点击各项目可查看详细内容。
经典物理学认为能量可以连续取任意数值,但量子力学揭示出,原子中电子的能量等微观世界的能量,只能取某个最小单位(量子)的整数倍。这种能量只能取离散、不连续数值的性质称为量子化,由普朗克在1900年为解释黑体辐射而首次提出。
即使每次只向两条狭缝发射一个电子或光子,屏幕上依然会出现仿佛波相互干涉形成的条纹(干涉条纹)。这一实验有力地证明了光和电子等微观粒子在未被观测时像波一样弥散传播,而在被观测的瞬间又会像粒子一样出现在某一点上,这种性质被称为波粒二象性。
1927年海森堡提出的不确定性原理指出,同时精确测量粒子的位置和动量(与速度相关的量)存在根本性的限制。越精确地测量位置,动量的不确定性就越大;反之越精确地测量动量,位置的不确定性就越大。这并非测量仪器性能的问题,而是自然本身的根本性质。
薛定谔的猫是一个思想实验:箱子里的猫会根据放射性物质是否衰变而处于生或死的状态。在打开箱子确认之前,猫被描述为"生与死同时叠加存在"的状态。薛定谔在1935年提出这一实验,意在将量子叠加的概念类比到宏观世界,以此指出量子力学概率诠释所带来的怪异之处。
量子力学并不只是抽象理论,而是众多日常技术的基础。半导体器件利用电子在量子化能带之间跃迁的原理运作;激光则利用原子在特定能级间跃迁并受激辐射发光的现象;核磁共振成像(MRI)设备也运用了原子核的量子力学自旋特性。
量子力学处理原子、电子等极其微小的微观世界,而牛顿力学等经典物理学则能非常精确地描述我们肉眼可见的宏观世界。随着粒子数量增多、物体尺寸增大,量子效应会被平均化而逐渐消失,因此日常尺度的物体用经典力学就已足够精确地描述。
量子力学研究的是原子、电子等微观世界的规律,这与我们凭感官所熟悉的日常经验相去甚远。虽然其中许多现象难以用常理理解,但半导体、激光等当今大量尖端技术,正是建立在这一理论基础之上。
电子只能存在于原子核周围特定的能级上,这正是量子化的典型例子。如果你对原子结构的基础知识感兴趣,不妨继续了解一下。
不是。薛定谔的猫并非真实实验,而是为了揭示将量子叠加概念套用到宏观世界时所产生的悖论而设计的思想实验。
不是。相对论处理的是速度极快或引力极强的宏观情形,而量子力学是研究原子、电子等微观世界的另一套理论体系,将两者统一起来仍是现代物理学面临的重大课题之一。