量子理论2 物理学.ppt

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1、物理学引论马红孺量子理论讨论题：1，显像管中的电子都有确定的能量和确定的运动轨道，而且可以利用经典电磁学计算。这是否与量子力学矛盾？在这个问题中电子完全被处理为经典粒子。显像管的设计师是否必须懂得量子力学？2，根据量子测量的假定，在没有做出测量之前，系统由一个波函数描述，测量时才坍缩到确定的本征态。那么，在我们看一个宏观物体（例如月球）之前，这个宏观物体是否在你看到的那个地方？3,量子力学的极限=?=牛顿力学4.薛定谔猫和富翁的遗嘱，是一回事吗？1900年,普朗克提出黑体辐射公式,量子论诞生.(普朗克,M.P

2、lanck,1858-1947,德国物理学家,1919年获1918年诺贝尔物理奖.)为什么要量子力学?量子概念已经能够解释黑体辐射,光电效应,康普顿效应等现象。量子物理学家，疯狂还是保守！普朗克，爱因斯坦，薛定谔，狄拉克，……1913年玻尔利用量子概念，对卢瑟福的原子模型给出了两个限制，建立了一个氢原子的理论，解决了原子的稳定性问题。而且成功地解释了氢原子的几个光谱线系。N.Bohr谱线的强度如何确定？康普顿效应1924年,康普顿和他的学生吴有训用X-射线打到物质上，并测量散射的X-射线的波长.经典理论：入射

3、X-射线损失部分能量，从而强度减小，但波长不变l2=l1.MATTER入射X-射线波长l1l2>l1散射X-射线波长l2电子出射实验结果：l2>l1?e量子图像入射X-射线E1=hc/l1e电子静止l2>l1散射X-射线E2=hc/l2eEee康普顿发现,如果把光看成质量为0的粒子，具有能量E=hc/l和动量p=h/l光子和电子的碰撞！！能量动量守恒经典图像量子图像波的能量(振幅)2能量/光子=hc/l物质波计算一个1kg砖块以1000m/s速度运动时的波长.l=h/mv=6.6x10-34Js/(1kg

4、)(1000m/s)=6.6x10-37m.非常小！！对于宏观物质，无法感知波的性质事实上，宏观物质不表现出量子特征有更深刻的原因。对于微观粒子电子的波长(m=9.1x10-31kg)以1x107m/s的速度运动.l=h/mv=6.6x10-34Js/(9.1x10-31kg)(1x107m/s)=7.3x10-11m.=0.073nm波长在X-射线区域粒子是如何成为波的?怎样看物体?光从表面反射到达眼睛.在眼睛中形成图像WavelengthversusSize对于可见光显微镜，可以分辨10-6m

5、=1mm=1000nm大小.可见光的波长~500nm，不可能分辨比波长跟小的尺度光学显微镜下的细菌电子显微镜!电子显微镜扫描电子显微镜(SEM)照片.可以分辨1nm!利用电子的波动性制造的显微镜，可以分辨更小的物体!STM波函数–状态的描述粒子由一个复函数表示，称为波函数，或概率幅.玻恩几率解释：如果在时刻t,对以波函数描述的粒子进行位置测量，测得的结果可以是不同的，而在的—小区域中发现该粒子的概率为.()叠加原理波函数满足薛定谔方程。对一个状态进行测量，其波函数塌缩到与测量相关的本征态。Dirac符号和进一

6、步的抽象：量子态是希伯特空间的一个矢量，记为,在中间可以插入标记状态的字母。量子力学课程将会仔细介绍量子力学的数学。薛定谔的猫Accordingtoquantumtheory,ifacatcanbeinastate

7、ALIVEandastate

8、DEAD,itcanalsobeinastate

9、ALIVE+

10、DEAD.Whydon’tweseecatsinsuchsuperpositionstates?+2021/10/7上海交通大学理论物理研究所马红孺2021/10/7上海交通大学理论物理研究所马红

11、孺2021/10/7上海交通大学理论物理研究所马红孺量子力学是一个更基本的理论的概率表现？隐变量？答案：NO！Bell不等式抛一个硬币，正面和反面各以一定概率出现，但硬币的运动满足经典力学。JohnStewartBell(28June 1928 – 1October 1990)1990年因脑出血不幸去世.2021/10/7上海交通大学理论物理研究所马红孺2021/10/7上海交通大学理论物理研究所马红孺2021/10/7上海交通大学理论物理研究所马红孺2021/10/7上海交通大学理论物理研究所马红孺势垒势垒

12、势阱对于微观粒子,定态薛定谔方程是……一般势垒:WKB近似扫描针尖样品表面电子云从原子到晶体，从能级到能带孤立原子—能级---原子相互作用—能级分裂—固体--能带金属，半导体，绝缘体半导体，掺杂，杂质导电约瑟夫逊结加电势差通过结的电流频率和电压转换器.SQUID(superconducting quantuminterferencedevice)