量子理論 物理學

量子理論物理學第一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六量子理論第二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六討論題：1，顯像管中的電子都有確定的能量和確定的運動軌道，而且可以利用經典電磁學計算。這是否與量子力學矛盾？在這個問題中電子完全被處理為經典粒子。顯像管的設計師是否必須懂得量子力學？2，根據量子測量的假定，在沒有做出測量之前，系統(tǒng)由一個波函數(shù)描述，測量時才坍縮到確定的本征態(tài)。那么，在我們看一個宏觀物體（例如月球）之前，這個宏觀物體是否在你看到的那個地方？3,量子力學的極限=?=牛頓力學

第三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六4.薛定諤貓和富翁的遺囑，是一回事嗎？第四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六1900年,普朗克提出黑體輻射公式,量子論誕生.

(普朗克,M.Planck,1858-1947,德國物理學家,1919年獲1918年諾貝爾物理獎.)第五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六為什么要量子力學?量子概念已經能夠解釋黑體輻射,光電效應,康普頓效應等現(xiàn)象。量子物理學家，瘋狂還是保守！普朗克，愛因斯坦，薛定諤，狄拉克，……第六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六1913年玻爾利用量子概念，對盧瑟福的原子模型給出了兩個限制，建立了一個氫原子的理論，解決了原子的穩(wěn)定性問題。而且成功地解釋了氫原子的幾個光譜線系。N.Bohr第七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六康普頓效應1924年,康普頓和他的學生吳有訓用

X-射線

打到物質上，并測量散射的X-射線

的波長.經典理論：

入射X-射線損失部分能量，從而強度減小，但波長不變

l2=l1.MATTER入射X-射線

波長l1l2>

l1散射X-射線

波長l2電子出射實驗結果：l2>

l1

?e第八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六量子圖像入射X-射線

E1=hc/l1e電子靜止l2>

l1散射X-射線E2=hc/l2eEee康普頓發(fā)現(xiàn),如果把光看成質量為0的粒子，具有能量

E=hc/l

和

動量

p=h/l

光子和電子的碰撞??！

能量動量守恒第九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六第十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六第十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六

經典圖像量子圖像波的能量

(振幅)2能量/光子

=hc/l第十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六物質波計算一個1kg磚塊以1000m/s速度運動時的波長.

l=h/mv=6.6x10-34Js/(1kg)(1000m/s)

=6.6x10-37m.非常?。?！

對于宏觀物質，無法感知波的性質事實上，宏觀物質不表現(xiàn)出量子特征有更深刻的原因。第十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六對于微觀粒子電子的波長

(m=9.1x10-31kg)以1x107m/s的速度運動.

l=h/mv

=6.6x10-34Js/(9.1x10-31kg)(1x107m/s)

=7.3x10-11m.

=0.073nm

波長在X-射線區(qū)域第十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六粒子是如何成為波的?第十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六怎樣看物體?光從表面反射到達眼睛.

在眼睛中形成圖像第十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六WavelengthversusSize對于可見光顯微鏡，可以分辨

10-6m=1mm=1000nm大小.

可見光的波長~500nm，不可能分辨比波長跟小的尺度

光學顯微鏡下的細菌電子顯微鏡!第十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六電子顯微鏡掃描電子顯微鏡(SEM)照片.可以分辨1nm!利用電子的波動性制造的顯微鏡，可以分辨更小的物體!第十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六STM第十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六

波函數(shù)–狀態(tài)的描述粒子由一個復函數(shù)

表示，稱為波函數(shù)，或概率幅.

玻恩幾率解釋：

如果在時刻t,對以波函數(shù)

描述的粒子進行位置測量，測得的結果可以是不同的，而在

的—小區(qū)域

中發(fā)現(xiàn)該粒子的概率為

.(

)第二十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六

第二十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六

第二十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六

第二十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六

第二十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六

第二十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六

第二十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六

第二十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六

第二十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六第二十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六第三十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六疊加原理第三十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六波函數(shù)滿足薛定諤方程。對一個狀態(tài)進行測量，其波函數(shù)塌縮到與測量相關的本征態(tài)。Dirac符號和進一步的抽象：量子態(tài)是希伯特空間的一個矢量，記為,在中間可以插入標記狀態(tài)的字母。量子力學課程將會仔細介紹量子力學的數(shù)學。

第三十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六薛定諤的貓Accordingtoquantumtheory,ifacatcanbeinastate|ALIVEandastate|DEAD,itcanalsobeinastate

|ALIVE+|DEAD.Whydon’tweseecatsinsuchsuperpositionstates?+第三十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六2023/6/25上海交通大學理論物理研究所馬紅孺第三十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六2023/6/25上海交通大學理論物理研究所馬紅孺第三十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六2023/6/25上海交通大學理論物理研究所馬紅孺第三十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六量子力學是一個更基本的理論的概率表現(xiàn)？隱變量？答案：NO！Bell不等式拋一個硬幣，正面和反面各以一定概率出現(xiàn)，但硬幣的運動滿足經典力學。第三十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六JohnStewartBell(28June

1928

–

1October

1990)1990年因腦出血不幸去世.第三十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六2023/6/25上海交通大學理論物理研究所馬紅孺第三十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六2023/6/25上海交通大學理論物理研究所馬紅孺第四十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六2023/6/25上海交通大學理論物理研究所馬紅孺第四十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六2023/6/25上海交通大學理論物理研究所馬紅孺第四十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六

勢壘

第四十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六勢壘勢阱對于微觀粒子,第四十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六定態(tài)薛定諤方程是……第四十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六一般勢壘:WKB近似第四十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六掃描針尖樣品表面電子云第四十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六第四十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六第四十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六第五十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六第五十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期六從原子到晶體，從能級到能帶孤立原子—能級---原子相互作用—能級分裂—固體--能帶第五十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星