您当前位置:首页-物理空间-详情

在什么情况下,牛顿定律不起作用而量子物理学起作用?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-10-28 08:56:32

在讲授固态物理课程时,我经常用下面的例子:

假设一个粒子被困在没有其他约束的一维空间区域中。在量子力学中处理这个问题就得到了所谓的方阱问题。

在什么情况下,牛顿定律不起作用而量子物理学起作用?

这个问题的有趣之处在于粒子只有一定的可能的能量。我们说能级是量子化的。但更重要的是,最低能量不是零。也就是说,这个方形阱中的粒子不可能静止。为什么?因为那样会违反海森堡测不准原理,即位置和动量的不确定度的乘积不能小于一个特定的值,这就排除了速度为零的可能性。(当然,仅仅因为海森堡表达了这个原理并不能使它成为事实,但是他的原理已经得到了实验的证实。所以在讨论中接受它吧)

然后我会问,一个被困在房间里的保龄球,如果它只能朝一个方向滚动,它的最低能量是多少。这是同样的问题。如果保龄球不能越过房间的墙壁,它就会受到限制,就像方形井中的粒子受到限制一样。所以我们可以用量子力学平方阱问题的解来计算保龄球的最低可能能量。因为这个能量就是动能,我们可以计算出保龄球的最小速度,它不是零。根据量子力学,你不能让保龄球停下来。

这有什么意义呢?

如果你根据量子理论计算出保龄球的最低速度,并估算出球移动的最短距离来检测它是否移动了,那么它移动到那个距离所花的时间将比宇宙的年龄还要长。也就是说,对于保龄球,量子力学给出了和经典力学相同的答案。它可以停止(在任何人都能检测到的范围内),而不违反测不准原理。

所以现在,原则上,你可以往回做决定一个粒子的最小质量应该是多少它所处的空间的最小维度在最低允许动能明显大于零之前。
D相关下载
Z最新攻略更多+
热门文章更多+
近期大作更多+