量子定理导论

时间:2020-05-25 12:55:21   作者:
量子定理导论

量子是一个独特而有趣的词,我几乎学过所有的物理!但唯一让我感到惊讶的是物理学,它让我告诉自己,我不仅仅是在那里问这些问题。

量子定理导论

一张好的照片是一个好的开始

量子意义是什么

根据调查,我能找到的对这个问题最好的解释是!如下!

能量的离散量在大小上与它所代表的辐射频率成正比。

上面的定义就是量子的定义(物理意义上的)

作品简介:

我的这篇文章是我空间的第一篇文章!因为我总是开始为我的空间写文章介绍复杂的方式!

我将讲述量子世界的所有部分!(在物理中)我不会对所有这些部分做过多的描述,只是说总结和解释!

我想让你们所有人首先知道“量子世界”是什么?以及“它们是如何工作的!”

什么是量子定理?

我回答这个问题简直要发疯了!量子定理是指任何基于量子力学或与量子力学有关的理论!

量子定理A.K.量子力学是对我们周围自然的研究,但是是在原子尺度上的研究!

量子物理学本身就意味着它处理的是存在于我们周围的非常小的事物!

为什么我们需要量子力学,我们就不能用经典物理吗?

不,我的兄弟姐妹们我们不能用经典物理学来解释一切!有一些在人类头脑中唤起的问题是不能用经典物理学来回答的!因为经典物理学是研究人类经验中的物质和能量的学科!如果你想了解自然和创造,你必须超越它,必须使用量子力学,这样你就可以对你周围的自然有一个合乎逻辑的理解!

历史:

量子力学诞生的时候,人们认为我们在物理上已经没有什么可学的了!但是他们错了!正如物理学家在他的社区中有另一个成员,他即将把它公之于众!

你知道我喜欢什么物理理论吗?我喜欢相对论和量子力学!因为这是物理的两个部分,改变了我们的理解,让我们思考了一遍又一遍!

在19世纪末和20世纪初,这两个物理学的传奇诞生了!

谁做了这个? 

一个叫马克斯·普朗克的人!他是我最喜欢的科学家!他是一个有牺牲精神的人,一个真正的科学家!如果我开始谈论他,那就需要整篇文章!所以,我就长话短说,我只讲他发明的量子力学!

有很多科学家创造了今天的量子力学!但是马克斯·普朗克是真正在量子力学中创造了第一个纯粹的理论发明的人!

它是如何制作的?

早在20世纪初,马克斯·普朗克就接到一家灯泡公司的任务,要让他们的灯泡更亮!

现在,马克斯·普朗克爵士承担了这项任务,他制定了一个名为黑体辐射的课题!我会在下面告诉你更多关于黑体辐射的信息!

这样就形成了一个公式或者通过形成黑体辐射这是古斯塔夫·基尔霍夫提出的一个术语!

所以,他被称为量子力学之父!现在?我不会讲更多的历史,因为这是一个物理话题!有遗憾!

量子力学的所有理论:

黑体辐射:

量子定理导论

黑体辐射是指任何受热物体发出的光谱;常见的例子包括烤面包机的加热元件和灯泡的灯丝。黑体辐射的光谱强度峰值频率随发射体温度的增加而增加:室温物体(约300k)发射的辐射峰值强度为远红外;来自烤面包机灯丝和灯泡灯丝的辐射(分别约为700k和2000k)也在红外波段达到峰值,尽管它们的光谱逐渐扩展到可见光;而6000千米的太阳表面发出的黑体辐射在可见范围的中心达到峰值。在19世纪90年代后期,基于经典电磁理论和热力学对黑体辐射光谱的计算无法复制仔细测量的结果。事实上,这些计算预测了一个荒谬的结果,即在任何温度下,光谱强度随频率无限制地增加。

1900年,德国物理学家马克斯·普朗克成功地计算了黑体光谱匹配实验结果提出了基本振子在任何物体的表面(振荡器)无关的详细结构只能发出和吸收电磁辐射在离散的数据包,数据包的能量是直接辐射的频率成正比,E =高频。比例常数h,普朗克通过将其理论结果与现有实验数据进行比较确定,现在称为普朗克常数,近似值为6。626×10−34焦耳∙秒。

普朗克的实验和结果是基于数学,而不是任何物理基础!

光子:光的量子化:

1905年,阿尔伯特·爱因斯坦又迈出了一步。他认为量子化不仅仅是一个数学结构,而是一束光中的能量实际上以单个的包的形式发生,现在被称为光子。频率为f的单光子的能量是由频率乘以普朗克常数h(一个非常小的正数)得到的:

物质的量子化:原子的玻尔模型:

在20世纪初,物理学面临着许多问题!

他们是:

电子绕着原子核旋转

发射光谱

量子定理导论

氢的发射光谱!

尼尔斯·玻尔给了我们他的原子模型!它与卢瑟福很相似,但是它有一些变化,很快它也有一些基本问题得到了解决!

波粒二象性:

像光一样的二元性,所以物质也没有什么不同!

作为波的物质首先在电子实验中得到证明:电子束可以表现出衍射,就像光束或水波一样。后来在原子甚至分子中也发现了类似的波状现象。

波长λ,与任何对象与它的动量相关,p,普朗克常数,h。

这种关系被称为德布罗意假说,适用于所有类型的物质:所有物质都具有粒子和波的属性。

波粒二象性的概念说,无论是经典的“粒子”概念还是“波”概念都不能完全描述量子尺度的物体的行为,无论是光子还是物质。波粒二象性是量子物理学中互补原理的一个例子。

双缝干涉实验中:

量子定理导论

这个实验首先是由博学的托马斯·杨做的!

一束光通过两个狭窄的、间隔紧密的狭缝,在屏幕上产生光和暗条纹的干涉图样。如果其中一个狭缝被遮住了,人们可能会天真地以为,干涉引起的条纹强度到处都会减半。事实上,可以看到一个简单得多的图案,一个衍射图案正对着开口的狭缝。同样的行为也可以在水波中得到证明,因此,双缝实验被看作是光的波动特性的证明。

应用于玻尔模型:

德布罗意通过展示原子核周围轨道上的电子可以被认为具有波的性质,扩展了原子的波尔模型。特别地,只有在允许驻波环绕原子核的情况下才能观察到电子。驻波的一个例子是小提琴的弦,它两端固定,可以使其振动。弦乐器产生的波似乎在原地振荡,以一种上下运动的方式从波峰移动到波谷。驻波的波长与振动物体的长度和边界条件有关。例如,因为小提琴的弦两端是固定的,所以它可以携带波长的驻波

其中l是长度,n是正整数。德布罗意提出,允许的电子轨道是那些轨道的周长是波长的整数倍的轨道。因此,电子的波长决定了只有距离原子核一定距离的玻尔轨道是可能的。反过来,在离原子核的距离小于某一值时,就不可能建立轨道。离原子核的最小可能距离称为玻尔半径。

旋转:

1922年,奥托·斯特恩(Otto Stern)和瓦尔特·格拉赫(Walther Gerlach)在一个非均匀磁场中发射了银原子。相对于它的北极,指向上,指向下,或者介于两者之间,在经典力学中,通过磁场抛出的磁铁可能会向上或向下偏转一小段或大段的距离。斯特恩和格拉赫射入磁场的原子也有类似的作用。然而,虽然磁体可以偏离可变的距离,原子总是会偏离一个恒定的距离或上升或下降。这就意味着,与磁铁的方向相对应的原子属性必须被量化,取两个值中的一个(向上或向下),而不是从任何角度自由选择。

拉尔夫•克罗尼格(Ralph Kronig)创立了一种理论,认为原子或电子等粒子的行为就像它们围绕一个轴旋转或“自旋”。自旋可以解释磁矩的缺失,如果两个电子在同一个轨道上“旋转”成相反的方向,那么它们就可以占据不同的量子态,从而满足排斥性原理。量子数表示自旋的意义(正或负)。

现代量子力学的发展:

量子力学可以说是一个新的课题,是物理学的一部分!但兄弟,这是物理,我们不断得到新的东西和新的定理!

正如我之前所提到的,一个人不可能成为所有科学领域的专家!

一个人可以是一个博学者,但这并不意味着他可以是所有科学的专家!我尊重那些研究量子力学的人!我想学习计算机科学!我知道很多人会说这个科目也很难,但相信我,它不是!

在我选择深度学习作为我的核心兴趣之前,我学习研究并成为了计算机科学的一个部分的专家!

我以前做过网络安全!我几乎使用了所有的战术、技巧和学习!但是我不喜欢我的工作,Allaah指引我,给我真理之光!所以,我离开了网络安全!

现在我要做的就是在你面前!我对我的学习非常严格,之后我只写关于数学、物理和计算机科学的答案和文章!

量子力学也不例外。我正在学习这一部分的物理,当我没有物理作为我的研究的一部分!

我14岁的时候就开始学习了!现在我17岁了!我是“物理空间”最年轻的成员和贡献者

现在来谈谈量子力学,尽管它是一种非常新型的物理学,但我仍然可以说已经有了大规模的现代化!我认为这是非常重要和相关的话题!所以,我提到了这些!

氢发射光谱中不同谱线的强度。

描述量子-机械波行为的方程。

矩阵力学

这些是现代量子力学的组成部分!这些是科学家欧文和维尔纳发明的!

时间是允许的!

兄弟姐妹的时间是允许的,所以我不能提供更多关于其他主题的细节!我只会在描述中提到重要的那个!

哥本哈根解释:

系统完全由波函数描述,通常用希腊字母("psi")表示。(海森堡)

薛定谔方程给出了随时间的变化。

对自然的描述本质上是概率性的。一个事件发生的概率——例如,在屏幕上出现一个粒子的双缝实验——与它的波函数的振幅绝对值的平方有关。(波恩规则,由Max Born提出,它赋予了波函数在哥本哈根解释中的物理意义:概率振幅)

不可能同时知道系统的所有属性值;那些不明确的性质必须用概率来描述。(海森堡的不确定性原理)

物质,像能量一样,表现出波粒二象性。实验可以演示物质的粒子性质,也可以演示物质的波状性质;但不是同时发生。(玻尔提出的互补原则)

测量装置本质上是经典装置,用来测量诸如位置和动量等经典特性。

大系统的量子力学描述应该接近经典描述。(玻尔与海森堡对应原理)

部分:

不确定性原理

波函数坍塌

态下,特征值

泡利不相容原理

应用于氢原子

狄拉克波动方程:

1928年,保罗·狄拉克将描述自旋电子的泡利方程扩展到狭义相对论中。结果产生了一种理论,该理论恰当地处理了一些事件,例如电子绕原子核运行的速度,其速度仅为光速的一小部分。通过使用最简单的电磁相互作用,狄拉克能够预测出与电子自旋相关的磁矩值,并发现了实验观测值,这个值太大了,不可能是经典物理学所定义的自旋带电球体的磁矩值。他能够解出氢原子的谱线,并根据物理学第一原理复制出索末菲尔德成功的精细氢谱结构公式。

狄拉克的方程有时会产生一个负值的能量,为此他提出了一个新的解决方案:他假设存在一个反电子和一个动态真空。这就引出了多粒子量子场论。

量子纠缠:



泡利不相容原理认为一个系统中的两个电子不可能处于同一状态。然而,自然也留下了这样的可能性,即两个电子可以在各自的状态上“叠加”。回想一下,从双缝同时出现的波函数到达检测屏幕时处于叠加状态。没有什么是确定的,直到叠加的波形“崩溃”。在那一瞬间,一个电子出现在某处,其概率是两个叠加波形的复值振幅之和的绝对值的平方。

假设我们有两种光子的颜色编码状态:一种状态标记为蓝色,另一种状态标记为红色。让红色和蓝色状态的叠加(在想象中)显示为紫色状态。我们考虑这样一种情况:两个光子是由单个原子事件产生的。也许它们是由晶体的激发产生的,晶体的特性是吸收一个特定频率的光子并释放出两个原始频率一半的光子。在这种情况下,在单个原子事件中,光子通过它们的共同起源相互连接。这种设置导致光子的叠加状态。所以这两个光子是紫色的。如果实验者现在做一些实验来确定其中一个光子是蓝色的还是红色的,那么这个实验就会把一个有蓝色和红色叠加特征的光子变成一个只有其中一个特征的光子。爱因斯坦的问题这样一个想象的情况是,如果其中一个光子被反映在实验室之间不停地跳跃在地球上,和另一个一半前往最近的恒星,当它的孪生兄弟是呈现为蓝色或红色,这意味着遥远的光子现在也不得不失去紫色的地位。所以无论什么时候,在它的孪生兄弟被测量后,它可能会被研究,它一定会以相反的状态出现,无论它的孪生兄弟揭示了什么。

量子场理论:

量子场论的想法始于20世纪20年代末,由英国物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)提出,当时他试图量化电磁场(需要澄清)——这是一个从经典理论出发构建量子理论的过程。

《韦氏词典》将物理领域定义为“一个特定效应(如磁力)存在的区域或空间”,其他效应表现为引力和静电。2008年,物理学家理查德·哈蒙德写道:

有时我们区分量子力学(QM)和量子场论(QFT)。QM是指粒子数量固定,场(如机电场)是连续的经典实体的系统。QFT……更进一步,允许粒子的产生和湮灭……

然而,他补充说,量子力学经常被用来指代“量子观的整个概念”。

量子电动力学:

量子电动力学(QED),带电粒子与电磁场相互作用的量子场论。它不仅从数学上描述了光与物质的所有相互作用,而且还从数学上描述了带电粒子之间的相互作用。QED是一个相对论理论,因为爱因斯坦的狭义相对论是建立在每一个方程中的。由于原子和分子的行为本质上主要是电磁的,所以所有的原子物理学都可以被认为是该理论的试验实验室。量子电动力学的一些最精确的测试是关于被称为介子的亚原子粒子特性的实验。这类粒子的磁矩已被证明与理论一致,达到了9位有效数字。如此高精确度的一致性使得量子电动力学成为迄今为止最成功的物理学理论之一。

标准模型:

在20世纪60年代,物理学家们意识到QED在极高的能量下会分解。从这种不一致性中发现了粒子物理的标准模型,从理论上弥补了高能击穿。它是另一个扩展的量子场论,将电磁和弱相互作用统一为一个理论。这被称为电弱理论。

解释:

与量子力学有关的物理测量、方程和预测都是一致的,并具有非常高的证实水平。然而,关于这些抽象模型如何解释现实世界的潜在本质,人们给出了不同的答案。这些解释差异很大,有时还有些抽象。例如,哥本哈根解释认为,在测量之前,关于粒子属性的陈述是完全没有意义的,而在多世界解释中,描述的是由所有可能的宇宙组成的多元宇宙的存在。
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