簡述量子化學基本假定包含哪些內容

A. 何為量子化學

量子化學是應用量子力學的規律和方法來研究化學問題的一門學科。將量子理論應用於原子體系還是分子體系是區分量子物理與量銷賣子化學的標准之一。目前認為最早的量子化學計算是1927年布勞（Ø.Burrau）對H2+離子以及同年沃爾特·海特勒（Walter Heitler）和弗里茨·倫敦（Fritz London）對H2分子的計算，開創量子化學這一個交叉學科。經過近八十年發展之掘模後，量子化學已經成為化學家們廣泛應用的一種理論方法。虧散逗

B. 量子理論的內容是什麼

量子力學

有人引用量子力學中的隨機性支持自由意志說，但是第一，這種微觀尺度上的隨機性和通常意義下的宏觀的自由意志之間仍然有著難以逾越的距離；第二，這種隨機性是否不可約簡(irrecible)還難以證明，因為人們在微觀尺度上的觀察能力仍然有限。
自然界是否真有隨機性還是一個懸而未決的問題。統計學中的許多隨機事件的例子，嚴格說來實為決定性的。 量子力學是研究微觀粒子的運動規律的物理學分支學科，它主要研究原子、分子、凝聚態物質，以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論，它與相對論一起構成了現代物理學的理論基礎。量子力學不僅鎮首判是近代物理學的基礎理論之一，而且在化學等有關學科和許多近代技術中也得到了廣泛的應用。

量子力學的發展簡史

量子力學是在舊量子論的基礎上發展起來的。舊量子論包括普朗克的量子假說、愛因斯坦的光量子理論和玻爾的原子理論。

1900年，普朗克提出輻射量子假說，假定電磁場和物質交換能量是以間斷的形式(能量子)實現的，能量子的大小同輻射頻率成正比，比例常數稱為普朗克常數，從而得出黑體輻射能量分布公式，成功地解釋了黑體輻射現象。

1905年，愛因斯坦引進光量子(光子)的概念，並給出了光子的能量、動量與輻射的頻率和波長的關系，成功地解釋了光電效應。其後，他又提出固體的振動能量也是量子化的，從而解釋了低溫下固體比熱問題。

1913年，玻爾在盧瑟福有核原子模型的基礎上建立起原子的量子理論。按照這個理論，原子中的電子只能在分立的軌道上運動，原子具有確定的能量，它所處的這種狀態叫「定態」，而且原子只有從一個定態到另一個定態，才能吸收或輻射能量。這個理論雖然有許多成功之處，但對於進一步解釋實驗現象還有許多困難。

在人們認識到光具有波動和微粒的二象性之後，為了解釋一些經典理論無法解釋的現象，法國物理學家德布羅意於1923年提出微觀粒子具有波粒二象性的假說。德布羅意認為：正如光具有波粒二象性一樣，實體的微粒(如電子、原子等)也具有這種性質，即既具有粒子性也具有波動性。這一假說不久就為實驗所證實。

德布羅意的波粒二象性假設：E=ħω，p=h/λ，其中ħ＝h/2π，可以由E=p²/2m得到λ＝√(h²/2mE)。

由於微觀粒子具有波粒二象性，微觀粒子所遵循的運動規律就不同於宏觀物體的運動規律，描述微觀粒子運動規律的量子力學也就不同於描述宏觀物體運動規律的經典力學。當粒子的大小由微觀過渡到宏觀時，它所遵循的規律也由量子力學過渡到經典力學。

量子力學與經典力學的差別首先表現御改在對粒子的狀態和力學量的描述及其變化規律上。在量子力學中，粒子的狀態用波函數描述，它是坐標和時間的復函數。為了描寫微觀粒子狀態隨時間變化的規律，就需要找出波函數所滿足的運動方程。這個方程是薛定諤在1926年首先找到的，被稱為薛定諤方程。

當微觀粒子處於某一狀態時，它的力學量(如坐標、動量、角動量、能量等)一般不具有確定的數值，而具有一系列可能值，每個可能值以一定的幾率出現。當粒子所處的狀態確定時，力學量具有某一可能值的幾率也就完全確定。這就是1927年，海森伯得出的測不準關系，同時玻爾提出了並協原理，對量子力學給出了進一步的闡釋。

量子力學和狹義相對論的結合產生了相對論量子力學。經狄拉克、海森伯和泡利等人的工作發展了量子電動力學。20世紀30年代以後形成了描述各種粒子場的量子化理論——量子場論，它構成了描述基本粒子現象的理論基礎。

量子力學是在舊量子論建立之後發展建立起來的。舊量子論對經典物理理論加以某種人為的修正或附加條件以便解釋微觀領域中的一些現象。由於舊量子論不能令人滿意，人們在尋找微觀領域的規律時，從兩條不同的道路建立了量子力學。

1925年，海森堡基於物理理論只處理可觀察量的認識，拋棄了不可觀察的軌芹脊道概念，並從可觀察的輻射頻率及其強度出發，和玻恩、約爾丹一起建立起矩陣力學；1926年，薛定諤基於量子性是微觀體系波動性的反映這一認識，找到了微觀體系的運動方程，從而建立起波動力學，其後不久還證明了波動力學和矩陣力學的數學等價性；狄拉克和約爾丹各自獨立地發展了一種普遍的變換理論，給出量子力學簡潔、完善的數學表達形式。

海森堡還提出了測不準原理，原理的公式表達如下：ΔxΔp≥ħ/2。

量子力學的基本內容

量子力學的基本原理包括量子態的概念，運動方程、理論概念和觀測物理量之間的對應規則和物理原理。

在量子力學中，一個物理體系的狀態由態函數表示，態函數的任意線性疊加仍然代表體系的一種可能狀態。狀態隨時間的變化遵循一個線性微分方程，該方程預言體系的行為，物理量由滿足一定條件的、代表某種運算的算符表示；測量處於某一狀態的物理體系的某一物理量的操作，對應於代表該量的算符對其態函數的作用；測量的可能取值由該算符的本徵方程決定，測量的期待值由一個包含該算符的積分方程計算。

態函數的平方代表作為其變數的物理量出現的幾率。根據這些基本原理並附以其他必要的假設，量子力學可以解釋原子和亞原子的各種現象。

根據狄拉克符號表示，態函數，用<Ψ|和|Ψ>表示，態函數的概率密度用ρ＝<Ψ|Ψ>表示，其概率流密度用（ħ/2mi）（Ψ*▽Ψ－Ψ▽Ψ*）表示，其概率為概率密度的空間積分。

態函數可以表示為展開在正交空間集里的態矢比如|Ψ（x）>＝∑|ρ_i>，其中|ρ_i>為彼此正交的空間基矢，<m|n>＝δm,n為狄拉克函數，滿足正交歸一性質。

態函數滿足薛定諤波動方程，iħ(d/dt)|m>=H|m>,分離變數後就能得到不含時狀態下的演化方程H|m>＝En|m>，En是能量本徵值，H是哈密頓能量運算元。

於是經典物理量的量子化問題就歸結為薛定諤波動方程的求解問題。

關於量子力學的解釋涉及許多哲學問題，其核心是因果性和物理實在問題。按動力學意義上的因果律說，量子力學的運動方程也是因果律方程，當體系的某一時刻的狀態被知道時，可以根據運動方程預言它的未來和過去任意時刻的狀態。

但量子力學的預言和經典物理學運動方程(質點運動方程和波動方程)的預言在性質上是不同的。在經典物理學理論中，對一個體系的測量不會改變它的狀態，它只有一種變化，並按運動方程演進。因此，運動方程對決定體系狀態的力學量可以作出確定的預言。

但在量子力學中，體系的狀態有兩種變化，一種是體系的狀態按運動方程演進，這是可逆的變化；另一種是測量改變體系狀態的不可逆變化。因此，量子力學對決定狀態的物理量不能給出確定的預言，只能給出物理量取值的幾率。在這個意義上，經典物理學因果律在微觀領域失效了。

據此，一些物理學家和哲學家斷言量子力學擯棄因果性，而另一些物理學家和哲學家則認為量子力學因果律反映的是一種新型的因果性——幾率因果性。量子力學中代表量子態的波函數是在整個空間定義的，態的任何變化是同時在整個空間實現的。

20世紀70年代以來，關於遠隔粒子關聯的實驗表明，類空分離的事件存在著量子力學預言的關聯。這種關聯是同狹義相對論關於客體之間只能以不大於光速的速度傳遞物理相互作用的觀點相矛盾的。於是，有些物理學家和哲學家為了解釋這種關聯的存在，提出在量子世界存在一種全局因果性或整體因果性，這種不同於建立在狹義相對論基礎上的局域因果性，可以從整體上同時決定相關體系的行為。

量子力學用量子態的概念表徵微觀體系狀態，深化了人們對物理實在的理解。微觀體系的性質總是在它們與其他體系，特別是觀察儀器的相互作用中表現出來。

人們對觀察結果用經典物理學語言描述時，發現微觀體系在不同的條件下，或主要表現為波動圖象，或主要表現為粒子行為。而量子態的概念所表達的，則是微觀體系與儀器相互作用而產生的表現為波或粒子的可能性。

量子力學表明，微觀物理實在既不是波也不是粒子，真正的實在是量子態。真實狀態分解為隱態和顯態，是由於測量所造成的，在這里只有顯態才符合經典物理學實在的含義。微觀體系的實在性還表現在它的不可分離性上。量子力學把研究對象及其所處的環境看作一個整體，它不允許把世界看成由彼此分離的、獨立的部分組成的。關於遠隔粒子關聯實驗的結論，也定量地支持了量子態不可分離

C. 普朗克公式的普朗克量子假設

1900年普朗克獲得一個和實驗結果一致的純粹經驗公式，1901年他提出了能判鄭量量子化假設：輻射中心是帶電的線性諧振子，它能夠同周圍的電磁場交換能量，諧振子的能量不連續，是一個量子能量的整數倍：

式中v是振子的振動頻率，h是普朗克常數，它是量子論中最基本的常數。根據這個假設，可以導出普朗克公式：
它給出輻射場能量密度按頻率的分布，式中T是熱力學溫度,k是玻耳茲曼常數。如圖表示輻射場能量密度隨波長變化的曲線，它同實驗結果完全一致。
作為黑體的空腔內的輻射場，既可以分解為一系列單色平面波的疊加，又可看作是由光子組成的氣體。光子的能量ε、動量p、波長λ和頻率v之間遵從德布羅意關系ε=hv，
則有ε=сp，在p到p+dp的動量間隔內，光子的量子態數目為

其中V是空腔的體積。只有腔壁不斷發射和吸收光子才能在輻射場沒基中建立起熱平衡，所以光子氣體中的光子數就不恆定，這意味著光子氣體的化學勢為零。而且，光子彼此間沒有相互作用,光子氣體是遵從玻色分布的理想氣體。於是，每個量子態上的平均光子數應為

這樣容易得到普朗克公式。
普朗克公式在高頻范圍hvkT的極限條件下，過渡到維恩公式

此式表明,w(v,T)隨著v的增加很快地趨近於零,也就是說在熱平衡狀態下，幾乎不存在高頻光子，這是因為高頻枯沖謹光子的能量遠大於kT，而腔壁發射這樣高能量的光子的幾率是極小的。普朗克公式在低頻hv<<kT的極限條件下，過渡到瑞利－金斯公式，這正是以經典統計理論為基礎的能量均分的結果。在瑞利-金斯公式中不出現普朗克常數h。可見，把h看作很小乃至零時，量子理論就過渡到經典理論。
普朗克通過對黑體輻射的深刻研究而建立起來的公式是物理學的一個重大突破，他首次提出的量子論，開創了理論物理學發展的新紀元。

D. 量子力學的基本內容是什麼

量子力學是描述微觀世界結構、運動與變化規律的物理科學。它是20世紀人類文明發展的一個重大飛躍，量子力學的發現引發了一系列劃時代的科學發現與技術發明，對人類社會的進步做出重要貢獻。 19世紀末正當人們為經典物理取得重大成就的時候，一系列經典理論無法解釋的現象一個接一個地發現了。德國物理學家維恩通過熱輻射能譜的測量發現的熱輻射定理。德國物理學家普朗克為了解釋熱輻射能譜提出了一個大膽的假拿慎備設：在熱輻射的產生與吸收過程中能量是以hV為最小單位，一份一份交換的。這個能量量子化的假設不僅強調了熱輻射能量的不連續性，而且與輻射能量和頻率無關由振幅確定的基本概念直接相矛盾，無法孝緩納入任何一個經典範疇。當時只有少數科學家認真研究這個問題。 著名科學家愛因斯坦經過認真思考，於1905年提出了光量子說。1916年美國物理學家密立根發表了光電效應實驗結果，驗證了愛因斯坦的光量子說。 愛因斯坦1913年丹麥物理學家玻爾為解決盧瑟福原子行星模型的不穩定（按經典理論，原子中電子繞原子核作圓周運動要輻射能量，導致軌道半徑縮小直到跌落進原子核，與正電荷中和），提出定態假設：原子中的電子並不像行星一樣可在任意經典力學的軌道上運轉，穩定軌道的作用量fpdq必須為h的整數倍（角動量量子化），即fpdq＝nh，n稱之為量子數。玻爾又提出原子發光過程不是經典輻射，是電子在不同的穩定軌道態之間的不連續的躍遷過程，光的頻率由軌道態之間的能量差AE＝hV確定，即頻率法則。這樣，玻爾原子理論以它簡單明晰的圖像解釋了氫原子分立光譜線，並以電子軌道態直觀地解釋了化學元素周期表，導致了72號元素鉛的發現，在隨後的短短十多年內引發了一系列的重大科學進展。這在物理學史上是空前的。 由於量子論的深刻內涵，以玻爾為代表的哥本哈根學派對此進行了深入的研究，他們對對應原理、矩陣力學、不相容原理、測消毀不準關系、互補原理。量子力學的幾率解釋等都做出了貢獻。 1923年4月美國物理學家康普頓發表了X射線被電子散射所引起的頻率變小現象，即康普頓效應。按經典波動理論，靜止物體對波的散射不會改變頻率。而按愛因斯坦光量子說這是兩個「粒子」碰撞的結果。光量子在碰撞時不僅將能量傳遞而且也將動量傳遞給了電子，使光量子說得到了實驗的證明。 光不僅僅是電磁波，也是一種具有能量動量的粒子。1924年美籍奧地利物理學家泡利發表了「不相容原理」：原子中不能有兩個電子同時處於同一量子態。這一原理解釋了原子中電子的殼層結構。這個原理對所有實體物質的基本粒子（通常稱之為費米子，如質子、中子、誇克等）都適用，構成了量子統計力學———費米統計的基點。為解釋光譜線的精細結構與反常塞曼效應，泡利建議對於原於中的電子軌道態，除了已有的與經典力學量（能量、角動量及其分量）對應的三個量子數之外應引進第四個量子數。這個量子數後來稱為「自旋」，是表述基本粒子一種內在性質的物理量。 1924年，法國物理學家德布羅意提出了表達波粒二象性的愛因斯坦———德布羅意關系：E＝hV，p＝h／入，將表徵粒子性的物理量能量、動量與表徵波性的頻率、波長通過一個常數h相等。 1925年，德國物理學家海森伯和玻爾，建立了量子理論第一個數學描述———矩陣力學。1926年，奧地利科學家提出了描述物質波連續時空演化的偏微分方程———薛定諤方程，給出了量子論的另一個數學描述——波動力學。1948年,費曼創立了量子力學的路徑積分形式。 量子力學在低速、微觀的現象范圍內具有普遍適用的意義。它是現代物理學基礎之一，在現代科學技術中的表面物理、半導體物理、凝聚態物理、粒子物理、低溫超導物理、量子化學以及分子生物學等學科的發展中，都有重要的理論意義。量子力學的產生和發展標志著人類認識自然實現了從宏觀世界向微觀世界的重大飛躍。量子力學與經典力學的一個主要區別，在於測量過程在理論中的地位。在經典力學中，一個物理系統的位置和動量，可以無限精確地被確定和被預言。至少在理論上，測量對這個系統本身，並沒有任何影響，並可以無限精確地進行。在量子力學中，測量過程本身對系統造成影響。 要描寫一個可觀察量的測量，需要將一個系統的狀態，線性分解為該可觀察量的一組本徵態的線性組合。測量過程可以看作是在這些本徵態上的一個投影，測量結果是對應於被投影的本徵態的本徵值。假如，對這個系統的無限多個拷貝，每一個拷貝都進行一次測量的話，我們可以獲得所有可能的測量值的機率分布，每個值的機率等於對應的本徵態的系數的絕對值平方。 由此可見，對於兩個不同的物理量A和B的測量順序，可能直接影響其測量結果。事實上，不相容可觀察量就是這樣的，即 。 不確定性原理 最著名的不相容可觀察量，是一個粒子的位置x和動量p。它們的不確定性Δx和Δp的乘積，大於或等於普朗克常數的一半： 海森堡由此得出結論，認為不確定性是由於測量過程的限制導致的，至於粒子的特性是否真的不確定還未知。玻爾則將不確定性看作是物理系統的一個原理。今天的物理學見解基本上接受了玻爾的解釋。不過，在今天的理論中，不確定性不是單一粒子的屬性，而是一個系綜相同的粒子的屬性。這可以視為一個統計問題。不確定性是整個系綜的不確定性。也就是說，對於整個系綜來說，其總的位置的不確定性Δx和總的動量的不確定性Δp，不能小於一個特定的值：這個公式被稱為不確定性原理。它是由海森堡首先提出的。不確定的原因是位置和動量的測量順序，直接影響到其測量值，也就是說其測量順序的交換，直接會影響其測量值。 機率 通過將一個狀態分解為可觀察量本徵態 的線性組合，可以得到狀態在每一個本徵態的機率幅ci。這機率幅的絕對值平方|ci|2就是測量到該本徵值ni的概率，這也是該系統處於本徵態 的概率。ci可以通過將 投影到各本徵態 上計算出來： 因此，對於一個系綜的完全相同系統的某一可觀察量，進行同樣地測量，一般獲得的結果是不同的；除非，該系統已經處於該可觀察量的本徵態上了。通過對系綜內，每一個同一狀態的系統，進行同樣的測量，可以獲得測量值ni的統計分布。所有試驗，都面臨著這個測量值與量子力學的統計計算的問題。同樣粒子的不可區分性和泡利原理 由於從原則上，無法徹底確定一個量子物理系統的狀態，因此在量子力學中內在特性（比如質量、電荷等）完全相同的粒子之間的區分，失去了其意義。在經典力學中，每個粒子的位置和動量，全部是完全可知的，它們的軌跡可以被預言。通過一個測量，可以確定每一個粒子。在量子力學中，每個粒子的位置和動量是由波函數表達，因此，當幾個粒子的波函數互相重疊時，給每個粒子「掛上一個標簽」的做法失去了其意義。 這個相同粒子(identicalparticles)的不可區分性，對狀態的對稱性，以及多粒子系統的統計力學，有深遠的影響。比如說，一個由相同粒子組成的多粒子系統的狀態，在交換兩個粒子「1」和粒子「2」時，我們可以證明，不是對稱的 ，就是反對稱的 。對稱狀態的粒子被稱為玻色子，反對稱狀態的粒子被稱為費米子。此外自旋的對換也形成對稱：自旋為半數的粒子（如電子、質子和中子）是反對稱的，因此是費米子；自旋為整數的粒子（如光子）是對稱的，因此是玻色子。這個深奧的粒子的自旋、對稱和統計學之間關系，只有通過相對論量子場論才能導出，但它也影響到了非相對論量子力學中的現象。費米子的反對稱性的一個結果是泡利不相容原理，即兩個費米子無法佔據同一狀態。這個原理擁有極大的實用意義。它表示在我們的由原子組成的物質世界裡，電子無法同時占據同一狀態，因此在最低狀態被占據後，下一個電子必須占據次低的狀態，直到所有的狀態均被滿足為止。這個現象決定了物質的物理和化學特性。 費米子與玻色子的狀態的熱分布也相差很大：玻色子遵循玻色-愛因斯坦統計，而費米子則遵循費米-狄拉克統計。 量子糾纏 往往一個由多個粒子組成的系統的狀態，無法被分離為其組成的單個粒子的狀態，在這種情況下，單個粒子的狀態被稱為是糾纏的。糾纏的粒子有驚人的特性，這些特性違背一般的直覺。比如說，對一個粒子的測量，可以導致整個系統的波包立刻塌縮，因此也影響到另一個、遙遠的、與被測量的粒子糾纏的粒子。這個現象並不違背狹義相對論，因為在量子力學的層面上，在測量粒子前，你不能定義它們，實際上它們仍是一個整體。不過在測量它們之後，它們就會脫離量子糾纏這狀態。 量子脫散 </B>作為一個基本理論，量子力學原則上，應該適用於任何大小的物理系統，也就是說不僅限於微觀系統，那麼，它應該提供一個過渡到宏觀「經典」物理的方法。量子現象的存在提出了一個問題，即怎樣從量子力學的觀點，解釋宏觀系統的經典現象。尤其無法直接看出的是，量子力學中的疊加狀態，如何應用到宏觀世界上來。1954年，愛因斯坦在給馬克斯·波恩的信中，就提出了怎樣從量子力學的角度，來解釋宏觀物體的定位的問題，他指出僅僅量子力學現象太「小」無法解釋這個問題。 這個問題的另一個例子是由薛定諤提出的薛定諤的貓的思想實驗。 直到1970年左右，人們才開始真正領會到，上述的思想實驗，實際上並不實際，因為它們忽略了不可避免的與周圍環境的相互作用。事實證明，疊加狀態非常容易受周圍環境的影響。比如說，在雙縫實驗中，電子或光子與空氣分子的碰撞或者發射輻射，就可以影響到對形成衍射非常關鍵的各個狀態 之間的相位的關系。在量子力學中這個現象，被稱為量子脫散。它是由系統狀態與周圍環境影響的相互作用導致的。這個相互作用可以表達為每個系統狀態與環境狀態 的糾纏。其結果是只有在考慮整個系統時（即實驗系統+環境系統）疊加才有效，而假如孤立地只考慮實驗系統的系統狀態的話，那麼就只剩下這個系統的「經典」分布了。量子脫散是今天量子力學解釋宏觀量子系統的經典性質的主要方式。 對於量子計算機來說，量子脫散也有實際意義。在一台量子計算機中，需要多個量子狀態盡可能地長時間保持疊加。脫散時間短是一個非常大的技術問題。 應用 在許多現代技術裝備中，量子物理學的效應起了重要的作用。從激光、電子顯微鏡、原子鍾到核磁共振的醫學圖像顯示裝置，都關鍵地依靠了量子力學的原理和效應。對半導體的研究導致了二極體和三極體的發明，最後為現代的電子工業鋪平了道路。在核武器的發明過程中，量子力學的概念也起了一個關鍵的作用。 在上述這些發明創造中，量子力學的概念和數學描述，往往很少直接起了一個作用，而是固體物理學、化學、材料科學或者核物理學的概念和規則，起了主要作用，但是，在所有這些學科中，量子力學均是其基礎，這些學科的基本理論，全部是建立在量子力學之上的。 以下僅能列舉出一些最顯著的量子力學的應用，而且，這些列出的例子，肯定也非常不完全。實際上，在現代的技術中，量子力學無處不在。 原子物理和化學 任何物質的化學特性，均是由其原子和分子的電子結構所決定的。通過解析包括了所有相關的原子核和電子的多粒子薛定諤方程，可以計算出該原子或分子的電子結構。在實踐中，人們認識到，要計算這樣的方程實在太復雜，而且在許多情況下，只要使用簡化的模型和規則，就足以確定物質的化學特性了。在建立這樣的簡化的模型中，量子力學起了一個非常重要的作用。 一個在化學中非常常用的模型是原子軌道。在這個模型中，分子的電子的多粒子狀態，通過將每個原子的電子單粒子狀態加到一起形成。這個模型包含著許多不同的近似（比如忽略電子之間的排斥力、電子運動與原子核運動脫離等等），但是它可以近似地、准確地描寫原子的能級。除比較簡單的計算過程外，這個模型還可以直覺地給出電子排布以及軌道的圖像描述。 通過原子軌道，人們可以使用非常簡單的原則（洪德定則）來區分電子排布。化學穩定性的規則（八隅律、幻數）也很容易從這個量子力學模型中推導出來。 通過將數個原子軌道加在一起，可以將這個模型擴展為分子軌道。由於分子一般不是球對稱的，因此這個計算要比原子軌道要復雜得多。理論化學中的分支，量子化學和計算機化學，專門使用近似的薛定諤方程，來計算復雜的分子的結構及其化學特性的學科。 原子核物理學 原子核物理學是研究原子核性質的物理學分支。它主要有三大領域：研究各類次原子粒子與它們之間的關系、分類與分析原子核的結構、帶動相應的核子技術進展。 固體物理學 為什麼金剛石硬、脆和透明，而同樣由碳組成的石墨卻軟而不透明？為什麼金屬導熱、導電，有金屬光澤？發光二極體、二極體和三極體的工作原理是什麼？鐵為什麼有鐵磁性？超導的原理是什麼？ 以上這些例子，可以使人想像出固體物理有多麼多樣性。事實上，凝聚態物理學是物理學中最大的分支，而所有凝聚態物理學中的現象，從微觀角度上，都只有通過量子力學，才能正確地被解釋。使用經典物理，頂多隻能從表面上和現象上，提出一部分的解釋。 量子力學(Quantum Mechanics)是研究微觀粒子的運動規律的物理學分支學科，它主要研究原子、分子、凝聚態物質，以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論，它與相對論一起構成了現代物理學的理論基礎。量子力學不僅是近代物理學的基礎理論之一，而且在化學等有關學科和許多近代技術中也得到了廣泛的應用。 謝謝採納把 我還有很多這方面的word，有時間發你QQ郵箱把 新年快樂

E. 量子力學究竟有幾個基本假設

物理學是一門基於實驗的科學，在尊重微觀粒子實驗的基礎上，加上一些假設條件便建立了量子力學。這些假設可以總結為四個：

1、量子態空間假設。

2、量子態演化假設。

3、量子測量假設。

4、復合系統假設。

量子力學（早啟Quantum Mechanics），為物理學理論，是研究物質世界微觀粒子運動規律的陸伍如物理學分支，主要研究原子、分子、凝聚態物質，以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論。它與相對論一起構成現代物理學的理論基礎。量子力學不僅是現代物理學的基礎理論之一，而且在化學等學科和許多近代技術中得到廣泛應用。

19世紀末，人們發現舊有的經典理論無法解釋微觀系統，於是經由物理學家的努力，在20世紀初創立量子力學，解釋了這些現象。量子力橘歲學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除了廣義相對論描寫的引力以外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力學的框架內描述（量子場論）。

以上參考來源：網路-量子力學

F. 學習量子化學需要掌握哪些數學及物理知識

物理系之所以把量子力學排到最後空塵禪，就是因為前面學的所有課程都是量子力學的先修課。數學方面：微積分，線性代數，概率論(了解就行)，數學物理兄叢方程(很重要)，前面說了解一點復變函數的，我就想問你不學復變函數怎斗塵么學的數學物理方程。物理方面：普通物理學(可以拿來做了解)，理論力學主要是分析力學部分，電動力學多少看一點，主要是學一點計算方法，熱統的統計物理部分，原子物理看看最好，不看也無所謂。推薦課本的話，數學拿著同濟出的那套高數線代完全夠了，要是願意的話找本微積分教程或者吉米多維奇啃更好，不過沒必要。物理教材的話可以去網上查一下國內的主流教材都有哪些。量子力學推薦格里菲斯的量子力學概論，曾謹言的可以拿來當做習題書，學有餘力的話錢伯初、周世勛、蘇汝鏗的書都可以拿來看看，還有一個法國人出的量子力學。(初等)量子力學學習經驗總結:我把量子力學分為6個部分吧:薛定諤方程與波函數,勢阱束縛態與勢壘散射態,厄米算符與力學量,軌道與自旋角動量,氫原子與原子光譜,微擾論各部分需要的必備先修知識如下(括弧中的不必備但能讓理解更方便):薛方程:波動光學,常微分方程勢場:常微分方程,(數理方法)算符:線性代數角動量:線性代數氫原子:數理方法,(高中化學)微擾論:高等數學好像都集中在數學. 經典物理對量子力學的幫助不是很大.近代物理的幫助會比較大,很多學校都是先學近代物理再學量子力學。

G. 量子化學能做什麼

量子化學的研究范圍包括穩定和不穩定分子的結構、性能，及其結構與性能之間的關系；分子與分子之間的相互作用；分子與分子之間的相互碰撞和相互反應等問題。
量子化學可分基礎研究和應用研究兩大類，基礎研究主要是尋求量子化學中的自身規律，建立量子化學的多體方法和計算方法等，多體方法包括化學鍵理論、密度矩陣理論和傳播子理論，以及多級微擾理論、群論和圖論在量子化學中的應用等。應用研究是利用量子化學方法處理化學問題，用量子化學的結果解釋化學現象。
量子化學的研究結果在其他化學分支學科的直接應用，導致了量子化學對這些學科的滲透，並建立了一些邊緣學科，主要有量子有機化學、量子無機化學、量子生物和葯物化學、表面吸附和催化中的量子理論、分子間相互作用的量子化學理論和分子反應動力學的量子理論等。
三種化學鍵理論建立較早，至今仍在不斷發展、豐富和提高，它與結構化學和合成化學的發展緊密相聯、互相促進。合成化學的研究提供了新型化合物的類型，豐富了化學鍵理論的內容；同時，化學鍵理論也指導和預言一些可能的新化合物的合成；結構化學的測定則是理論和實驗聯系的橋梁。
其它化學許多分支學科也已使用量子化學的概念、方法和結論。例如分子軌道的概念已得到普遍應用。絕對反應速率理論和分子軌道對稱守恆原理，都是量子化學應用到化學反應動力學所取得的成就。
今後，量子化學在其他化學分支學科的研究方面將發揮更大的作用，如催化與表面化學、原子簇化學、分子動態學、生物與葯物大分子化學等方面。
以上都是來自網路的，個人感覺量化更適合物理背景的研究人員來做，畢竟化學背景的人員數理基礎普遍不太好。

H. 量子論的基本內容和觀點是什麼 什麼是量子論

量子論是現代物理學的兩大基石之一。量子論提供了新的關於自然界的觀察、思考和表述方法。量子論揭示了微觀物質世界的基本規律，為原子物理學、固體物理學、核物理學、粒子物理學以及現代信息技術奠定了理論基礎。它能很好地解釋原子結構、原子光譜的規律性、化學元素的性質、光的吸收與輻射，粒子的無限可分和信息攜帶等。尤其它的開放性和不確定性，啟發人類更多的發現和創造。

內涵

不確定性

量子理論中原子

盡管人們對量子理論的含義還不太清楚，但它在實踐中獲得的成就卻是令人吃驚的。尤其在凝聚態物質——固態和液態的科學研究中更為明顯。用量子理論來解釋原子如何鍵合成分子，以此來理解物質的這些狀態是再基本不過的。鍵合不僅是形成石墨和氮氣等一般化合物的主要原因，而且也是形成許多金屬和寶石的對稱性晶體結構的主要原因。用量子理論來研究這些晶體，可以解釋很多現象，例如為什麼銀是電和熱的良導體卻不透光，金剛石不是電和熱的良導體卻透光？而實際中更為重要的是量子理論很好地解釋了處於導體和絕緣體之間的半導體的原理，為晶體管的出現奠定了基礎。1948年，美國科學家約翰·巴丁、威廉·肖克利和瓦爾特·布拉頓根據量子理論發明了晶體管。它用很小的電流和功率就能有效地工作，而且可以將尺寸做得很小，從而迅速取代了笨重、昂貴的真空管，開創了全新的信息時代，這三位科學家也因此獲得了1956年的諾貝爾物理學獎。另外，量子理論在宏觀上還應用於激光器的發明以及對超導電性的解釋。

而且量子論在工業領域的應用前景也十分美好。科學家認為，量子力學理論將對電子工業產生重大影響，是物理學一個尚未開發而又具有廣闊前景的新領域。時下半導體的微型化已接近極限，如果再小下去，微電子技術的理論就會顯得無能為力，必須依靠量子結構理論。科學家們預言，利用量子力學理論，到2010年左右，人們能夠使蝕刻在半導體上的線條的寬度小到十分之一微米（一微米等於千分之一毫米）以下。在這樣窄小的電路中穿行的電信號將只是少數幾個電子，增加一個或減少一個電子都會造成很大的差異。

美國威斯康星大學材料科學家馬克斯·拉加利等人根據量子力學理論已製造了一些可容納單個電子的被稱為「量子點」的微小結構。這種量子點非常微小，一個針尖上可容納幾十億個。研究人員用量子點製造可由單個電子的運動來控制開和關狀態的晶體管。他們還通過對量子點進行巧妙的排列，使這種排列有可能用作微小而功率強大的計算機的心臟。此外，美國得克薩斯儀器公司、國際商用機器公司、惠普公司和摩托羅拉公司等都對這種由一個個分子組成的微小結構感興趣，支持對這一領域的研究，並認為這一領域所取得的進展「必定會獲得極大的回報」。

科學家對量子結構的研究的主要目標是要控制非常小的電子群的運動即通過「量子約束」以使其不與量子效應沖突。量子點就有可能實現這個目標。量子點由直徑小於20納米的一團團物質構成，或者約相當於60個硅原子排成一串的長度。利用這種量子約束的方法，人們有可能製造用於很多光碟播放機中的小而高效的激光器。這種量子阱激光器由兩層其他材料夾著一層超薄的半導體材料製成。處在中間的電子被圈在一個量子平原上，電子只能在兩維空間中移動。這樣向電子注入能量就變得容易些，結果就是用較少的能量就能使電子產生較多的激光。

美國電話電報公司貝爾實驗室的研究人員正在對量子進行更深入的研究。他們設法把量子平原減少一維，製造以量子線為基礎的激光器，這種激光器可以大大減少通信線路上所需要的中繼器。

美國南卡羅來納大學詹姆斯·圖爾斯的化學實驗室用單個有機分子已製成量子結構。採用他們的方法可使人們將數以十億計分子大小的裝置擠在一平方毫米的面積上。一平方毫米可容納的晶體管數可能是時下的個人計算機晶體管數的1萬倍。紐約州立大學的物理學家康斯坦丁·利哈廖夫已用量子存儲點製成了一個存儲晶元模型。從理論上講，他的設計可把1萬億比特的數據存儲在大約與現今使用的晶元大小相當的晶元上，而容量是時下晶元儲量的1·5萬倍。有很多研究小組已制出了利哈廖夫模型裝置所必需的單電子晶體管，有的還製成了在室溫條件下工作的單電子晶體管。科學家們認為，電子工業在應用量子力學理論方面還有很多問題有待解決。因此大多數科學家正在努力研究全新的方法，而不是仿照時下的計算機設計量子裝置。

爭議

量子理論提供了精確一致地解決關於原子、激光、X射線、超導性以及其他無數事情的能力，幾乎完全使古老的經典物理理論失去了光彩。但我們仍舊在日常的地面運動甚至空間運動中運用牛頓力學，在這個古老而熟悉的觀點和這個新的革命性的觀點之間一直存在著沖突。

宏觀世界的定律保持著頑固的可驗證性，而微觀世界的定律具有隨機性。我們對拋射物和彗星的動態描述具有明顯的視覺特徵，而對原子的描述不具有這種特徵，桌子、凳子、房屋這樣的世界似乎一直處於我們的觀察之中，而電子和原子的實際的或物理性狀態沒有緩解這一矛盾。如果說這些解釋起了些作用的話，那就是他們加大了這兩個世界之間的差距。

對大多數物理學家來說，這一矛盾解決與否並無大礙，他們僅僅關心他們自己的工作，過分忽視了哲學上的爭議和存在的沖突。畢竟，物理工作是精確地預測自然現象並使我們控制這些現象，哲學是不相關的東西。

廣義相對論在大尺度空間、量子理論在微觀世界中各自取得了輝煌的成功。基本粒子遵循量子論的法則，而宇宙學遵循廣義相對論的法則，很難想像它們之間會出現大的分歧。很多科學家希望能將這兩者結合起來，開創一門將從宏觀到微觀的所有物理學法則統一在一起的新理論。但迄今為止所有謀求統一的努力都遭到失敗，原因是這兩門20世紀物理學的重大學科完全矛盾。是否能找到一種比現有的這兩種理論都好的新理論，使這兩種理論都變得過時，正如它們流行之前的種種理論遇到的情況那樣呢？

I. 量子力學基本原理

本文主要從 量子論起源、能量子假設、光電效應、康普頓散射、玻爾量子論、德布羅意物質波、概率波函數、量子疊加態原理、不確定性原理、薛定諤方程 等十大概念理解量子力學 基本原理 ，見證二十世紀真正的 神話 。

量子力學 其實描述的是物質的 行為 ，特別是發生在 原子尺度 范圍內的 事件 。在極小尺度下事物的行為與我們有著 直接經驗 的任何事物都不相同。它們既不像波動，又不像粒子，也不像雲霧，或懸掛在彈簧上的重物，總之 不像 我們曾經見過的任何 東西 。

量子論的 起源 來自一個大家 熟悉的現象 ，這一現象並不屬於原子物理學的核心部分。任何一塊 物質 在被加熱時都會 發光 ，並在高溫度下達到紅熱和白熱，發光的亮度與材料的表面關系不手州大，而對於 黑體 ，只與 溫度 有關。因此，黑體在髙溫下發出的 輻射 作為物理學研究的適當對象，被認為應該可以根據已知的輻射和熱學定律找到一個簡單的 解釋 。但是物理學家 瑞利 和 金斯 在十九世紀末的努力卻以失敗告終，揭示了黑體輻射問題的嚴重性。

普朗克 大膽舍棄了「 能量均分定理 」，代之以「 量子假設 」——能量只能以分立的 能量子 的形式發射或吸收，這在概念上是一次革命性的 突破 ，以致它不再適合於物理學的傳統框架。

頻率 為v的 電磁波 和原子、分子等物質發生能量轉換時候，能量不能連續 變化 ，只能 一份 一份的跳變，且每份「能量子」為：

ε=hv=ℏω ，其中約化普朗克常數 ℏ=h/(2π)

普朗克公式

普朗克根據能量的量子化，得出 角頻率 為ω的電磁振動模式在溫度T下的平均能量不再取「 能量均分定理 」給出的KT，而是：

E(ω)=ℏω/(e^(ℏω/kT)-1)

利用 熱力學 和物理 統計 理論，導出了著名的（描述電磁波能量和角頻率關系）的 普朗克公式 ：

ρ (ω)=(ℏω³/π²c³)/(e^(ℏω/kT)-1)

光 和其他 物質 發生相互作用時， 基元過程 通常表現為 光子 — 電子 作用，作用電子的能量與光的 強度 無關，而只與光 頻率 有關。因此， 愛因斯坦 假設，光本身是由穿過空間的 能量子 組成的，一個光量子的能量應當等於光的頻率乘以 普朗克常數 ：

E=hv

光電效應 中 電子 的動能由 逸出功 W（由金屬性質決定）和入射光的 頻率 v所決定，而與光的 強度 無關：

1/2mv²=hv-W

除了光電效應外，愛因斯坦關於「 量子假設 」的另一個應用是固體的 比熱 。從傳統理論推導出來的固體比熱值與高溫時的觀測記錄相符，但在低溫時卻 不相符 。於是，愛因斯坦將量子假設運用到固體中原子的 彈性振動 上，從而解釋了這種現象。

最初關於散射光 干涉 的實驗中，散射主要以下列方式解釋：入射光波使得處於 光束中 的一個電子以光波的頻率振動，然後振盪的電子發出一個 同樣頻率 的球面波，從而產生了散射光。

1923年 康普頓 在關於 X射線 的散射族燃實驗中發現，散射出來的X射線的頻率與入射X射線的 頻率不同 。於是，康普頓假設散射過程是 光量子 和電子的碰撞，光量子在碰撞過程中 改變 了能量，因為頻率乘上普畢穗蔽朗克常數是光量子的能量（hv），所以頻率才發生了改變。

通過對散射過程應用 能量守恆定律 ：

hv+mc²=hv´+E

可以推導出 波長變化量 ：

λ´-λ=h(1-cosθ)/mc²

最後得到 康普頓波長 ：

λ=h/mc²

早先的 盧瑟福原子模型 並不能解釋原子具有的最突出的特性，即原子的 巨大穩定性 ，按照牛頓的力學定律，從來沒有一個 行星 系統在它和另一個這樣的系統碰撞以後能夠 恢復 它原來的 形態 。但是對於一個 碳原子 ，在化學結合過程中的任何一次碰撞和相互作用之後，都可以始終 保持 為一個碳原子。

因此，玻爾提出了 三大初等量子理論 ：

（1） 定態

原子核外電子的能量只能取分立值： E1、E2、E3 等

（2） 定態躍遷

原子可以從能量較高的定態向較低的定態的躍遷，從而決定了頻率：

v=(E2-E1)/h

（3） 角動量量子化

原子核外電子角動量必須滿足：

J=mℏ

通過 量子 假設在原子模型上的應用，不僅解釋了原子的 穩定性 ，而且，對原子加熱受激發後所發射的 光譜 線也作出了很好的理論解釋。

德布羅意 根據一個 光波 對應於一個運動 光量子 ，假設了一個運動 電子 對應於某種 物質波雲 。 物質波波長 為：

λ=h/P

概率波函數 的概念是牛頓以來理論物理學中 全新 的東西。在數學或統計力學中， 概率 意味著我們對實際狀況認識 程度 的陳述。 然而， 玻爾、肯納德、玻恩 認為， 概率波 意味著對某些事情的 傾向 ，它是亞里士多德關於「 潛能 」的哲學槪念的定量表述，是一種抽象的 數學量 ，一種在 無限維希爾伯特空間中的波 。概率波引入了某種 介於 實際事件和事件觀念之間的東西，是一種介於可能性和實在性之間的新奇的 物理實在 。

通過電子的 雙縫干涉實驗 發現， 探測屏 檢測到 電子 的概率P(x)，並不是簡單的兩縫單獨開啟時的概率P1(x)、P2(x)之和，而是存在互相影響的 干涉項 ：

P(x)=P1(x)+P2(x)+干涉項

而對於 經典波函數 存在干涉項是很自然的，總波幅ψ(x)是兩縫的波幅之和：

ψ(x)=ψ1(x)+ψ2(x)

於是可以假設 概率波函數 為：

ψ(x,t)=Ae^i(kx-ωt)

量子態疊加原理 是「 態的疊加性 」和「 波函數完全描述一個微觀系統的狀態 」兩個 概念 的概括，表明了整個量子系統的狀態空間必須是 線性空間 。

ψ=c1ψ1+c2ψ2

因為概率波是 德布羅意物質波 ，所以量子態疊加原理與經典波的線性疊加有 本質不同 。例如，同樣的波函數疊加仍然描述 同一個系統 、測量會導致波包 坍縮 、每次測量得到的力學量數值都是 本徵值 等等。

海森堡 於1927年給出了 不確定性原理 的論述。根據他當時的表述， 測量 這動作不可避免的 攪擾 了被測量粒子的運動狀態，因此產生不確定性。後來 肯納德 指出，位置的 不確定性 與動量的不確定性是粒子的 秉性 ，它們共同遵守某極限關系式， 與測量動作無關 。

位置的不確定性ΔX與動量的不確定性ΔP遵守 不等式 ：

ΔXΔP≥ℏ/2

關於 動量 的概率波函數Φ(p)與 位置 的波函數ψ(x)構成了 傅里葉變換對 ，標准差σ可以定量地描述位置與動量的不確定性。因為傅里葉變換對的 頻域 函數與 空域 函數不能同時收縮或擴張，所以必然有誤差 寬度 。數學上已經證明了傅里葉變換的空域寬度Δx和頻域寬度Δy的乘積有一個 下限 ：

ΔxΔy≥1/(4π)

因此可以得到動量和位置的 關系式 ：

ΔXΔP≥h/(4π)=ℏ/2

可見不確定性原理根源於粒子的 波粒二象性 ，是一種內稟屬性，蘊含著相當深刻的意義。

薛定諤方程 是量子力學最 基本 的方程，其地位與 牛頓 方程在經典力學中的地位相當。它是量子力學的一個 基本假定 ，無法從理論上證明，它的正確性也只能從 實驗 檢驗。

當 概率波函數 ψ(x,t)確定以後，微觀粒子的各種可能的測量概率都完全 確定 ，下一個核心問題就是解決量子態怎樣隨 時間變化 及各種情況下如何求得概率波函數。薛定諤對量子實驗進行理論分析主要分 三個步驟 ：

（1）將初始實驗狀況 轉述 成一個概率波函數。

（2）在時間過程中 追蹤 概率波函數的改變。

（觀測本身 不連續 地改變了波函數，需要從所有可能的事件中選出了 實際 發生的事件）

（3）系統的 測量 結果可以通過概率波函數 推算 出來。

在1626年，薛定諤終於得出該方程，揭開了量子世界的 基本規律 ：

綜上所述，量子力學引人以 無限遐想 ，同樣也引來 眾多非議 ，尤其是近年來，「貌似」不確定性原理的一種常見的解釋被實驗 證偽 ，但是正如當年「不確定性原理」 創立 之時， 海森堡 自己所說， 科學 是從 信仰 開始的，或者應該說是從 幻想 開始的。這在很大程度上使得我們 堅信 ，能夠 確定 地描述這個世界，而絲毫 不用牽涉 到我們自己。

量子力學 與 相對論 是20世紀物理學最重要的發展，構築了近代物理學的 理論基礎 。盡管量子論的實質尚未明確，與相對論彼此沖突，然而， 量子力學已然輝煌，風采依舊 。

J. 什麼是量子化學

量子化學(quantum chemistry)是理論化學的一個分支學科，是應用量子力學的基本原理和方法研究化學問題的一門基礎科學。

1927年海特勒和倫敦用量子力學基本原理討論氫分子結構問題，說明了兩個氫原子能夠結合成一個穩定的氫分子的原因，並且利用相當近似的計算方法，算出其結合能。由此，使人們認識到可以用量子力學原理討論分子結構問題，從而逐漸形成了量子化學這一分支學科。

量子化學是一門有關物質結構、組成、變化、性質的學科。它的發展可以說是日新月異，尤其是它的邊緣學科或者說是它的分支學科，譬如生物化學、物理化學、晶體化學等等，令人目不暇接。就眼下炒得很熱的基因工程、克隆技術以及共軛電場論等，更是令人眼花繚亂……

研究范圍包括穩定和不穩定分子的結構、性能及其結構與性能之間的關系;分子與分子之間的相互作用;分子與分子之間的相互碰撞和相互反應等問題。量子化學可分基礎研究和應用研究兩大類，基礎研究主要是尋求量子化學中的自身規律，建立量子化學的多體方法和計算方法等，多體方法包括化學鍵理論、密度矩陣理論和傳播子理論，以及多級微擾理論、群論和圖論在量子化學中的應用等。應用研究是利用量子化學方法處理化學問題，用量子化學的結果解釋化學現象