关于物质波

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 03:18:26


物质波(德布罗意波)(matter wave)指物质在空间中某点某时刻可能出现的几率,其中概率的大小受波动规律的支配。比如一个电子,如果是自由电子,那么它的波函数就是行波,即是说它有可能出现在空间中任何一点,每点几率相等。如果被束缚在氢原子里,并且处于基态,那么它出现在空间任何一点都有可能,

在波尔半径处几率最大。对于你自己也一样,你也有可能出现在月球上,和你坐在电脑前的几率相比,这是非常非常小的,以至于不可能看到这种情况。这些都是量子力学的基本概念,非常有趣。[1]
也就是说,量子力学认为物质没有确定的位置,在不测量时,它出现在哪里都有可能,一旦测量就得到它的其中一个本征值即观测到的位置。对其它可观测量亦呈现出一种分布,观测时得到其中一个本征值,物质波于宏观尺度下表现为对几率波函数的期望值,不确定性失效可忽略不计。
量子力学里,不对易的力学量,比如位置和动量是不能同时测量的,因此不能得到一个物体准确的位置和动量 ,位置测量越准 ,动量越不准,这个叫不确定性原理。哲学认为,不可能被观测的值相当于不存在,因此,根据量子力学,不存在同时拥有准确的动量和位置的粒子。
机械波是周期性的振动在媒质内的传播,电磁波是周期变化的电磁场的传播。物质波既不是机械波,也不是电磁波。在德布罗意提出物质波以后,人们曾经对它提出过各种各样的解释。到1926年,德国物理学家玻恩(1882~1970)提出了符合实验事实的后来为大家公认的统计解释:物质波在某一地方的强度跟在该处找到它所代表的粒子的几率成正比。按照玻恩的解释,物质波乃是一种几率波。德布罗意波的统计解释粒子在某处邻近出现的概率与该处波的强度成正比。
粒子观点
电子密处,概率大。电子疏处,概率小。 
波动观点
电子密处,波强大。电子疏处,波强小。
波强∝振幅平方A2∝粒子密度∝概率。
补充资料
1、物质波的统计解释:波粒两象性是统计性的规律,微观粒子的运动没有确定的轨迹,只能确定它在某一空间位置上出现的几率,物质波与经典的机械波不一样,它是几率波。
2、λ=h/p (h:普朗克常量;p:动量。 λ:波长)
实验证明
1927年,克林顿·戴维森与雷斯特·革末在贝尔实验室将电子射向镍结晶 ,发现其衍射图谱和布拉格定律(这原是用于X射线的)预测的一样。在德布罗意假说被接受之前,科学界认为衍射是只会在波发现的性质。
这是量子力学的重要结果。1922年,康普顿证明了光具粒子的性质,而以上实验就证明了粒子有波的性质,肯定了波粒二象性的学说。物理学家可以使用德布罗意波长,并用波动方程来解释物质的现象。
后来基本粒子也被证实有波的性质。1999年,富勒烯被测出有波的性质



物质波(德布罗意波)(matter wave)指物质在空间中某点某时刻可能出现的几率,其中概率的大小受波动规律的支配。比如一个电子,如果是自由电子,那么它的波函数就是行波,即是说它有可能出现在空间中任何一点,每点几率相等。如果被束缚在氢原子里,并且处于基态,那么它出现在空间任何一点都有可能,

在波尔半径处几率最大。对于你自己也一样,你也有可能出现在月球上,和你坐在电脑前的几率相比,这是非常非常小的,以至于不可能看到这种情况。这些都是量子力学的基本概念,非常有趣。[1]
也就是说,量子力学认为物质没有确定的位置,在不测量时,它出现在哪里都有可能,一旦测量就得到它的其中一个本征值即观测到的位置。对其它可观测量亦呈现出一种分布,观测时得到其中一个本征值,物质波于宏观尺度下表现为对几率波函数的期望值,不确定性失效可忽略不计。
量子力学里,不对易的力学量,比如位置和动量是不能同时测量的,因此不能得到一个物体准确的位置和动量 ,位置测量越准 ,动量越不准,这个叫不确定性原理。哲学认为,不可能被观测的值相当于不存在,因此,根据量子力学,不存在同时拥有准确的动量和位置的粒子。
机械波是周期性的振动在媒质内的传播,电磁波是周期变化的电磁场的传播。物质波既不是机械波,也不是电磁波。在德布罗意提出物质波以后,人们曾经对它提出过各种各样的解释。到1926年,德国物理学家玻恩(1882~1970)提出了符合实验事实的后来为大家公认的统计解释:物质波在某一地方的强度跟在该处找到它所代表的粒子的几率成正比。按照玻恩的解释,物质波乃是一种几率波。德布罗意波的统计解释粒子在某处邻近出现的概率与该处波的强度成正比。
粒子观点
电子密处,概率大。电子疏处,概率小。 
波动观点
电子密处,波强大。电子疏处,波强小。
波强∝振幅平方A2∝粒子密度∝概率。
补充资料
1、物质波的统计解释:波粒两象性是统计性的规律,微观粒子的运动没有确定的轨迹,只能确定它在某一空间位置上出现的几率,物质波与经典的机械波不一样,它是几率波。
2、λ=h/p (h:普朗克常量;p:动量。 λ:波长)
实验证明
1927年,克林顿·戴维森与雷斯特·革末在贝尔实验室将电子射向镍结晶 ,发现其衍射图谱和布拉格定律(这原是用于X射线的)预测的一样。在德布罗意假说被接受之前,科学界认为衍射是只会在波发现的性质。
这是量子力学的重要结果。1922年,康普顿证明了光具粒子的性质,而以上实验就证明了粒子有波的性质,肯定了波粒二象性的学说。物理学家可以使用德布罗意波长,并用波动方程来解释物质的现象。
后来基本粒子也被证实有波的性质。1999年,富勒烯被测出有波的性质

在德国哥廷根大学的一个墓碑上刻着一个非常奇特的墓志铭,它没有文字,仅有一个公式:
pq—qp=h/2πi
这是量子力学中的一个基本关系,它被认为是该大学物理系著名的教授玻恩一生中最为重要的一项贡献。其实,在玻恩担任该系教授及系主任期间,该系一度成为理论物理研究中心,只有哥本哈根N·玻尔研究所才能与之相比。[4]
1882年12月11日,玻恩诞生于德国弗罗茨瓦夫的一个内科医生家庭。四岁时,母亲即去世了,他早期主要跟随外祖母生活。他曾在布雷斯劳大学、柏林大学、海德堡大学、苏黎世大学和剑桥大学读过书,任过教,后在哥延根大学取得哲学博士学位,并留在该校物理系担任系主任,一度该系成为世界理论物理研究中心,连著名的物理学家泡利和海森堡都在该系做他的研究助手。泡利曾因提出“泡利不相容原理”而闻名全世界,海森堡也曾提出了量子力学的一个基本原理(不确定性原理),即“不确定性关系”,表明了经典力学规律不适用于亚原子微粒,因为不能同时知道这些粒子的位置和速度。
1924年,德布罗意提出了物质波的概念,即认为一切宏观粒子都具有与本身能量相对应的波动频率或波长,后来,G·P·汤姆逊(电子的发现者)等人从电子衍射证明电子具有波动性。以此为研究起点,玻恩系统地提出了一种理论体系,把其中德布罗意电子波认为是电子出现的几率波,电子运动可以用一个波函数来表征,它不表示一个电子确定的运动方向与确定的轨道,却说明电子占据空间某一点所存在的几率。犹如抛硬币,事先无法判别正面向上,还是反面向上,却知道它们各自的几率是多少。玻恩用几率波成功地说明了量子力学的波函数的确切含意。
正由于玻恩对量子力学这门新兴学科的重大贡献,使他赢得了1954年度的诺贝尔物理学奖。
相关计算编辑
在光具有波粒二象性的启发下,法国物理学家德布罗意(1892~1987)在1924年提出一个假说,指出波粒二象性不只是光子才有,一切微观粒子,包括电子和质子、中子,都有波粒二象性。他把光子的动量与波长的关系式p=h/λ推广到一切微观粒子上,指出:具有质量m 和速度v 的运动粒子也具有波动性,这种波的波长等于普朗克恒量h 跟粒子动量mv 的比,即λ= h/(mv)。这个关系式后来就叫做德布罗意公式。
从德布罗意公式很容易算出运动粒子的波长。[2]
例如,电子的电荷是1.6×10^-19 库,质量是0.91×10^-30 千克,经过200 伏电势差加速的电子获得的能量E=Ue=200×1.6×10-19 焦=3.2×10-17 焦。这个能量就是电子的动能,即0.5mv^2=3.2×10^-17 焦,因此v=8.39*10^6 米/秒。于是,按照德布罗意公式这运动电子的波长是λ=h/(mv)=6.63*10^-34/(9.1*10^-31*8.39*10^6)=8.7×10-11 米,或者0.87 埃。
我们看到,这个波长与伦琴射线的波长相仿。前面讲过,这样短的波长,只有用晶体做衍射光栅才能观察到衍射现象。后来人们的确用这种办法观察到了电子的衍射,从而证明了德布罗意假说的正确性。
其它编辑
发现了电子、质子等微观粒子的波动性以后,对微观世界的认识统一起来了。不仅原来认为是电磁波的光具有粒子性,而且原来认为是粒子的电子、质子等也具有波动性。当然,应该指出,虽所有的微观粒子都具有波粒二象性,但光子跟电子、质子等粒子还是有很基本的区别的。光子没有静质量,电子、质子等都有静质量.光子的运动速度永远是c,电子、质子等却可以有低于光速c的各种不同的运动速度


   物质的波粒二象性,是一个很容易混淆的概念。测不准原理以及塌缩,也是很容易混淆的概念。

   波粒二象性,从字面上大家都知道了,物质既是波也是粒子。但是这个波动性指什么?粒子性指什么?哪个是第一性?这都还是很容易有人混淆的。


   波粒二象性,首先是波动性,然后是粒子性;波动性是指物质某时某刻出现在某位置的概率和动量值得概率。粒子性是指物质某时刻只可能出现在一个单值位置,动量只会发生一个单值动量,虽然出现在何处是概率性事件,但不可能一个时刻同时身处两个位置,也不可能同一时刻具备两个动量。位置是离散的随机出现,能量是离散的随机涨落,这就是波动性为第一性下的粒子性。

   物质波的波形也是三角函数波形,这是自由粒子物质波的基本形式:p是动量,x是位置,i是虚数单位,加一个横杠的h是普朗克常量除以2π。很明显,物质波的基础形式是一个起伏涨落的三角函数形波。
   

   物质波波函数还需要求偏导,这很重要,因为后面讲不确定性关系要用它:
   波函数对时间求偏导,然后利用经典的动能和动量关系,可以得到薛定谔方程:i,带一杠的h和上面同义,倒三角的平方是梯度算符,m是质量,r是位置,t 是时间。

   




   不确定性。不确定性是指两个共同作为波函数因变量的力学量(这种情况叫两个力学量具有共同波函数),其两者的随机关系是矛盾的:通过测量——也就是给物质以势能束缚,或者动能加速的作用,可以换来这两个力学量一个增大,同时另一个减小。不确定性原理的思想表述如下:两个具有共同波函数的力学量,其出现的位置,动量的涨落,时间的起伏,能量的自我湮灭和自我产生,具体的规律如何,受到波函数的导航进行。

  两个具有共同本征波函数的力学量,其量子涨落——量子涨落就是指上面那句话最后说的四种情况,力学量受到波函数的导航作用,产生的变化就是量子涨落。

  举例来说,位置和动量具有共同波函数,因此,位置的量子涨落,受波函数导航,就是,意思是,表示位置的力学量与波函数的进行乘积,然后再乘以动量力学量;动量的力学量,被波函数导航就是动量乘以波函数,再乘以位置。如图:


  显然,导航是随机的,两个互相独立的随机过程,综合起来看也是随机的。位置的力学量被导航的结果与动量的力学量被导航的结果,肯定是不能保持重合的,因此其结果的统计差总是大于等于   普朗克常量/4π。怎么推导来的呢?用位置被导航的规律减去动量被导航的规律:

  
  看到这,估计有人会想,这不应该是零么,为什么是非零的结果。这是因为波函数是个矢量,矢量与多个标量乘积,与矢量乘积,都要讲先后顺序,所以相减不为零。这个式子,要将上面说的薛定谔方程代入,就可以求出结果。


   这个导航结果的差值,就是不确定性。由于位置和动量本身还要满足一个平均值相互成一定比例对应关系,所以求得的不确定度关系还要再除以2.这个就不铺开讲了。

  什么叫塌缩,前面已经说过,在具有共同波函数,满足不确定性关系的两个力学量中,就是输入能量就改变波函数,波函数改变了,与一个力学量的乘积就会变小,与另一个就会变大,也就是说,塌缩的意思指的是波函数把一个力学量的量子涨落导航的更小,相应的就要把另一个的量子涨落导航的更大些。

   物质的波粒二象性,是一个很容易混淆的概念。测不准原理以及塌缩,也是很容易混淆的概念。

   波粒二象性,从字面上大家都知道了,物质既是波也是粒子。但是这个波动性指什么?粒子性指什么?哪个是第一性?这都还是很容易有人混淆的。


   波粒二象性,首先是波动性,然后是粒子性;波动性是指物质某时某刻出现在某位置的概率和动量值得概率。粒子性是指物质某时刻只可能出现在一个单值位置,动量只会发生一个单值动量,虽然出现在何处是概率性事件,但不可能一个时刻同时身处两个位置,也不可能同一时刻具备两个动量。位置是离散的随机出现,能量是离散的随机涨落,这就是波动性为第一性下的粒子性。

   物质波的波形也是三角函数波形,这是自由粒子物质波的基本形式:p是动量,x是位置,i是虚数单位,加一个横杠的h是普朗克常量除以2π。很明显,物质波的基础形式是一个起伏涨落的三角函数形波。
   

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2016-6-28 20:54 上传



   物质波波函数还需要求偏导,这很重要,因为后面讲不确定性关系要用它:
   波函数对时间求偏导,然后利用经典的动能和动量关系,可以得到薛定谔方程:i,带一杠的h和上面同义,倒三角的平方是梯度算符,m是质量,r是位置,t 是时间。

   

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   不确定性。不确定性是指两个共同作为波函数因变量的力学量(这种情况叫两个力学量具有共同波函数),其两者的随机关系是矛盾的:通过测量——也就是给物质以势能束缚,或者动能加速的作用,可以换来这两个力学量一个增大,同时另一个减小。不确定性原理的思想表述如下:两个具有共同波函数的力学量,其出现的位置,动量的涨落,时间的起伏,能量的自我湮灭和自我产生,具体的规律如何,受到波函数的导航进行。

  两个具有共同本征波函数的力学量,其量子涨落——量子涨落就是指上面那句话最后说的四种情况,力学量受到波函数的导航作用,产生的变化就是量子涨落。

  举例来说,位置和动量具有共同波函数,因此,位置的量子涨落,受波函数导航,就是

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,意思是,表示位置的力学量与波函数的进行乘积,然后再乘以动量力学量;动量的力学量,被波函数导航就是动量乘以波函数,再乘以位置。如图:

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  显然,导航是随机的,两个互相独立的随机过程,综合起来看也是随机的。位置的力学量被导航的结果与动量的力学量被导航的结果,肯定是不能保持重合的,因此其结果的统计差总是大于等于   普朗克常量/4π。怎么推导来的呢?用位置被导航的规律减去动量被导航的规律:

  

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2016-6-28 21:22 上传


  看到这,估计有人会想,这不应该是零么,为什么是非零的结果。这是因为波函数是个矢量,矢量与多个标量乘积,与矢量乘积,都要讲先后顺序,所以相减不为零。这个式子,要将上面说的薛定谔方程代入,就可以求出结果。


   这个导航结果的差值,就是不确定性。由于位置和动量本身还要满足一个平均值相互成一定比例对应关系,所以求得的不确定度关系还要再除以2.这个就不铺开讲了。

  什么叫塌缩,前面已经说过,在具有共同波函数,满足不确定性关系的两个力学量中,就是输入能量就改变波函数,波函数改变了,与一个力学量的乘积就会变小,与另一个就会变大,也就是说,塌缩的意思指的是波函数把一个力学量的量子涨落导航的更小,相应的就要把另一个的量子涨落导航的更大些。
必须为此帖点三个赞。。。一赞楼主,二赞猎杀m1a2,三赞此帖
太灰狼 发表于 2016-6-28 22:49
必须为此帖点三个赞。。。一赞楼主,二赞猎杀m1a2,三赞此帖
一起参与
猎杀m1a2 发表于 2016-6-28 21:29
物质的波粒二象性,是一个很容易混淆的概念。测不准原理以及塌缩,也是很容易混淆的概念。

   波粒二 ...
这一节课深奥啊  我看了三遍了
我觉得吧,可能有一个是本尊,其他都是多维世界的投影
bjnr 发表于 2016-6-29 02:51
这一节课深奥啊  我看了三遍了
确实不是很好理解,我当初学的时候也是反复思考反复前后参照着看才弄明白。
德布罗意在一战的时候,蹲在艾菲尔铁塔上当通讯兵,摆弄无线电报,折腾电磁波折腾了4年。打铁塔上下来以后,看啥都是波。

说实话,人的经历,真的能左右人的视野。
cimingmj 发表于 2016-6-29 11:18
我觉得吧,可能有一个是本尊,其他都是多维世界的投影
这是对于物质波的理解就错了。

为什么说错?因为物质波波动性下的粒子性,以位置的量子涨落性来看,任意一个时刻,单个粒子体系尽管出现位置是随机的,但有且只有这一个出现,不会说因为随机同时刻能出现两个、三个。这个有单值性。

如果按照你说的,一个是本尊,其他是投影,那么一个粒子的位置可以同时随机出现在多处罗?另外,投影和本尊的其他力学量必然有区别,难道一个粒子可以同时刻出现在多个位置没,并且这些位置之间的动量值还随机性的不同?

然而实验表明,并无这样的情况发生
wujingping 发表于 2016-6-29 11:39
德布罗意在一战的时候,蹲在艾菲尔铁塔上当通讯兵,摆弄无线电报,折腾电磁波折腾了4年。打铁塔上下来以后 ...
他的家族就是一个综合了政治家,艺术家,文学家,物理学家的家族。家族里很多人都精通物理学。
感觉物质波是最好理解的,虽然还是理解不了。。。反正我感觉,无论是波,还是塌缩了,都是波。。。
如果说物质是以力为骨架的能量载体,那么物质就没有边界,波动只是在力的范畴内的能量涨落。。。
说到光子,其实光的经典波方程也就是麦克斯韦方程组,就是光的物质波换个形式。虽然两者思想上不同,但是完全等价。

然而就是光波经典干涉的惠更斯原理,虽然和观测者效应干涉原理,量子路径积分(费曼路径积分)思想表述不同,但是也完全等价。惠更斯原理表述光的干涉是光的波程差,导致电磁场在不同相位进行矢量和。而光的观测者效应干涉原理,指的是光子之间相互观测彼此,决定了彼此的导航路线。可以证明,这两个等价。

猎杀m1a2 发表于 2016-6-29 11:45
他的家族就是一个综合了政治家,艺术家,文学家,物理学家的家族。家族里很多人都精通物理学。
他哥在第一次索尔维会议上当大会秘书。整理了各位大牛的聊天记录。弟弟看见以后,俩眼发直,就立刻从学历史的文科生,改行当了学物理的理科生。

未来航空兵 发表于 2016-6-29 11:49
如果说物质是以力为骨架的能量载体,那么物质就没有边界,波动只是在力的范畴内的能量涨落。。。


有点意思,接近了量子力学的真正思想了。光子就是在电磁电场和磁场波动范围内量子和能量涨落,但涨落虽然随机,某时刻出现一定也是单值的,不能说同时刻出现两个值。这里指单个光子的情况。

光子的涨落或者应该概括为:出现与湮灭,此处受波函数导航随机出现一个光子,彼处就要湮灭一个光子。


按照量子力学的观点看,电磁波就是光波,但电磁波不是光子,光波是电磁波,光子不是电磁波,电磁波是光子量子涨落的导航规律。
未来航空兵 发表于 2016-6-29 11:49
如果说物质是以力为骨架的能量载体,那么物质就没有边界,波动只是在力的范畴内的能量涨落。。。


有点意思,接近了量子力学的真正思想了。光子就是在电磁电场和磁场波动范围内量子和能量涨落,但涨落虽然随机,某时刻出现一定也是单值的,不能说同时刻出现两个值。这里指单个光子的情况。

光子的涨落或者应该概括为:出现与湮灭,此处受波函数导航随机出现一个光子,彼处就要湮灭一个光子。


按照量子力学的观点看,电磁波就是光波,但电磁波不是光子,光波是电磁波,光子不是电磁波,电磁波是光子量子涨落的导航规律。
有点意思,接近了量子力学的真正思想了。光子就是在电磁电场和磁场波动范围内量子和能量涨落,但涨落虽 ...
物质可生可灭,但是能量守恒么?

未来航空兵 发表于 2016-6-29 12:42
物质可生可灭,但是能量守恒么?


守恒。

光的物质波由于光子的能量处于不确定性中,所以探讨光子确定的能量毫无意义。但光子的能量涨落是这样的表述:自由光子在某刻,于随机的位置出现一个,出现的动量和能量随机的发生为一个值(因为自由光子动量和能量总是保持确定关系);同时,其他时刻任意位置出现的光子都消失。


能量守恒体现在,只要波函数不受观测被改变了,那么该光子能量的平均值,就是不变的。实际上,我们讲一个光子具有多少能量,讲的是其所有能量涨落过程中的平均值。
未来航空兵 发表于 2016-6-29 12:42
物质可生可灭,但是能量守恒么?


守恒。

光的物质波由于光子的能量处于不确定性中,所以探讨光子确定的能量毫无意义。但光子的能量涨落是这样的表述:自由光子在某刻,于随机的位置出现一个,出现的动量和能量随机的发生为一个值(因为自由光子动量和能量总是保持确定关系);同时,其他时刻任意位置出现的光子都消失。


能量守恒体现在,只要波函数不受观测被改变了,那么该光子能量的平均值,就是不变的。实际上,我们讲一个光子具有多少能量,讲的是其所有能量涨落过程中的平均值。
猎杀m1a2 发表于 2016-6-29 12:20
有点意思,接近了量子力学的真正思想了。光子就是在电磁电场和磁场波动范围内量子和能量涨落,但涨落虽 ...
高能的光子可以打碎粒子。当然高能的粒子也能给光子找麻烦。因此等离子隐身其实就是高能的等离子体跟光子相互作用,导致电磁波发生改变。
wujingping 发表于 2016-6-29 13:18
高能的光子可以打碎粒子。当然高能的粒子也能给光子找麻烦。因此等离子隐身其实就是高能的等离子体跟光子 ...

   其实,高能的光子可以打碎粒子,以及高能粒子改变光,都是量子力学中的观测。

  很多粒子还有次一级的结构,这些结构中靠力场 束缚。前面已经说过,束缚一个物质的力场也是这个物质波函数的决定因素之一。光波有电场,有磁场,光照射在有次级结构的粒子上,只要能级足够,粒子的次级结构粒子各自波函数就改变了,因此这些波动性,也是粒子性。


  举个例子,都不用高能光子,比如说原子就是一种具有次级结构的粒子,原子核和电子之间靠电场连接,靠磁场定空间取向。现在,一个光子进入了原子核和电子之间,光子的能级足够大,那么根据观测者原理,光观测了原子,改变了原子核和电子之间的力场强度,因此,电子的波函数就改变了,电子就被改变了的波函数导航到新的位置上去了。(当然原子核整体的波函数也要改变,但是改变太小,这里忽略讲)

  反过来,粒子在一定条件下也可以观测光。
猎杀m1a2 发表于 2016-6-29 11:26
确实不是很好理解,我当初学的时候也是反复思考反复前后参照着看才弄明白。
我在多看几遍吧
猎杀m1a2 发表于 2016-6-29 11:49
说到光子,其实光的经典波方程也就是麦克斯韦方程组,就是光的物质波换个形式。虽然两者思想上不同,但是完 ...
一种形式的不同表现?
wujingping 发表于 2016-6-29 13:18
高能的光子可以打碎粒子。当然高能的粒子也能给光子找麻烦。因此等离子隐身其实就是高能的等离子体跟光子 ...
但也屏蔽了飞机自身的电磁观测 因此一直无法投入使用
bjnr 发表于 2016-6-29 14:25
一种形式的不同表现?

应该说,麦克斯韦方程组只是大量同频光子波函数的宏观统计形式
猎杀m1a2 发表于 2016-6-29 14:00
其实,高能的光子可以打碎粒子,以及高能粒子改变光,都是量子力学中的观测。

  很多粒子还有次 ...
量子力学基本上属于毁三观的玩意儿。反对者包括波函数的提出者薛定谔。大家感叹,薛定谔不懂薛定谔方程。德布罗意也是一样,只不过他比较开放,嘴也没那么硬。薛定谔非要整出个“薛定谔的猫”来。爱因斯坦就相信存在隐变量。后来惠勒拿着自己学生费曼搞的路径积分给他看。老头子还是一晃脑袋不认账。

wujingping 发表于 2016-6-29 17:22
量子力学基本上属于毁三观的玩意儿。反对者包括波函数的提出者薛定谔。大家感叹,薛定谔不懂薛定谔方程。 ...


没你说这么玄乎,量子力学还是能搞懂的,薛定谔,德布罗意只是不清楚波函数本质为何产生,但是表述和理解是精确没有混乱的。其原理也是可证伪并且结果可以重复的。

费曼路径积分实际是传播子的另一个解法,仍然没有探讨波函数产生实质是什么的问题。这个和玻尔与爱因斯坦之争没有关系。
wujingping 发表于 2016-6-29 17:22
量子力学基本上属于毁三观的玩意儿。反对者包括波函数的提出者薛定谔。大家感叹,薛定谔不懂薛定谔方程。 ...


没你说这么玄乎,量子力学还是能搞懂的,薛定谔,德布罗意只是不清楚波函数本质为何产生,但是表述和理解是精确没有混乱的。其原理也是可证伪并且结果可以重复的。

费曼路径积分实际是传播子的另一个解法,仍然没有探讨波函数产生实质是什么的问题。这个和玻尔与爱因斯坦之争没有关系。
猎杀m1a2 发表于 2016-6-29 17:40
没你说这么玄乎,量子力学还是能搞懂的,薛定谔,德布罗意只是不清楚波函数本质为何产生,但是表述和理 ...
不是不懂,而是不喜欢。跟他们的三观相抵触。
wujingping 发表于 2016-6-29 17:45
不是不懂,而是不喜欢。跟他们的三观相抵触。
有什么抵触的呢?据我所知,爱因斯坦并不抵触量子力学,相反其还用量子力学研究过电子在原子中跃迁概率问题。

爱因斯坦只不过和玻尔意见相左。薛定谔,海森堡,泡利,玻恩这些人根本不参与波函数产生实质这个哲学问题争论
猎杀m1a2 发表于 2016-6-29 17:40
没你说这么玄乎,量子力学还是能搞懂的,薛定谔,德布罗意只是不清楚波函数本质为何产生,但是表述和理 ...
他们的争论不是波函数实质是什么的问题,而是观察/塌缩的条件是什么的问题。什么条件导致观察发生,什么条件保持Unitary演化?这才是最根本的问题。现在的量子力学完全不能预测观察发生的必要条件,只是笼统的认为足够宏观的系统能进行观察。

比如说一对电子可以通过电场/光子互相观察(比如位置观察,把双方的波函数塌缩成Delta函数)。可是同样的一对电子也可以通过电场耦合形成复合波函数连续演化。什么时候前者发生,什么时候后者会发生现在的量子力学完全没有答案。这才是最关键的问题。

像你说的粒子之间互相观察的说法是最符合常理的说法。问题是目前的量子力学的数学框架不支持,如果量子力学能预测(或者给个几率分布)什么时候粒子会互相观察的话这个问题就解决了。目前我知道的最接近这个路子的方向有去相干理论和Transactional诠释。
enroger 发表于 2016-6-29 18:38
他们的争论不是波函数实质是什么的问题,而是观察/塌缩的条件是什么的问题。什么条件导致观察发生,什么 ...



观测是什么,这已经很清楚了,就是输入能量,根据薛定谔方程,输入势能,输入动能,都会改变解得的波函数。这个没有可以争论的,因为薛定谔方程推出来的时候,就已经明确了什么是量子力学的观测,就是输入能量。

你说的有一点是对的,就是由于时间也是一个量子涨落的力学量,时间也是不确定的,无法判断观测发生和结束的时刻。这个确实是没有的。

从薛定谔方程的各种形式,可以知道用什么能进行观测,确实不知道为何会发生波函数和观测,也不知道何时观测作用开始和结束。——这个问题如果要得到解答,其实就是在摸清楚波函数产生的本质是什么。
猎杀m1a2 发表于 2016-6-29 18:51
观测是什么,这已经很清楚了,就是输入能量,根据薛定谔方程,输入势能,输入动能,都会改变解得的 ...
改变势能导致波函数改变本身还是连续Unitary演化的过程,和观察是两种完全不同的过程。像你说的改变势能,在薛定谔方程求改变后的解,这和含时哈密顿系统的演化是一样的。而观察过程呢?一下子就要系统挑选观察operator的其中一个本征态。数学上是完全不同的过程。

我纠结的不是观察时间的不确定性。就拿我说的双电子系统为例,电子对可以永远保持在复合波函数的连续演化,一辈子都不发生观察;同样它们可以在下一个纳秒就互相观察了(或者说去相干)。这不是时间不确定性的问题,这压根就是不完备~

其实你说的完全用薛定谔方程解释观察过程是一个理想,确切说是去相干理论的理想,目前还没有达到。

enroger 发表于 2016-6-29 19:04
改变势能导致波函数改变本身还是连续Unitary演化的过程,和观察是两种完全不同的过程。像你说的改变势能 ...


但是用薛定谔方程解释什么样的物理量导致观测,确实是符合实验结果的。这个是没有疑义的。

尽管由于时间也在涨落,也就是说你说的不完备,永远无法预测物质的精确确定行为。但是不影响解释不确定性关系中的塌缩指的是什么。

诚然,用薛定谔方程解释观测要用什么才能去做,是不完备的。

  但又何必苛求,科学总是不完备的,总不会有完备的科学理论——除非科学探索到尽头。薛定谔方程和海森堡不确定性关系足以解释波粒二象性,也足以为实验证实就可以了。


enroger 发表于 2016-6-29 19:04
改变势能导致波函数改变本身还是连续Unitary演化的过程,和观察是两种完全不同的过程。像你说的改变势能 ...


但是用薛定谔方程解释什么样的物理量导致观测,确实是符合实验结果的。这个是没有疑义的。

尽管由于时间也在涨落,也就是说你说的不完备,永远无法预测物质的精确确定行为。但是不影响解释不确定性关系中的塌缩指的是什么。

诚然,用薛定谔方程解释观测要用什么才能去做,是不完备的。

  但又何必苛求,科学总是不完备的,总不会有完备的科学理论——除非科学探索到尽头。薛定谔方程和海森堡不确定性关系足以解释波粒二象性,也足以为实验证实就可以了。

猎杀m1a2 发表于 2016-6-29 19:08
但是用薛定谔方程解释什么样的物理量导致观察,确实是符合实验结果的。这个是没有疑义的。

尽管由于时 ...
薛定谔方程能给出精确预测的前提是我们先假设有某些宏观东西会对系统进行观察,比如我已知照相底片会对电子进行位置观察,那么只要我用薛定谔方程计算电子本身的波函数就能给出准确的统计学预测。

可是我怎么知道照相底片会对电子进行位置观察?用常识猜的!好吧,如果我把照相底片的所有原子和电子一块形成超大规模的复合波函数呢?可是这样只会给我一个永远连续演化的系统,而不会出现观察/挑选一个本征态的事件。你看到问题出在哪里了吗?

enroger 发表于 2016-6-29 19:21
薛定谔方程能给出精确预测的前提是我们先假设有某些宏观东西会对系统进行观察,比如我已知照相底片会对电 ...


找出决定物质观测事件所有历史及其背后原因,这要涉及物质波实质问题的探索,但是对于解释,应用薛定谔方程,以及测不准原理是没有影响的。

你可以说它不完备,然而科学从没有做到逻辑上完备过,不完备之处就是留待进一步科学探索的地方。


玻尔和爱因斯坦无非是争这个。但是很遗憾这两人尽管已经是人类中绝顶聪明者,仍没将这个话题从哲学争论上升到具有可证伪性的科学假说理论。
enroger 发表于 2016-6-29 19:21
薛定谔方程能给出精确预测的前提是我们先假设有某些宏观东西会对系统进行观察,比如我已知照相底片会对电 ...


找出决定物质观测事件所有历史及其背后原因,这要涉及物质波实质问题的探索,但是对于解释,应用薛定谔方程,以及测不准原理是没有影响的。

你可以说它不完备,然而科学从没有做到逻辑上完备过,不完备之处就是留待进一步科学探索的地方。


玻尔和爱因斯坦无非是争这个。但是很遗憾这两人尽管已经是人类中绝顶聪明者,仍没将这个话题从哲学争论上升到具有可证伪性的科学假说理论。
猎杀m1a2 发表于 2016-6-29 20:05
找出决定物质观测事件所有历史及其背后原因,这要涉及物质波实质问题的探索,但是对于解释,应用薛定谔方 ...
是呀,量子就是这么好玩~如此的不完备,却又用起来一点都没有问题(除了搞量子计算的,他们最讨厌去相干了)~

所以科普量子力学的时候最好先指出它不完备的地方,量子大师们教量子课时会先说“我下面要讲的内容有些不靠谱,可是这是我们目前能给出的最好的理论。。。。。。”或者其他类似的话~

说量子力学很完美是不好的,最后学生想破脑袋也想不通还以为是自己笨~

另外,其实这个逻辑不完备的问题才是当年薛定谔,老爱等人不喜欢量子力学的原因,薛定谔的猫和维格纳的朋友的辩论都是直指这一个核心问题。到现在还没有解决。我做梦都想着哪个天才最终提出一个精妙无比的解释,朝闻道啊~
enroger 发表于 2016-6-29 20:32
是呀,量子就是这么好玩~如此的不完备,却又用起来一点都没有问题(除了搞量子计算的,他们最讨厌去相干 ...
。。。额,我没说量子力学是完美的啊。。。。


海森堡说过:“科学在讨论中前进”,其实就是指当时关于量子力学实质性问题还完全不清楚这个事情,还需要在探讨中逐步发掘。

薛定谔、海森堡、玻恩、泡利、狄拉克这些量子力学祖师爷,也最不喜欢公开争论量子力学本质的问题。因为他们自己也想不出如何用数学完备的表达量子力学,然后拿到实践中来接受考验,而哲学式的公开争论对于他们而言是不喜的。


这个问题是当代物理的三个不完备的问题之一,除了量子力学的不完备外,还有时间和空间根本实质是什么,还有个什么忘了。

爱因斯坦还提出一个终极物理问题:宇宙为什么可以理解。。


我个人认为,有生之年,这些问题都没有机会闻其道了。
猎杀m1a2 发表于 2016-6-29 21:41
。。。额,我没说量子力学是完美的啊。。。。
如果我理解错了你的意思就对不起了~

不要那么快把这个问题推到“不可证伪的哲学问题”那块,别的不说退相干概率还是可以观察的。多年来也不断有人尝试,比如隐变量,退相干,非线性薛定谔方程,Transactional解释。。。等等(平行世界被我无视了~)

就算这个问题真的不可证伪我也不会忽略它,尽管可证伪科学和真理是两码事儿,可是大部分学物理的人都会有一丝想知道真相的幻想吧?大概我比你乐观一点~
诸位高手,关于波函数的解释,勉强能理解

但是延迟选择实验是怎么回事情?是现在决定了过去吗?

gameboy999 发表于 2016-7-2 01:20
诸位高手,关于波函数的解释,勉强能理解

但是延迟选择实验是怎么回事情?是现在决定了过去吗?


延迟选择,是像“”现在决定了过去"但并不是“现在决定了过去”。 像和是 还是有很大区别的


这是因为时间也是一个量子涨落的力学量,最终粒子干涉的规律是一个统计性的“传播子“或者“路径积分”(这两者等价),在这个规律中,具体时间的先后顺序其实是没有物理意义的。
gameboy999 发表于 2016-7-2 01:20
诸位高手,关于波函数的解释,勉强能理解

但是延迟选择实验是怎么回事情?是现在决定了过去吗?


延迟选择,是像“”现在决定了过去"但并不是“现在决定了过去”。 像和是 还是有很大区别的


这是因为时间也是一个量子涨落的力学量,最终粒子干涉的规律是一个统计性的“传播子“或者“路径积分”(这两者等价),在这个规律中,具体时间的先后顺序其实是没有物理意义的。