A. 量子物理學和粒子物理學有什麼區別
量子力學(quantum mechanics):
量子力學於20世紀初創立,是物理學的分支學科。它主要描寫微觀的事物,與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱,許多物理學理論和科學,如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及其它相關的學科,都是以其為基礎,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)。量子力學理論的重要應用包括量子化學、量子光學、量子計算、超導磁體、發光二極體、激光器、晶體管和半導體如微處理器等。
量子一詞來自拉丁語quantum,意為「有多少」,代表「相當數量的某物質」。在物理學中常用到量子的概念,指一個不可分割的基本個體。光子,誇克,電子,中微子...等基本粒子,都是量子,所以量子是很多基本粒子的總稱,量子力學認為基本粒子為量子組成並非指某一特定粒子。
量子的代表性粒子:光子-內部結構模型圖
圖中+-號代表不可分割的最小正負電磁信息單位-量子比特(qubit)
(名物理學家約翰.惠勒John Wheeler曾有句名言:萬物源圖於比特 It from bit
量子信息研究興盛後,此概念升華為,萬物源於量子比特)
註:位元即比特
B. 量子力學中c表示什麼
c就是真空中光速,約為3*10^8m/s。
順便說一下,你的式子中,h為普朗克常數,v為光的頻率。
C. 物理系統的量子力學系統
詢問一個物理實體的話,第一個問題可能就是「它在哪裡?」根據日常經驗,我們可以很精確的回答這個問題,只是要受測量儀器質量的限制。在極小物體的這個范圍,有某些基本的限制,必須用量子力學來回答那個問題。
從核心上說量子力學涉及能量。由於質量和能量的等價性(想一想愛因斯坦的著名公式,其中c是光速米/秒),量子力學還涉及有質量的粒子。由於光子能量和其頻率之間的關系(E=hv,其中h是普朗克常數,焦-秒),量子力學還涉及到光子。
根據量子力學,「它在哪兒」這個問題不能確定地回答。那我們如何處理這個不確定性呢?用分配概率的方法。由於空間的連續性質和其范圍上的無限性,這有一點復雜,但對於事件的無限集合來說處理思想是一樣的。概率密度非負,它對全體空間的積分為1(這就像所有互斥且完備的事件的概率之和等於1)。
所以在量子力學里,一個物體用隨時間演變的一個「概率點」來表示。它怎麼演變呢?基本的方程不是根據概率密度寫出的,而是根據空間和時間的另一個函數寫出的,由它可以求出概率密度。
考慮一下概率密度的平方根,把它看作是空間和時間的一個函數。這樣為了增加一些一般性,令平方根可正可負—將其平方就得到概率密度,每個人都會。下一步,為了更大的一般性,使這個平方根在復平面內有任意的相角,這樣它就有了實部和虛部。我們不再叫它平方根,而是「波函數」,它使空間r和時間t的一個函數。概率密度就是波函數絕對值的平方),(trΨ ),(),(),(2trtrtrΨΨ=Ψ? (11.1)
其中星號?表示復數共扼。
前面涉及概率時,我們從沒有根據什麼初等概念表示它們。現在為什麼需要這樣做呢?因為量子力學的基本方程涉及。為什麼?別這么問。這只是量子力學眾多怪異性質中的一個。),
量子力學的基本方程是薛定諤方程,它由奧地利物理學家(1887-1961)發現。ErwindingeroSchr&&1 ),()(),(2),(222trrVtrmttriΨ+Ψ??=?Ψ?ηη (11.2)
其中i是(虛數的)-1平方根,m是物體質量,是勢能函數,它的空間梯度是作用在物體上的力的復數,)(rV3410054.12?×==πhη焦-秒。要注意這個方程包含著空間和時間的偏微分。對時間的微分是第一階,對空間的微分是第二階。拉普拉斯運算元定義為2? x^2?fy?+y^2?fz?+z^2?fx?=? (11.3)
其中x,y和z是三個空間維度。
這個方程一般通過把它乘以再對空間積分來解釋。然後左側視為全部能量,右側視為動能和勢能之和(假設波函數被規范化,這樣),(tr?Ψ2),(trΨ的空間積分為1,這是根據概率密度解釋這個方程所需的一條性質)。
這個方程令人迷惑地簡單。它是),(trΨ的線性方程,就是說如果1和2是解,那麼它們任意一個線性組合也是解2211Ψ+Ψ=Ψααtotal (11.4)
其中1α和2α是復常數(如果這個線性組合得到是一個有效的概率分布,那麼1α和2α的值必須是使2),(trΨ的空間積分為1的那樣的值)。然而,除了最簡單的情況以外,這個方程不能以閉合形式解得。)(rV
嚴格地說,該方程只有在物體在整個宇宙中討論時才真的正確,這種情況下因為太復雜方程就沒有用了。但是,它通常用做近似情況,這時把宇宙看作兩部分——正計算其波函數的一個小的部分(該物體)和剩餘的宇宙(「外界環境」),它對物體的影響被假定用表示。注意這個物體可能是一個單個的光子、一個電子或兩個以上的例子,即它不必符合單個粒子的正規概念。)(rV
一個物體會與它的外界環境互相影響。很自然地,如果一個物體改變了它的環境(如果要測量物體的某個屬性時就會發生),那麼環境就會改變這個物體。量子力學的一個很有趣的結論是測量了一個物體某個屬性後,它通常會有一個不同的波函數,結果就不能確定物體以前的某些屬性。 盡管對於一個給定的,薛定諤方程可能不能用閉合形式解出,但是不知道解的細節仍可以說出解的很多性質。考慮一些特定形式的解,一個空間函數與另一個時間函數的乘積。從薛定諤方程很容易表明對於某個實數E(實數是因為否則(r,t)就會在非常大的或小的時間內無限地變化)這種波函數能有的最一般的形式為)(rV
(11.5) η/)(),(iEtertr?=Ψφ
其中)(rφ符合方程(不包括時間) )()()(2)(22rrVrmrEφφφ+??=η (11.6)
對任意值E不能得到)(rφ的非零解。可能在E的某個范圍內可以,只含有特別離散值E的其他范圍會得到非零波函數。一般地說,對應於離散值E的這些解會變得非常小(即它們「在無窮遠處消失」),因此盡管它們有多於一個的「概率點」,它們還是會在空間中停下來。
這些解被稱為「靜止狀態」,因為波函數的量(所以概率密度也是如此)不能隨時間而變化;它只是空間的函數。
對靜止狀態,E有一個很有趣的解釋。如果我們用乘以這個方程,再對空間積分,可以看到(就像上一節中的一樣)E是右面兩項的和,即物體的動能和勢能。所以E是和那個解相關的全部能量。)(r?φ
有這樣勢能的薛定諤方程的大多數解都沒有這種形式。但是不要忘了薛定諤方程的解的任意一個線性組合仍是一個解。我們可以把這些靜止狀態當作積木生成更一般的解。)(rV
我們對停在空間中一點的靜止狀態非常感興趣,所以盡管可能有很多(甚至是一個可數的無限值),但E的允許值是離散的。如果我們令j為靜止狀態的一個索引,那麼就可能定義結果波函數使得它們都被規范化和「正交化」,前者就是說每個波函數絕對值的平方對空間的積分是1,後者就是說當在全部空間積分時,任何一個波函數和其他波函數復數共扼乘積為0。我們就可以用表示E的值,把它解釋為與那個狀態相聯系的能量。),(trjΨje
這樣薛定諤方程的一般解就寫作靜止狀態的線性組合Σ?=Ψjiejtjjertrη/)(),(φα (11.7)
其中jα是擴展系數,可能是復數。如果波函數),(trΨ被正交化,則很容易表示為
Σ=jj21α (11.8)
與該函數相關的能量可以用寫作je 2Σjjjeα (11.9)
從這些關系式我們可以觀察出2jα的性質類似一個事件的概率分布,這些事件有被佔用的各個狀態組成,這個概率分布可用於計算與物體相關的平均能量。
我們對量子力學簡單的學習得出的結論可以證明下一節中給出的多狀態模型。那些想不通過任何解釋就接受這個模型的讀者跳過了前面兩節,現在重新和我們走到了一起。 我們用前兩節對量子力學的簡單討論證明了一個物理實體的模型,模型如下。物體有一個波函數,它原則上對時間描述物體的行為。這個波函數可能很難或不可能計算,當物體與外界環境互相影響時,它可能會以某種無法預測的方式改變。Ψ
物體有有限多個(或者可數的無限值)更容易計算的「靜止狀態」(盡管對復雜物體,仍不可能求出它們)。每個靜止狀態都有自己的波函數jΨ,其中j時靜止狀態的索引。如果物體實際的波函數是這些靜止狀態(即,如果這個狀態被「佔用」)中的一個,那麼物體很明確地處在那個狀態(或者直到它與其外界環境互相影響)。每個靜止狀態都有自己的能量,可能還有感興趣的其他物理量的值。je
該物體的波函數可以表示為靜止狀態的一個線性組合,形式為ΣΨ=Ψjjjα (11.10)
其中jα是復數,稱為擴展系數。如果物體處於一個靜止狀態,則除了一個以外,所有的jα為0。不失一般性擴展系數可以這樣定義:它們絕對值的平方的和為1: Σ=jj21α (11.11)
對物體性質的測量(比如能量)涉及到和物體外界環境的相互影響,還有環境的變化(如果這正是記錄結果的理由)。量子力學的結果是如果物體處於一個靜止狀態,測量它的能量,那麼測量結果是簡單的那個狀態的能量,狀態不會改變(即擴展系數不會因為測量而改變,除了一個以外所有的擴展系數為0)。從另一方面講,如果物體不處於靜止狀態,那麼測量結果是一個靜止狀態的能量,物體馬上會假定那個就是靜止狀態。這樣在每次測量後,物體就會處於一個靜止狀態。哪個狀態?狀態j的概率是被選擇的是2jα的那個。這樣實驗測量能量的期望值是Σjjje2α
其中是與靜止狀態j相關的能量。因此量子力學中的測量就不像是日常物體的測量,日常測量中假設能量或其他物理性質不能以任意精度測量,這樣的測量不會攝動該物體。量子測量的這個性質是量子力學諸多性質中的一個,盡管它可能不符合日常生活中的直覺,但必須要接收它。
D. 量子力學中c表示什麼 比如 每個光子的動力是hv/c 其中c表示什麼
c就是真空中光速,約為3*10^8m/s.
順便說一下,你的式子中,h為普朗克常數,v為光的頻率.
E. 屬於量子力學引入的常量是什麼
約化普朗克常數(狄拉克常數)
普朗克常數最初只是連接光的能量和頻率的比例因子。波爾在他的理論中推廣了這個概念。波爾用原子的行星模型來描述電子的運動,但起初他並不理解為何2π和普朗克常數一起出現在了他推導出的數學表述中。
不久之後,德布羅意假設電子也如同光子那樣具有頻率,而其此頻率必須滿足電子在特定軌道穩定存在的駐波條件。這就是說,電子波圓周運動的軌跡必須光滑的銜接起來,波峰和波谷連續分布。中間不能有間斷,周長的每一段都是振動的一部分,而且波形不能重疊。很自然的我們可以得出軌道的周長「C」是波長「λ」的正整數倍。我們在知道軌道半徑「r」之後就能夠計算出周長,在利用周長計算出電子的波長,
這個方程用半徑「r」表示出了決定頻率和波長的軌道周長,就這樣,因為半徑和周長之間的固有關系,2π再一次出現在了量子力學中。[
任何電磁波的能量等於它們的頻率乘以普朗克常數,而波長等於頻率乘以光速。波是由波峰和波谷組成的。經過一個完整的周期,波上的各點會回到振動的初始位置。例如,某一點開始的時候是波峰,經過一個周期後它將再次回到波峰。一個周期恰好和一個圓周相對應,都是360度,也就是2π弧度。1度是指弧長是圓周長的1/360的圓弧所對應的角度的大小。隨著圓的轉動,圓周上的一點會畫出正弦曲線的軌跡。
現在取一段圓弧,使其長度等於其半徑。用直線把圓心和圓弧的兩端分別連起來。這兩條半徑的夾角就是1弧度。圓周和波的周期都是2π弧度。既然一個周期等於2π弧度,「h」除以2π後,這兩個2π就相互抵消了,只留下一個以弧度為單位的變數。因此如果把h/2π表示成一個常數,乘以波的頻率(周期除以2π)時,一弧度就對應著一焦耳的能量。約化普朗克常數,讀作「h一橫(h-bar)」。
約化普朗克函數使計算電磁波的能量時使用的單位由周期變成了弧度。h和ħ的作用只是將頻率的單位(量綱)轉換成能量的單位(量綱)。
之所以在量子力學的數學表述中更多出現的是約化普朗克常數,主要有以下原因:角動量和角頻率都是以弧度為單位的,使用ħ可以免去角度和弧度之間的相互轉換。在量子力學的方程中使用ħ可以化簡很多分式。而在其他一些情況下,比如波爾的原子模型中,表述軌道角動量時自然而然的就出現了ħ(h/2π)。
h的數值取決於波長以及能量的單位的選取。如果能量使用電子伏特(eV,粒子物理學的常用單位)而波長使用埃(ångström,10-10m)作為單位,那麼一個光子的能量大約是eV=12400/λångström。這種表示方式容易記憶且避免了使用國際單位制中的小值。
F. 量子物理學是如何開始的它起源的歷史是什麼
最初的答案是:誰發明了量子物理學?
這是第一次索爾維會議的照片,於1911年由比利時商人歐內斯特·索爾維組織:
座位(左至右):W. Nernst, M. Brillouin, E. Solvay, H. Lorentz, E. Warburg, J. Perrin, W. Wien, M.居里和H. Poincare;
候選者:R. Goldschmidt、M. Planck、H. Rubens、A. Sommerfeld、F. Lindemann、M. de Broglie、M. Knudsen、F. hasenhrl、G. Hostelet、E. Herzen、J.H. Jeans、E. Rutherford、H. Kamerlingh Onnes、A. Einstein和P. Langevin。
這些好人負責發現和完善「舊量子理論」,該理論為原子的量子化能級提供了處方,但沒有真正的自我一致性或洞察力。
英國薩里大學(University of Surrey)分子遺傳學教授、量子生物學中心(Centre for Quantum Biology)聯席主任約翰•喬•麥克法登(Johnjoe McFadden)表示:人們錯誤地認為,量子生物學是一門非常新的科學學科,其實它在二戰之前就開始了。當時一些量子物理學家試圖理解生命本身有什麼特別之處,以及量子力學是否可以為這一問題提供任何線索。在這篇論文中講述了這一切是如何開始的,以及為什麼它現在才「卷土」重來。
G. 物理。C為什麼等於λvE=hv
C = λv,波的速度 = 波長*頻率,是波的基本性質,對所有的波都成立,
E=hv,是 愛因斯坦 提出的光子假說,實驗已經證實,愛因斯坦 也因此獲得諾貝爾獎。
H. 數學或量子力學中的 c.c.是什麼意思
就是第一項的復共軛——把它前面那項中所有虛數單位i前面的正負符號都變成相反後得到的項。
I. 量子是什麼與質子、原子什麼關系
1、量子(quantum)是現代物理的重要概念。最早是由德國物理學家M·普朗克在1900年提出的。他假設黑體輻射中的輻射能量是不連續的,只能取能量基本單位的整數倍,從而很好地解釋了黑體輻射的實驗現象。
2、質子(proton)是一種帶 1.6 × 10-19庫侖(C)正電荷的亞原子粒子,直徑約 1.6~1.7×10−15m ,質量是938百萬電子伏特/c²(MeV/c²),即1.672621637(83)×10-27千克,大約是電子質量的1836.5倍(電子的質量為9.10938215(45)×10-31千克),質子比中子稍輕(中子的質量為1.674927211(84)×10-27千克)。質子屬於重子類,由兩個上誇克和一個下誇克通過膠子在強相互作用下構成。原子核中質子數目決定其化學性質和它屬於何種化學元素。
3、原子(atom)指化學反應不可再分的基本微粒,原子在化學反應中不可分割。但在物理狀態中可以分割。原子由原子核和繞核運動的電子組成。原子構成一般物質的最小單位,稱為元素。已知的元素有119種。 因此具有核式結構。