的概率是团结和获得其他的价值吗<e米>一个</e米>是零。换句话说,在这种特殊情况下,测量的结果可以肯定地预测。此外,测量后,国家将ψ<年代ub>3</年代ub>和之前一样。因此,在这种特殊情况下,测量系统不打扰。无论系统的初始状态,两个测量快速连续(这样的变化含时薛定谔方程的波函数可以忽略不计)产生相同的结果。</p><p>一个可观察的价值可以由一个单一的测量。两个可见的值对于一个给定的系统可能是已知的同时,提供两个可见有相同的组态函数ψ<年代ub>1</年代ub>,ψ<年代ub>2</年代ub>,。,ψ<年代ub><e米>N</e米></年代ub>。在这种情况下,测量第一个可观察到的结果在一个状态函数,是ψs之一。因为这也是一个状态函数的第二个可观测,测量的结果,后者可以肯定地预测。因此可见的值是已知的。(虽然ψs是相同的两个可见,两套<e米>一个</e米>值,一般来说,不同)。可以测量两个可见反复在任何序列。第一次测量后,所有的测量干扰系统,两个可见和一双独特的价值观。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77516-toc"> <header> <h3>不兼容的可见</h3></he一个der> <p>测量两个可见不同的态函数是一个完全不同的情况。测量的可观察到的某种结果。测量后的状态函数,一如既往,可观测的国家之一;然而,它不是一个第二可观测状态函数。测量第二个可观测的干扰系统,系统的状态不再是第一个可观测的州之一。一般来说,测量第一个可见又不会产生与第一次相同的结果。总之,数量都不能在同一时间,两个可见是不相容的。</p><figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=2332" data-article-id="110312" data-assembly-id="2332"> <div class=""> <img class="lazy" width="220" height="104" data-original="https://cdn.britannica.com/27/2527-004-695C5D61.gif" title="magnet in Stern-Gerlach experiment"> </div></a> <figcaption> Encyclopædia大yabo亚博网站首页手机英百科全书公司。</figcaption> </figure> <figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=2333" data-article-id="110312" data-assembly-id="2333"> <div class=""> <img class="lazy" width="220" height="90" data-original="https://cdn.britannica.com/28/2528-004-18B9F5D2.gif" title="measurement of angular momentum components"> </div></a> <figcaption> Encyclopædia大yabo亚博网站首页手机英百科全书公司。</figcaption> </figure> <p>这种行为的一个具体的例子是测量的组成部分<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/angular-momentum/7612">角动量</一个>在两个互相垂直的方向。的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Stern-Gerlach-experiment/69636">施特恩-格拉赫实验</一个>上面提到的涉及的角动量测量银原子在基态。在本实验重建,一束银原子是磁铁的两极之间传递。两极形成的磁场变化很大的力量在一个非常小的距离(图2),设备决定<e米>米</e米><年代ub><e米>年代</e米></年代ub>量子数,可以+<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>或−<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>。任何其他值。因此在这种情况下,可观察到的只有两个states-i.e。,<e米>N</e米>=2。非均匀磁场产生一个力的银原子的方向取决于原子的自旋状态。结果示意图见图3。一束银原子通过磁铁原子状态的<e米>米</e米><年代ub><e米>年代</e米></年代ub>= +<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>向上偏转,成为梁1,而那些吗<e米>米</e米><年代ub><e米>年代</e米></年代ub>=−<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>向下偏转,成为梁2。如果磁场的方向<e米>x</e米>设在,装置的措施<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>,这是<e米>x</e米>旋转的角动量分量。梁1中的原子<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>= +ℏ/ 2而在梁2<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>=−ℏ/ 2。在一个经典的画面,这两个州代表原子旋转的方向<e米>x</e米>设在旋转相反的感觉。</p><p>的<e米>y</e米>旋转的角动量分量<e米>年代</e米><年代ub><e米>y</e米></年代ub>也只能值+ℏ/ 2和−ℏ/ 2;然而,这两个州<e米>年代</e米><年代ub><e米>y</e米></年代ub>不一样<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>。事实上,每一个州<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>是一个平等的混合物的州<e米>年代</e米><年代ub><e米>y</e米></年代ub>,相反。再一次,这两个<e米>年代</e米><年代ub><e米>y</e米></年代ub>州可以见代表原子和旋转相反的感觉<e米>y</e米>设在。这些经典的量子态的照片是有用的,但只是在一定程度上。例如,量子理论认为,每个状态对应的旋转<e米>x</e米>设在两个状态的叠加与自旋有关<e米>y</e米>设在。没有办法想象;它还绝对没有经典。一个简单的接受结果由于理论的公理。假设,就像在图3中,梁1中的原子传递给第二个磁铁,磁场沿<e米>y</e米>设在垂直于<e米>x</e米>。原子从B和等量通过其两个输出通道。经典理论认为,两个磁铁一起测量的<e米>x</e米>- - - - - -- - - - - -- - - - - -<e米>y</e米>制造旋转的角动量,梁3中的原子<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>= +ℏ/ 2,<e米>年代</e米><年代ub><e米>y</e米></年代ub>= +ℏ/ 2,而在梁4<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>= +ℏ/ 2,<e米>年代</e米><年代ub><e米>y</e米></年代ub>=−ℏ/ 2。然而,经典理论是错误的,因为如果梁3还通过另一个磁铁C,其磁场<e米>x</e米>,原子将同样分为梁5和6,而不是成为一个梁5(他们会如果他们<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>= +ℏ/ 2)。因此,正确的说法应该是,梁进入B<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>= +ℏ/ 2和由一个平等的混合物的状态<e米>年代</e米><年代ub><e米>y</e米></年代ub>= +ℏ/ 2<e米>年代</e米><年代ub><e米>y</e米></年代ub>=−ℏ/ 2-i.e。,<e米>x</e米>分的角动量是已知的,但<e米>y</e米>分不是。相应地,梁3 B<e米>年代</e米><年代ub><e米>y</e米></年代ub>= +ℏ/ 2,同样是美国的混合物<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>= +ℏ/ 2<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>=−ℏ/ 2;的<e米>y</e米>分的角动量是已知的,但<e米>x</e米>分不是。的信息<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>丢失是因为磁铁引起的扰动的测量<e米>年代</e米><年代ub><e米>y</e米></年代ub>。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77517-toc"> <header> <h3>海森堡不确定性原理</h3></he一个der> <p>到目前为止讨论的可见有离散的实验值。例如,约束系统的能量的值总是离散,和角动量分量值形式<e米>米</e米>ℏ,<e米>米</e米>是一个整数或半整数,积极或消极。另一方面,一个粒子的位置或者是线性的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/momentum/53289">动力</一个>自由的粒子可以连续值量子和经典理论。可见数学的连续光谱的测量值比离散情况更复杂,但是也不会有什么问题的原则。一个可观察到的连续光谱的测量值有无穷多的态函数。系统的态函数Ψ仍被视为可观测的状态函数的组合,但方程(10)的总和必须被一个积分。</p><figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=2334" data-article-id="110312" data-assembly-id="2334"> <div class=""> <img class="lazy" width="220" height="81" data-original="https://cdn.britannica.com/29/2529-004-D4F01D4C.gif" title="light passing through a slit"> </div></a> <figcaption> Encyclopædia大yabo亚博网站首页手机英百科全书公司。</figcaption> </figure> <p>可以测量的位置<e米>x</e米>一个粒子和<e米>x</e米>分量的线性动量,用<e米>p</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>。这两个可见是不相容的,因为他们有不同的态函数。的现象<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/diffraction/30419">衍射</一个>上面所提到的同时说明了测量位置和动量的不可能和精确。如果一束平行的单色光通过狭缝(图4),其强度随方向,如图4所示。在某些方向光线强度为零。波浪理论表明,第一个零发生在一个角θ<年代ub>0</年代ub>,由sinθ<年代ub>0</年代ub>=λ/<e米>b</e米>,λ是光的波长<e米>b</e米>狭缝的宽度。如果减少狭缝的宽度,θ<年代ub>0</年代ub>我ncre一个年代e年代- - - - - -我。e。,diffracted light is more spread out. Thus, θ<年代ub>0</年代ub>光束传播的措施。</p><p>这个实验可以重复着一股电子而不是一束光。根据德布罗意,电子有类似波的性质;因此,新兴的电子束从狭缝应该扩大和传播像一束光波。这是实验中观察到。如果电子速度<e米>u</e米>(也就是前进的方向。,<e米>y</e米>方向如图4所示),他们(线性)动量<e米>p</e米>=<e米>米</e米><年代ub><e米>e</e米></年代ub><e米>u</e米>。考虑<e米>p</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>组件的势头<e米>x</e米>方向。电子已通过光圈后,传播方向导致的不确定性<e米>p</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>由一个数量</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/80/95580-004-88C4DC7C.gif" width="177" height="30"> <br> <br> </center> <p></p>λ是电子的波长,根据德布罗意公式,等于<e米>h</e米>/<e米>p</e米>。因此,Δ<e米>p</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>≈<e米>h</e米>/<e米>b</e米>。哪里一个电子通过狭缝是未知的;只有确定电子经过的地方。因此,电子穿过后,它的不确定性<e米>x</e米>- - - - - -安置是Δ<e米>x</e米>≈<e米>b</e米>/2。因此,产品的不确定性是ℏ的顺序。更精确的分析表明,该产品具有较低的限制,给出了<p></p><center><br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/81/95581-004-6096CB88.gif" width="121" height="30"> <br> <br> </center> <p></p> <p></p> <p>这是著名的海森堡测不准原理的位置和动量。这国家是有限度的精确的位置和动量可以测量一个物体在同一时间。根据实验条件,能够尽可能精确地计量所需的数量(至少在原则上),但更精确的数量来衡量,不正是另一种是已知的。</p><p>不确定性原理是重要的只有在原子尺度,因为小的价值<e米>h</e米>在日常的单位。如果一个宏观物体的位置与大量的说,一克是测量精度为10<年代up>−6</年代up>米,不能测量不确定性原理指出,它的速度要比10<年代up>−25</年代up>米每秒。这一限制并不令人担忧。然而,如果一个电子位于一个原子大约10<年代up>−10</年代up>米宽,原则给出了一个最低的速度大约10的不确定性<年代up>6</年代up>米每秒。</p><p>上述原因导致不确定性原理是基于电子的波粒二象性。当海森堡1927年第一次提出原则推理为基础,然而,波粒二象性的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/photon/59817">光子</一个>。他认为衡量一个电子的位置的过程通过观察显微镜。衍射效应将光的波动性质导致图像模糊;由此产生的不确定性的位置电子约等于波长的光。为了减少这种不确定性,有必要使用短wavelength-e.g的光。伽马射线。然而,在电子的产生一个图像,伽马射线光子反射电子,康普顿效应(<e米>见上图</e米><一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312">早期的进展:散射x射线</一个>)。由于碰撞、电子反冲统计随机的方式。电子的动量的不确定性与光子的动量成正比,这是光子的波长成反比。所以再次提高精度的情况下电子的位置获得的知识只有牺牲知识精度下降的势头。的详细计算过程收益率相同的结果(方程[12])。海森堡的推理带来了明显较小的粒子被观察到的事实,更重要的是不确定性原理。大量观察时,光子还是反弹和改变它的势头,但是,视为初始动量的一小部分身体的变化是微不足道的。</p><p>薛定谔和狄拉克理论给出一个精确值的能量每一个静止状态,但事实上美国没有一个精确的能量。唯一的例外是在地上(最低能量)状态。相反,国家的能量分布在一个小范围内。传播来自这一事实,因为电子能<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/transition/73203">过渡</一个>到另一个状态,初始状态有一个有限的一生。的过渡是一个随机过程,因此不同的原子在同一状态有不同的寿命。如果意思是一生指示为τ,理论表明,初始状态的能量传播的能量Δ<e米>E</e米>,由</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/82/95582-004-0C6FD972.gif" width="105" height="14"> <br> <br> </center> <p></p> <p></p> <p>这种能量传播体现在传播的频率发出辐射。因此,谱线不是无限锋利。(一些实验因素也可以扩大一条线,但其影响可以减少;然而,目前的效果,被称为自然扩大,是基本的,无法减少。)方程(13)是另一种类型的海森堡测不准关系;一般来说,如果测量时间τ的能源系统中,测量干扰系统,导致能量Δ数量是不确定的<e米>E</e米>的大小,是由上述方程。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77518-toc"> <header> <h3>量子电动力学</h3></he一个der> <p>量子理论的应用程序之间的交互电子和辐射需要量子治疗麦克斯韦场方程,这是电磁学的基础,电子的相对论理论由狄拉克(制定<e米>见上图</e米><一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312">电子自旋与反粒子</一个>)。由此产生的量子场理论被称为量子电动力学,或QED。</p><p>QED占电子的行为和交互,正电子,光子。处理过程涉及的物质粒子电磁能量和交谈过程中物质粒子和反粒子的相互湮灭,产生能量。最初的理论是有强大的数学困难的困扰,因为数量的计算值,如电子的电荷和质量证明是无限的。然而,一套巧妙的技术开发(在1940年代末),汉斯是朱利安·s·施温格Tomonaga Shin 'ichirō,理查德·费曼和其他系统处理的无穷量获得有限的物理量的值。他们的方法是众所周知的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/renormalization/63209">重正化</一个>。这个理论提供了一些非常准确的预测。</p><p>根据狄拉克的理论,两个特定状态氢与不同量子数有相同的能量。然而,QED预测一个小差异他们的能量;的差异可能是由测量所产生的电磁辐射的频率<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/transition/73203">转换</一个>在两个国家之间。这种效应首先测量了威利斯e .羊肉,Jr .)和罗伯特·Retherford在1947年。它的物理起源在于电子的相互作用与周围的电磁场的随机波动。即使没有这些波动,存在一个应用领域,是一个量子现象。实验的准确性和理论在这个领域可以测量两个最近的值分离的两种状态,表达的辐射产生的频率转换:</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/30/15030-004-A8BA0F8A.gif" width="348" height="50"> <br> <br> </center> <p></p> <p></p> <p>一个更壮观的QED的成功的例子是由μ的值提供<年代ub><e米>e</e米></年代ub>自由电子的磁偶极矩。因为电子旋转和电荷,它像一个小磁铁,所表达的强度是μ的值<年代ub><e米>e</e米></年代ub>。根据狄拉克理论,μ<年代ub><e米>e</e米></年代ub>正好等于μ<年代ub><e米>B</e米></年代ub>=<e米>e</e米>ℏ/ 2<e米>米</e米><年代ub><e米>e</e米></年代ub>一个量称为玻尔磁子;然而,QED预测,μ<年代ub><e米>e</e米></年代ub>= (1 +<e米>一个</e米>)μ<年代ub><e米>B</e米></年代ub>,在那里<e米>一个</e米>是一个小数目,约<年代up>1</年代up>/<年代ub>860年年</年代ub>。的物理起源QED校正是电子的相互作用与周围的电磁场随机振荡。最好的实验测定μ<年代ub><e米>e</e米></年代ub>不涉及测量数量本身,而是小修正项μ<年代ub><e米>e</e米></年代ub>−μ<年代ub><e米>B</e米></年代ub>。这大大提高实验的灵敏度。最近的结果的价值<e米>一个</e米>是</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/29/15029-004-54343F2A.gif" width="367" height="50"> <br> <br> </center> <p></p> <p></p> <p>自<e米>一个</e米>本身是一个小的修正项,电子的磁偶极矩测量的精度10的一部分<年代up>11</年代up>。最精确的确定的物理量,电子的磁偶极矩可以从量子理论正确地计算在10的一部分<年代up>10</年代up>。</p></年代ect我on> </section> <section class="toc-anchor" id="77519-toc"> <header> <h2>量子力学的解释<button class="btn btn-default toc-invoker" rel="tooltip" title="Table of Contents" data-trigger="hover"><i class="fontello-icon-list"></i></button></h2> </header> <p>尽管量子力学应用于物理学问题取得了巨大的成功,它的一些想法看起来很奇怪。几的影响被认为是在这里。</p><年代ect我on class="toc-anchor" id="77520-toc"> <header> <h3>电子:波或粒子?</h3></he一个der> <figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=2335" data-article-id="110312" data-assembly-id="2335"> <div class=""> <img class="lazy" width="220" height="83" data-original="https://cdn.britannica.com/30/2530-004-34F37B88.gif" title="double-slit experiment"> </div></a> <figcaption> Encyclopædia大yabo亚博网站首页手机英百科全书公司。</figcaption> </figure> <p>年轻的提到的实验,一束平行的单色光通过一条狭窄的平行缝(图5)有一个电子。在年轻的最初的实验中,光的强度随方向经过狭缝(图5 b)。因为振荡强度之间的干扰光波从这两条裂缝,振动的速度取决于的波长<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/light/110443">光</一个>和狭缝的分离。振荡产生干涉图样的光明与黑暗交替乐队所调制的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/diffraction/30419">衍射</一个>从每个缝模式。如果有一个狭缝覆盖,干涉条纹消失,只有衍射模式(如图所示的折线图5 b)是观察。</p><p><一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Youngs-experiment/78083">年轻的实验</一个>与电子可以重复使用相同的势头。屏幕在光学实验中被密集的网格的电子探测器。有很多电子设备检测;最常见的闪烁体。当一个电子通过闪烁材料,如碘化钠,材料产生的光闪了电压脉冲,可以放大并记录。电子记录下每个探测器的模式是一样的预测<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/wave-motion/76321">波</一个>与波长由德布罗意公式给出。因此,实验为电子的波行为提供了确凿的证据。</p><p>如果实验重复一个非常弱的电子来源,因此只有一个电子穿过狭缝,一个探测器注册一个电子的到来。这是一个距离事件一个粒子的特征。每次实验重复,一个电子穿过狭缝和检测。图形绘制与探测器位置沿一根轴和电子的数量另一个看起来完全像图5 b中振动干涉图样。因此,图中的强度函数的概率正比于电子移动在一个特定的方向后通过通过狭缝。除了单位,Ψ的功能是相同的<年代up>2</年代up>,Ψ长期有效的解决方案<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Schr%C3%B6dinger-equation/66220">薛定谔方程</一个>对于这个实验。</p><p>如果有一个狭缝覆盖,边缘模式消失了,取而代之的是单缝衍射图样。因此,缝都需要产生干涉图样。然而,如果电子是粒子,它似乎是合理的假设,它只通过一个狭缝。狭缝的仪器可以修改确定放置一层薄薄的线圈周围每一个缝隙。当一个电子经过一个循环,它生成一个小电信号,这缝穿过。然而,干涉条纹模式然后消失,和单缝衍射模式的回报。因为需要缝干涉图样的出现,因为它是不可能知道哪个缝隙的电子通过不破坏模式,一个是被迫得出结论,电子会同时通过两个狭缝。</p><p>总之,实验显示了电子波和粒子的性质。波属性预测的概率的方向旅行之前检测到电子;另一方面,电子检测到在一个特定的地方显示粒子属性。因此,这个问题的答案是否电子是波还是粒子是它既不是。它是一个对象表现出波或粒子属性,根据测量类型了。换句话说,一个人不能谈论电子的内在属性;相反,一个人必须考虑电子的性质和测量仪器。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77521-toc"> <header> <h3>隐变量</h3></he一个der> <figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=203902" data-article-id="110312" data-assembly-id="203902"> <div class="video-thumb-container"> <img class="lazy" width="220" height="123" data-original="https://cdn.britannica.com/83/185383-138-1037B374.jpg" title="Understand why quantum mechanics does not make absolute predictions but only predicts the different outcomes to happen"> <span class="fontello-icon-play"></span> <span class="video-duration large" id="video-duration-203902"></span> </div></a> <figcaption> ©MinutePhysics</figcaption> </figure> <figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=207572" data-article-id="110312" data-assembly-id="207572"> <div class="video-thumb-container"> <img class="lazy" width="220" height="165" data-original="https://cdn.britannica.com/23/186823-138-07E1E10B.jpg" title="Learn about Niels Bohr and the difference of opinion between Bohr and Albert Einstein on quantum mechanics"> <span class="fontello-icon-play"></span> <span class="video-duration large" id="video-duration-207572"></span> </div></a> <figcaption> ©开放大学</figcaption> </figure> <figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=209162" data-article-id="110312" data-assembly-id="209162"> <div class="video-thumb-container"> <img class="lazy" width="220" height="165" data-original="https://cdn.britannica.com/24/186824-138-BA07EB8D.jpg" title="Know about the element of uncertainty of nature in Niels Bohr's interpretation of quantum theory and its success despite Albert Einstein's objections"> <span class="fontello-icon-play"></span> <span class="video-duration large" id="video-duration-209162"></span> </div></a> <figcaption> ©开放大学</figcaption> </figure> <p>一个基本<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/uncertainty-principle/74223">概念</一个>在量子力学中是随机性的,或不确定性。一般来说,理论预测只有<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/probability-and-statistics/218452">概率</一个>的一个特定的结果。考虑的情况下<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/radioactivity/110413">放射性</一个>。想象一个盒子可以接受的原子具有相同核衰变的发射一个α粒子。在给定时间间隔内,一定的分数会腐烂。理论恰恰可以告诉,分数,但它不能预测哪个特定的原子核衰变。理论断言,在时间间隔的开始,所有原子核处于相同状态,衰变是一个完全随机的过程。即使是在经典物理学,许多过程随机出现。例如,一个说,当一个<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/roulette/64218">轮盘赌</一个>随机轮旋转,球将会下降到一个编号的隔间的轮。基于这种信念,赌场老板和球员给予和接受相同的概率对每个数字每一扔。然而,事实是,获得中奖号码可以预测如果一提到轮子的确切位置,当副主持人公布球,轮子的初速度和各种其他物理参数。只有无知的初始条件和困难的计算结果似乎是随机的。在量子力学中,另一方面,断言绝对基本的随机性。理论说,尽管一个原子核衰变,另一个没有,他们曾在同一状态。</p><figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=209163" data-article-id="110312" data-assembly-id="209163"> <div class="video-thumb-container"> <img class="lazy" width="220" height="165" data-original="https://cdn.britannica.com/25/186825-138-4F923114.jpg" title="Understand Albert Einstein's perspective of disagreement about the element of uncertainty of quantum theory"> <span class="fontello-icon-play"></span> <span class="video-duration large" id="video-duration-209163"></span> </div></a> <figcaption> ©开放大学</figcaption> </figure> <p>许多杰出的物理学家,包括<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Albert-Einstein/106018">爱因斯坦</一个>,有<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/determinism/30105">不接受这种不确定性</一个>。他们已经拒绝核的概念最初是在相同的状态。相反,他们认为必须有其他property-presently未知,但是现有的然而是不同的两个核。这种类型的未知属性称为隐藏变量;如果它存在,它将恢复物理的坚定性。如果隐藏变量的初始值,有可能预测哪些核衰变。这样的理论,当然,还必须考虑到实验数据的财富从几个简单的传统量子力学解释的假设。尝试已经由德布罗意,大卫·玻姆和其他构建基于隐变量理论,但这些理论非常复杂和做作。例如,电子一定会得通过只有一个缝隙在双缝实验中。说明干扰发生只有当其他缝隙是开放的,有必要假设存在一个特种部队的电子只有当狭缝是开放的。 Such artificial additions make hidden variable theories unattractive, and there is little support for them among physicists.</p><p>正统观点的量子力学和目前的文章中采用的一个称为哥本哈根解释,因为它的主要主角,<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Niels-Bohr/106088">尼尔斯·玻尔</一个>,在那个城市工作。哥本哈根的观点理解物质世界强调基础的重要性理论我们可以观察和测量实验。因此反对隐藏变量的数量,无法衡量。哥本哈根的观点是,在自然界中观察到的不确定性是至关重要的,并不能反映目前的科学知识的不足。应该因此接受不确定性没有试图“解释”,看看后果来自它。</p><p>已经试图链接的存在<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/free-will/35292">自由意志</一个>量子力学的不确定性,但很难看到这个特性使自由意志理论更为合理。相反,自由意志可能意味着理性的思考和决策,而非决定论在量子力学的本质是由于内在的随机性。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77522-toc"> <header> <h3>Einstein悖论,Podolsky和罗森</h3></he一个der> <figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=209164" data-article-id="110312" data-assembly-id="209164"> <div class="video-thumb-container"> <img class="lazy" width="220" height="165" data-original="https://cdn.britannica.com/26/186826-138-D14BCA9B.jpg" title="Know about Nicolas Gisin and his team's experiment to test the Einstein-Podolsky-Rosen paradox"> <span class="fontello-icon-play"></span> <span class="video-duration large" id="video-duration-209164"></span> </div></a> <figcaption> ©开放大学</figcaption> </figure> <p>1935年<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Albert-Einstein/106018">爱因斯坦</一个>和两个其他的物理学家<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/United-States/111233">美国</一个>鲍里斯Podolsky Nathan罗森,分析了一个思想实验测量位置和动量在一对相互作用的系统。采用传统的量子力学,他们获得了一些惊人的结果,导致他们得出这个理论并没有给出一个完整的描述的物理现实。他们的结果,这是奇特的,似乎矛盾的,都是基于完美的推理,但他们的结论,这个理论是不完整的不一定遵循。<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/David-Bohm/436242">玻姆</一个>简化他们的实验,同时保留他们的推理的中心点;这个讨论遵循他的帐户。</p><p>的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/proton/61626">质子</一个>像电子一样,旋转<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>;因此,无论选择什么方向测量组件的旋转<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/angular-momentum/7612">角动量</一个>,总是+ℏ/ 2的值或−ℏ/ 2。(目前只讨论与旋转的角动量,旋转和词省略。)可以获得一个系统组成的一对质子在近距离和总角动量等于零。因此,如果一个组件的价值的角动量的一个质子+ℏ/ 2在任何选择的方向,组件的值相同方向的其他粒子必须−ℏ/ 2。假设两个质子沿着相反的方向移动,直到他们相距远。系统的总角动量仍然是零,如果组件的角动量方向相同的两个粒子测量,结果是一对大小相等,方向相反的价值观。因此,之后的数量来衡量一个质子,它可以预测其他质子;第二测量是不必要的。如前所述,测量量改变系统的状态。因此,如果测量<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>(<e米>x</e米>分角动量)质子1生产价值+ℏ/ 2,测量质子后1对应的状态<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>= +ℏ/ 2,质子2对应的状态<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>=−ℏ/ 2。然而,任何方向可以选择测量组件的角动量。选择哪个方向,质子的状态1后测量组件对应于一个明确的关于这个方向的角动量。此外,由于质子2必须产生相反的值相同的组件,因此,测量对质子质子1在一个明确的结果状态2相对于所选的方向,尽管事实上,两粒子可能是数百万公里的距离,不相互作用。爱因斯坦和他的两个合作者显然认为这个结论是错误的,它是基于量子力学的理论必须是不完整的。他们得出结论,正确的理论将包含一些隐藏变量功能,将恢复经典物理学的决定论。</p><p>比较的角动量量子理论和经典理论描述粒子对说明了两者之间的本质区别的观点。在这两种理论,如果一个系统的两个粒子的总角动量为零,那么角两个粒子的动量大小相等,方向相反。如果组件的角动量测量沿同一方向,这两个值是数值相等,一个积极的和其他负面。因此,如果一个组件测量,另一个可以预测。的关键区别这两个理论是,在经典物理学,系统在调查中被认为拥有事先被测量的量。测量不干扰系统;它仅仅揭示了先前存在的状态。可能会指出,如果粒子实际上是拥有组件的角动量测量之前,这样的数量构成隐变量。</p><figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=219075" data-article-id="110312" data-assembly-id="219075"> <div class="video-thumb-container"> <img class="lazy" width="220" height="123" data-original="https://cdn.britannica.com/04/193404-138-9EA2FE3D.jpg" title="Understand the concept of teleportation and how quantum mechanics makes photon teleportation possible"> <span class="fontello-icon-play"></span> <span class="video-duration large" id="video-duration-219075"></span> </div></a> <figcaption> ©世界科学节</figcaption> </figure> <figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=2336" data-article-id="110312" data-assembly-id="2336"> <div class=""> <img class="lazy" width="220" height="98" data-original="https://cdn.britannica.com/31/2531-004-A472494A.gif" title="measuring correlation between photons"> </div></a> <figcaption> Encyclopædia大yabo亚博网站首页手机英百科全书公司。</figcaption> </figure> <p>自然像量子力学预言吗?答案来自于测量角动量的组件的两个质子沿不同方向之间的夹角θ。测量在一个质子可以只给出结果+ℏ/ 2或−ℏ/ 2。实验由测量的+和-值之间的相关性对质子的固定值θ,然后重复测量θ的不同的值,如图6所示。结果的解释取决于一个重要定理的爱尔兰物理学家约翰·斯图尔特贝尔。贝尔开始假设的存在某种形式的隐藏变量值,确定测量角动量进行了正负的结果。他进一步认为locality-namely,测量一个质子(即。,choice of the measurement direction) cannot affect the result of the measurement on the other proton. Both these assumptions agree with classical, commonsense ideas. He then showed quite generally that these two assumptions lead to a certain relationship, now known as Bell’s inequality, for the correlation values mentioned above. Experiments have been conducted at several laboratories with photons instead of protons (the analysis is similar), and the results show fairly conclusively that Bell’s inequality is violated. That is to say, the observed results agree with those of quantum mechanics and cannot be accounted for by a hidden variable (or deterministic) theory based on the concept of locality. One is forced to conclude that the two protons are a correlated pair and that a measurement on one affects the state of both, no matter how far apart they are. This may strike one as highly peculiar, but such is the way nature appears to be.</p><p>可以指出,对国家的影响质子2后测量质子1被认为是瞬间;影响光信号由测量事件之前发生的质子在质子1到2。阿兰方面和他的同事证明了这个结果在1982年在巴黎一个巧妙的实验,两角动量测量之间的关系,在很短的时间间隔内,由高频开关装置。间隔还不到的时间旅行光信号从一个粒子的其他两个测量位置。爱因斯坦的狭义相对论认为没有消息可以的速度大于光速。因此,没有办法有关的信息的方向测量在第一个质子可能达到第二个质子测量了它。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77523-toc"> <header> <h3>在量子力学测量</h3></he一个der> <p>量子力学方法对测量的过程造成了相当大的争议。薛定谔的时间波动方程(方程[8])是一种精确的配方确定的波函数随时间对于一个给定的物理系统在一个给定的物理环境。根据薛定谔方程,波函数的严格确定的方式不同。另一方面,在上述量子力学公理化方法,测量突然改变了波函数和不连续地。在测量前,波函数Ψ的混合物ψs如方程(10)表示。测量改变Ψ从ψs单一ψ的混合物。带来的这种变化,测量的过程,称为的崩溃或减少<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/wave-function/76318">波函数</一个>。Ψ的崩溃是一个不连续的变化;也不可预测的,因为从同一Ψ由右边方程(10),最后的结果可以是任何个人ψs之一。</p><p>薛定谔方程,给出了光滑Ψ和可预测的变化,应用之间的测量。然而,测量过程本身不能被薛定谔方程描述;这是身外之物。这似乎不满意,因为测量是一个物理过程,应该是薛定谔方程的主题就像任何其他的物理过程。</p><p>困难这一事实有关量子力学应用于微观系统包含一个(或几个)电子,质子,或光子。然而,测量是用大型对象(例如,探测器、放大器和米)在宏观世界中,遵循经典物理学定律。因此,制定的另一种方式的问题发生在测量是问如何微观量子世界关系和与宏观的古典世界。更狭隘,它可以问如何以及什么时候测量过程中的波函数坍塌吗?到目前为止,没有满意的回答这些问题,虽然有几个学校的思想。</p><p>一种方法强调有意识的观察者的角色在测量过程中,表明波函数坍塌时,观察者读取测量仪。将测量问题似乎意识到提高的问题比解决的更多,然而。</p><p>正如上面所讨论的,测量过程的哥本哈根解释本质上是务实的。它区分微观量子系统和宏观计量器具。最初的对象或event-e.g。,p一个年代年代一个ge of an electron, photon, or atom—triggers the classical measuring device into giving a reading; somewhere along the chain of events, the result of the measurement becomes fixed (i.e., the wave function collapses). This does not answer the basic question but says, in effect, not to worry about it. This is probably the view of most practicing physicists.</p><p>第三种学派指出,测量过程不可逆性的一个基本特征。这与波函数的行为变化时根据薛定谔方程;原则上,任何这样的变化可以扭转波函数由一个适当的实验安排。然而,一旦一个经典测量仪器已阅读,这个过程是不可逆的。可能的关键测量过程的本质在于这里。的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Schr%C3%B6dinger-equation/66220">薛定谔方程</一个>仅适用于相对简单的系统。假设是一个巨大的外推公式同样适用于大型、复杂系统的经典测量装置。也许适当的方程对这样一个系统功能产生不可逆的影响(例如,波函数坍塌)不同类型的简单的系统。</p><p>也提到所谓的“多世界诠释,提出休·埃弗雷特三世在1957年,这表明,当测量系统的波函数是一个混合物,宇宙分支的数量不相互影响的宇宙。测量的每个可能的结果发生,但在一个不同的宇宙。因此,如果<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>=<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>施特恩-格拉赫测量的结果在银原子(<e米>见上图</e米><一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312">不兼容的可见</一个>),还有一个宇宙与我们的各方面(包括克隆的人),除了测量的结果<e米>年代</e米><年代ub><e米>x</e米></年代ub>=−<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>。虽然这稀奇的模型解决了一些测量问题,它有一些追随者物理学家之一。</p><p>因为看的各种方法测量过程导致相同的实验结果,试图区分他们科学的理由可能是没有意义的。一个或另一个可能是首选的合理性,典雅、或经济的假设,但这是个人品味的问题。一天,一个令人满意的测量的量子理论是否会出现,区别于其他的可核查的预测,仍然是一个悬而未决的问题。</p></年代ect我on> </section> <section class="toc-anchor" id="77524-toc"> <header> <h2>量子力学的应用<button class="btn btn-default toc-invoker" rel="tooltip" title="Table of Contents" data-trigger="hover"><i class="fontello-icon-list"></i></button></h2> </header> <figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=209166" data-article-id="110312" data-assembly-id="209166"> <div class="video-thumb-container"> <img class="lazy" width="220" height="165" data-original="https://cdn.britannica.com/27/186827-138-EFE15276.jpg" title="Know about the future of quantum technology and how quantum devices can be present in everyday technology"> <span class="fontello-icon-play"></span> <span class="video-duration large" id="video-duration-209166"></span> </div></a> <figcaption> ©开放大学</figcaption> </figure> <p>正如已经指出的,量子力学取得了巨大的成功解释微观物理现象在所有分支机构。在这一节中描述的三个现象是例子,证明理论的精髓。</p><年代ect我on class="toc-anchor" id="77525-toc"> <header> <h3>衰变的k中介子</h3></he一个der> <p>k中介子(也称为<e米>K</e米><年代up>0</年代up>介子),发现于1947年,是生产的高能核和其他粒子之间的碰撞。它的电荷为零,它的质量大约是一半质子的质量。它是不稳定的,一旦形成,迅速衰变为2或3π介子。的平均寿命大约10 k中介子<年代up>−10</年代up>第二。</p><p>尽管k中介子是卸货,量子理论预测存在反粒子质量相同,衰变产物,和平均寿命;用反粒子<年代p一个ncl一个年代年代="md-overbar"><em>K</e米></年代p一个n><年代up>0</年代up>。在1950年代初,一些物理学家质疑理由提出具有类似属性的两个粒子的存在。然而在1955年,<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Murray-Gell-Mann/36327">穆雷盖尔</一个>和亚伯拉罕Pais对k中介子衰变的一个有趣的预测。他们的推理提供了一个极好的例证波函数的量子力学公理Ψ可以叠加的状态;在这种情况下,有两个州<e米>K</e米><年代up>0</年代up>和<年代p一个ncl一个年代年代="md-overbar"><em>K</e米></年代p一个n><年代up>0</年代up>介子。</p><p>一个<e米>K</e米><年代up>0</年代up>介子可能代表正式通过编写Ψ=的波函数<e米>K</e米><年代up>0</年代up>;同样Ψ=<年代p一个ncl一个年代年代="md-overbar"><em>K</e米></年代p一个n><年代up>0</年代up>代表一个<年代p一个ncl一个年代年代="md-overbar"><em>K</e米></年代p一个n><年代up>0</年代up>介子。从两种状态,<e米>K</e米><年代up>0</年代up>和<年代p一个ncl一个年代年代="md-overbar"><em>K</e米></年代p一个n><年代up>0</年代up>,以下两个新构造状态:</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/83/95583-004-3266E22D.gif" width="156" height="45"> <br> <br> </center> <p></p> <p></p> <center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/84/95584-004-A740B76F.gif" width="154" height="45"> <br> <br> </center> <p></p> <p></p> <p>因此,从这两个方程</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/85/95585-004-E74E7C6C.gif" width="150" height="33"> <br> <br> </center> <p></p> <p></p> <center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/86/95586-004-827DD158.gif" width="146" height="33"> <br> <br> </center> <p></p> <p></p> <p>定义两种状态的原因<e米>K</e米><年代ub>1</年代ub>和<e米>K</e米><年代ub>2</年代ub>是,根据量子理论,当<e米>K</e米><年代up>0</年代up>衰变,它不这样做作为一个孤立的粒子;相反,它与其反粒子结合形成<e米>K</e米><年代ub>1</年代ub>和<e米>K</e米><年代ub>2</年代ub>。国家<e米>K</e米><年代ub>1</年代ub>(称为K-short [<e米>K</e米><年代up>0</年代up><年代ub><e米>年代</e米></年代ub>])衰变为两个π介子和很短的生命周期(约9×10<年代up>−11</年代up>第二个),而<e米>K</e米><年代ub>2</年代ub>(称为K-long [<e米>K</e米><年代up>0</年代up><年代ub><e米>l</e米></年代ub>)为三个π介子衰变与更长的寿命(约5×10<年代up>−8</年代up>秒)。</p><figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=2337" data-article-id="110312" data-assembly-id="2337"> <div class=""> <img class="lazy" width="220" height="84" data-original="https://cdn.britannica.com/32/2532-004-08735788.gif" title="decay of K0 meson"> </div></a> <figcaption> Encyclopædia大yabo亚博网站首页手机英百科全书公司。</figcaption> </figure> <p>这些结果的物理后果可能通过以下实验。<e米>K</e米><年代up>0</年代up>粒子在核反应时产生(图7)。他们在图向右移动,并开始腐烂。点,波函数的Ψ=<e米>K</e米><年代up>0</年代up>从方程(16),可以表示为的总和<e米>K</e米><年代ub>1</年代ub>和<e米>K</e米><年代ub>2</年代ub>。随着粒子向右移动,<e米>K</e米><年代ub>1</年代ub>国家开始迅速衰减。如果粒子达到大约10 B点<年代up>−8</年代up>第二,几乎所有的<e米>K</e米><年代ub>1</年代ub>组件已经腐烂,尽管几乎没有的<e米>K</e米><年代ub>2</年代ub>组件已经在这样做了。因此,在B点,从一个纯梁发生了变化<e米>K</e米><年代up>0</年代up>几乎纯之一<e米>K</e米><年代ub>2</年代ub>方程(15)显示是一个平等的混合物<e米>K</e米><年代up>0</年代up>和<年代p一个ncl一个年代年代="md-overbar"><em>K</e米></年代p一个n><年代up>0</年代up>。换句话说,<年代p一个ncl一个年代年代="md-overbar"><em>K</e米></年代p一个n><年代up>0</年代up>粒子出现在梁只是因为<e米>K</e米><年代ub>1</年代ub>和<e米>K</e米><年代ub>2</年代ub>衰减速度不同。在B点,梁进入一块吸收材料。这两个<e米>K</e米><年代up>0</年代up>和<年代p一个ncl一个年代年代="md-overbar"><em>K</e米></年代p一个n><年代up>0</年代up>被吸收的核块,但<年代p一个ncl一个年代年代="md-overbar"><em>K</e米></年代p一个n><年代up>0</年代up>吸收更强烈。因此,即使梁是一个平等的混合物<e米>K</e米><年代up>0</年代up>和<年代p一个ncl一个年代年代="md-overbar"><em>K</e米></年代p一个n><年代up>0</年代up>当它进入吸收器,它几乎是纯的<e米>K</e米><年代up>0</年代up>当它退出点c .梁因此开始和结束<e米>K</e米><年代up>0</年代up>。</p><p>盖尔和派斯预测,随后和实验验证。实验观测的衰变产物主要是两个π介子衰变时间短附近,附近的衰减时间较长的三个π介子B, c附近两个π介子(这个帐户夸大了的变化<e米>K</e米><年代ub>1</年代ub>和<e米>K</e米><年代ub>2</年代ub>一个和B之间和组件<e米>K</e米><年代up>0</年代up>和<年代p一个ncl一个年代年代="md-overbar"><em>K</e米></年代p一个n><年代up>0</年代up>组件B和C之间;然而,参数不变。)生成的现象<年代p一个ncl一个年代年代="md-overbar"><em>K</e米></年代p一个n><年代up>0</年代up>和再生<e米>K</e米><年代ub>1</年代ub>衰变是纯粹的量子。它取决于量子叠加的状态和公理没有古典。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77526-toc"> <header> <h3>铯钟</h3></he一个der> <p>的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/cesium/22171">铯</一个>时钟是最准确的类型的时钟尚未开发。该设备利用<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/transition/73203">转换</一个>铯的原子核的自旋状态和产生一个频率很常规,采用建立时间标准。</p><p>像电子,原子核自旋。这些原子核的自旋产生的一组小影响光谱,被称为<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/hyperfine-structure/41795">超精细结构</一个>。(因为影响比较小,不过<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/angular-momentum/7612">角动量</一个>原子核旋转的相同的大小的一个电子,其磁矩控制原子的能量水平,相对较小)。铯原子的原子核自旋量子数<年代up>7</年代up>/<年代ub>2</年代ub>。的总角动量铯原子的能量最低状态通过结合原子核的自旋角动量与单个原子的价电子。(只有价电子对角动量,因为所有其他电子的角动量总为零。另一个简化的特性是,基态零轨道动量,所以只有自旋角动量需要考虑)。当考虑核自旋,总数是多少<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/angular-momentum/7612">角动量</一个>原子的特点是一个量子数,通常用<e米>F</e米>铯是4或3。这些值来自于自旋值<年代up>7</年代up>/<年代ub>2</年代ub>核和<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>为<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/electron/32316">电子</一个>。如果原子核和电子可视化为小旋转的陀螺,值<e米>F</e米>= 4 (<年代up>7</年代up>/<年代ub>2</年代ub>+<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>)对应于顶部旋转相同的意义上,和<e米>F</e米>= 3 (<年代up>7</年代up>/<年代ub>2</年代ub>−<年代up>1</年代up>/<年代ub>2</年代ub>)对应于自旋相反的感觉。的能量差Δ<e米>E</e米>美国的两个<e米>F</e米>价值观是一个精确的数量。如果电磁辐射频率ν<年代ub>0</年代ub>,在那里</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/87/95587-004-04F58F61.gif" width="113" height="14"> <br> <br> </center> <p></p>应用于一个铯原子系统,两种状态之间的转换将发生。一个仪器,可以检测转换的发生从而提供了一个非常精确的频率标准。这是铯钟的原理。<p></p><figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=2338" data-article-id="110312" data-assembly-id="2338"> <div class=""> <img class="lazy" width="220" height="106" data-original="https://cdn.britannica.com/33/2533-004-E0A86629.gif" title="cesium clock"> </div></a> <figcaption> Encyclopædia大yabo亚博网站首页手机英百科全书公司。</figcaption> </figure> <p>该装置示意图见图8。一束铯原子从烤箱的温度大约100°C。原子通过一个非齐次磁铁,将原子的状态<e米>F</e米>=4向下和状态<e米>F</e米>由等量向上= 3。原子通过狭缝和持续到第二个非齐次磁铁磁铁B是安排,以便它偏转原子在同一方向不变状态,磁铁偏转。原子按照路径图中虚线所示,输给了梁。然而,如果一个交变电磁场的频率ν<年代ub>0</年代ub>应用于波束中心地区在遍历C,状态之间的转换。一些原子状态<e米>F</e米>=4将会改变<e米>F</e米>= 3,反之亦然。这种原子的变位在磁铁B是相反的。原子遵循整个线路图和罢工钨丝,使电信号铯原子的数量成比例的。交变磁场的频率ν是多种多样,信号为ν=ν大幅最大<年代ub>0</年代ub>。仪器的长度从烤箱钨探测器大约一米。</p><figure> <a href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/110312/media?assemblyId=2339" data-article-id="110312" data-assembly-id="2339"> <div class=""> <img class="lazy" width="220" height="353" data-original="https://cdn.britannica.com/34/2534-004-73472B75.gif" title="cesium-133 states"> </div></a> <figcaption> Encyclopædia大yabo亚博网站首页手机英百科全书公司。</figcaption> </figure> <p>每个原子状态的特点是不仅量子数<e米>F</e米>还有另一个量子数<e米>米</e米><年代ub><e米>F</e米></年代ub>。为<e米>F</e米>= 4,<e米>米</e米><年代ub><e米>F</e米></年代ub>可以从4−4积分值。在缺乏<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/magnetic-field/50022">磁场</一个>,这些国家有相同的能量。然而,磁场导致一个小变化在能源领域的大小成正比的<e米>米</e米><年代ub><e米>F</e米></年代ub>价值。同样,一个磁场的能量变化<e米>F</e米>根据= 3状态<e米>米</e米><年代ub><e米>F</e米></年代ub>值,在这种情况下,可能会有所不同从3−3。能量变化如图9所示。铯钟,疲软的恒定磁场叠加在交变电磁场在区域c理论表明,交变磁场只能带来转变成对的国家之间<e米>米</e米><年代ub><e米>F</e米></年代ub>值相同或不同的统一。然而,从图可以看出,唯一发生频率ν的转换<年代ub>0</年代ub>那些是两国之间吗<e米>米</e米><年代ub><e米>F</e米></年代ub>=0。设备非常敏感,它可以很容易区分这样的转换和所有其他人。</p><p>如果振荡器的频率漂移ν稍稍不平等<年代ub>0</年代ub>时,探测器的输出就会下降。信号强度的变化产生一个信号的振荡器频率回到正确的值。这个反馈系统使振荡频率ν自动锁定<年代ub>0</年代ub>。</p><p>铯钟极其稳定。振荡器的频率保持不变到十一部分<年代up>13</年代up>。由于这个原因,该设备用于重新定义<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/second/66514">第二个</一个>。这在SI基本单位时间系统被定义为等于9192631770周期对应的辐射水平之间的过渡<e米>F</e米>= 4,<e米>米</e米><年代ub><e米>F</e米></年代ub>=0和<e米>F</e米>= 3,<e米>米</e米><年代ub><e米>F</e米></年代ub>=0的铯- 133原子的基态。1967年之前,第二个定义而言,地球的运动。然而,后者是不那么稳定的铯钟。具体地说,地球的自转周期的分数变化是数百倍铯钟的频率。</p></年代ect我on> <section class="toc-anchor" id="77527-toc"> <header> <h3>一个量子电压标准</h3></he一个der> <p>量子理论已经被用于建立一个电压标准,这个标准已经被证明是非常准确和一致的<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/laboratory/472705">实验室</一个>实验室。</p><p>如果两层超导材料由薄绝缘层,超电流(即。,当前成对电子)可以通过从一个超导体。这是前面描述的隧穿过程的另一个例子。几个影响基于这种现象预测在1962年由英国物理学家<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Brian-D-Josephson/44004">布莱恩·d·约瑟夫森</一个>。演示实验不久,他们现在被称为<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/Josephson-effect/44006">约瑟夫森效应</一个>。</p><p>如果一个直流电压(直流)<e米>V</e米>应用在两个超导体的能量<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/electron/32316">电子</一个>对变化的数量2<e米>e</e米><e米>V</e米>因为它穿过结。因此,超电流振荡频率ν由普朗克的关系(<e米>E</e米>=<e米>h</e米>ν)。因此,</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/88/95588-004-6A64D19F.gif" width="107" height="14"> <br> <br> </center> <p></p> <p></p> <p>这种超电流振荡行为被称为交流约瑟夫逊效应(交流)。测量<e米>V</e米>和ν许可普朗克的直接验证关系。虽然振荡超电流直接检测到,它极其微弱。更敏感的方法研究方程(19)是研究影响微波辐射的相互作用所产生的超电流。</p><p>几个认真进行实验验证方程(19)这样一个高度精密的值,它被用来确定2<e米>e</e米>/<e米>h</e米>。这个值可以确定更准确的交流约瑟夫逊效应比任何其他方法。结果是可靠的,现在实验室采用交流约瑟夫逊效应设定电压标准。之间的数值关系<e米>V</e米>ν是</p><p></p><center> <br> <img src="//www.rctutku.com/cdn/89/95589-004-00DBE665.gif" width="253" height="35"> <br> <br> </center> <p></p> <p></p> <p>通过这种方式,测量频率,可以用伟大的精度,给出了电压的值。约瑟夫森法之前,电压标准在计量实验室致力于物理单位的维护是基于卫星韦斯顿镉电池。这些细胞,然而,往往漂移,因此标准在不同实验室之间的矛盾造成的。约瑟夫森效应的方法提供了一个标准让协议在10几部分<年代up>8</年代up>的测量在不同的时间和不同的实验室。</p><p>前两个部分中所描述的实验只是物理学的两个例子,高精度的测量结果。基本常数的值,例如<e米>c</e米>,<e米>h</e米>,<e米>e</e米>,<e米>米</e米><年代ub><e米>e</e米></年代ub>,决心从各种各样的实验基于量子现象。结果非常一致,常量的值被认为是已知的在大多数情况下比在10一部分<年代up>8</年代up>。物理学家可能不知道他们在做什么当他们<一个cl一个年代年代="reflink" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/measurement/51691">测量</一个>,但他们做的非常好。</p><p>戈登·莱斯利Squires</p></年代ect我on> </section> <section class="toc-anchor" id="77528-toc"> <header> <h2>更多的阅读<button class="btn btn-default toc-invoker" rel="tooltip" title="Table of Contents" data-trigger="hover"><i class="fontello-icon-list"></i></button></h2> </header> <p>学识渊博的一些研究已经写在量子力学的历史发展;尤其值得注意的是<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">奥利弗Darrigol</年代p一个n>,<e米>从古典类比C-Numbers Q-Numbers:量子理论的历史</e米>(1992);和<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">马克斯干扰机</年代p一个n>,<e米>量子力学的概念发展</e米>第二版(1989年)。</p><p>小心历史和哲学的研究工作的许多早期的量子理论的建筑师可能会发现的<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">托马斯·库恩</年代p一个n>,<e米>黑体理论和量子不连续,1894 - 1912</e米>(1978年,1987年重印);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">布鲁斯·r·惠顿</年代p一个n>,<e米>老虎和鲨鱼:经验波粒二元论的根源</e米>(1983年,1991年再版);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">亚伯拉罕派斯</年代p一个n>,<e米>“耶和华是微妙的…”:阿尔伯特·爱因斯坦的科学和生命</e米>(1982)和<e米>尼尔斯·波尔时代:在物理、哲学和政治</e米>(1991);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">亚瑟很好</年代p一个n>,<e米>摇摇欲坠的游戏:爱因斯坦、现实主义和量子理论</e米>,第二版。(1996);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">马克斯德累斯顿</年代p一个n>,<e米>H.A.克雷默斯:传统与革命之间</e米>(1987);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">大卫·c·卡西迪</年代p一个n>,<e米>不确定性:海森堡的生命和科学</e米>(1992);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">沃尔特•摩尔</年代p一个n>,<e米>薛定谔:生活和思想</e米>(1989);和<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">Dugald默多克</年代p一个n>,<e米>尼尔斯·玻尔物理学的哲学</e米>(1987年,1990年再版)。量子理论的诞生在1900 - 26日,主要是在德国大学圈子里,是很好地结合<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">Christa Jungnickel</年代p一个n>和<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">罗素McCormmach</年代p一个n>,<e米>理论物理知识掌握本质:从欧姆到爱因斯坦</e米>2卷。(1986年,1990年再版)。从非相对论量子力学过渡到重整量子电动力学/ 1926 - 49所追踪<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">森林的美国Schweber</年代p一个n>,<e米>QED和男人了:戴森,费曼,施温格,Tomonaga</e米>(1994)。</p><p>在量子力学中有很多很好的教科书在本科和研究生水平。下面是一个选择,从更基本的:<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">美联社法国</年代p一个n>和<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">埃德温·f·泰勒</年代p一个n>,<e米>介绍了量子物理学</e米>(1978);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">阿拉斯泰尔贝聿铭雷</年代p一个n>,<e米>量子力学</e米>,第二版。(1986);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">理查德·l·Liboff</年代p一个n>,<e米>量子力学导论</e米>,第二版。(1992);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">尤金Merzbacher</年代p一个n>,<e米>量子力学</e米>,第二版。(1970);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">J.J.樱井</年代p一个n>,<e米>现代量子力学</e米>启。(1994);和<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">安东尼Sudbery</年代p一个n>,<e米>量子力学和粒子的性质:数学家的轮廓</e米>(1986),而数学但包括有用量子形而上学的账户和总结。<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">理查德·p·费因曼</年代p一个n>,<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">罗伯特·b·雷顿</年代p一个n>,<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">马修金沙</年代p一个n>,<e米>费曼物理学讲义</e米>,3卷,<e米>量子力学</e米>(1965年),是一个个人和刺激的话题。一个好的介绍量子电动力学<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">理查德·p·费因曼</年代p一个n>,<e米>QED:光和物质的奇怪理论</e米>(1985)。</p><p><年代p一个ncl一个年代s="smallcaps">J.C. Polkinghorne</年代p一个n>,<e米>量子世界</e米>(1984);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">约翰·格里宾</年代p一个n>,<e米>寻找薛定谔的猫:量子物理学和现实</e米>(1984);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">亨氏r . Pagels</年代p一个n>,<e米>宇宙代码:量子物理学是大自然的语言</e米>(1982);和<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">大卫·z艾伯特</年代p一个n>,<e米>量子力学和经验</e米>(1992),都是极具可读性和有益的书在公众层面。<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">伯纳德·德斯帕纳特</年代p一个n>,<e米>量子力学的概念基础</e米>,第二版。(1976年),是一个技术的基本概念问题。会议议程,<e米>新技术在量子测量理论和思想</e米>患儿,<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">丹尼尔·m·格林伯格</年代p一个n>(1986),包含一组广泛的论文处理实验和理论方面的测量问题。</p><p>应用程序是由<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">h .劳工</年代p一个n>和<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">H.C.狼</年代p一个n>,<e米>原子物理学和量子:介绍了实验的基本原理和理论</e米>2日扩大。(1987;最初发表在德国,2日启和扩大爱德。,1983);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">埃米利奥·塞格雷</年代p一个n>,<e米>核和粒子:介绍核和亚核的物理</e米>、2日启和扩大。(1977年,1980年再版);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">唐纳德·h·珀金斯</年代p一个n>,<e米>介绍了高能物理</e米>第三版。(1987);<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">查尔斯Kittel</年代p一个n>,<e米>固体物理概论</e米>6日。(1986);和<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">罗德尼·劳登</年代p一个n>,<e米>光的量子理论</e米>第二版(1983年)。<年代p一个ncl一个年代年代="smallcaps">B.W. Petley</年代p一个n>,<e米>测量的基本物理常数和前沿</e米>(1985),给出了一个良好的知识的基本常数的礼物。</p><p>戈登·莱斯利Squires</p><p>EB编辑</p></年代ect我on> </article> </div> </div> <div class="row"> <div class="col-md-3"></div> <div class="col-md-9"> <a id="contributors-anchor" class="adlref" href="//www.rctutku.com/kids/scholars/article/quantum-mechanics/contributors"><button id="article-contributors" class="btn btn-default">文章的贡献者</button></a> </div> </div> </div> </div> <div class="modal fade" id="gisted-article-modal" tabindex="-1" role="dialog"> <div class="modal-dialog modal-lg" role="document"> <div class="modal-content"> <div class="modal-body"> <button type="button" class="close" data-dismiss="modal" aria-label="Close"><span aria-hidden="true">×</年代p一个n></button> <h2 class="text-center">在这里:新大英百科全书孩子网站!yabo亚博网站首页手机</h2><div class="bk-hero-copy"> <p class="text-center">我们一直忙,努力工作为你带来新功能和更新设计。我们希望你和你的家人享受<年代trong>新</年代trong>yabo亚博网站首页手机大英百科全书的孩子。花一分钟来检查所有的增强!</p><div class="row"> <div class="col-md-offset-2 col-md-8 col-sm-offset-1 col-sm-10"> <ul class="bk-list-inside"> <li>相同的安全、可信的内容为所有年龄段的探险家。</l我><l我>今天的访问所有设备:手机、平板电脑和台式机。</l我><l我>改善作业资源用于支持多种课程科目和标准。</l我><l我>一个新的、第三个层次的内容,设计专门满足高级需要的复杂的学者。</l我><l我>所以更多!</l我></ul></div> </div> <div class="row"> <div class="col-sm-6"> <div class="well well-lg text-center"> <div class="bk-product-tour-circles text-center"> <div class="bk-product-tour-circle bk-kids"> <img src="//www.rctutku.com/kids/resources/img/tour/icon-inspire.png" alt="激发图标"> </div> <div class="bk-product-tour-circle bk-students"> <img src="//www.rctutku.com/kids/resources/img/tour/icon-inform.png" alt="通知图标"> </div> <div class="bk-product-tour-circle bk-scholars"> <img src="//www.rctutku.com/kids/resources/img/tour/icon-educate.png" alt="教育的图标"> </div> </div> <h3>想看到它在行动?</h3><一个cl一个年代年代="btn btn-primary btn-lg text-uppercase font-weight-800" href="//www.rctutku.com/kids/tour" target="_blank">的带领下,</一个></div> </div> <div class="col-sm-6"> <div class="well well-lg bk-default text-center"> 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