大学物理下课件——量子原理2.ppt

同学们好！ * 在说到原子时，语言只能像在诗中那样运用。诗人也是那样，不大关心描述事实，更关心的是创造形象。　　　　　－－玻尔 ? 美丽的分形结构 坐标的不确定量 该方向上动量分量的不确定量 上讲：一、位置与动量的不确定关系 §17.2 不确定关系(续) 海森伯的原理只是发出警告的路牌：“普通的语言只能应用到这里为止”，当你走到原子领域时，就会遇到麻烦。 －－－维斯科夫 物理意义： “轨道”概念失去意义 1） 微观粒子运动过程中，其坐标的不确定量与该方向上动量分量的不确定量相互制约 2） 微观粒子永远不可能静止 —— 存在零点能， 否则，x 和 均有完全确定的值，违反不确定关系。 热运动不可能完全停止，0 K 不能实现 解释原子谱线宽度 二. 时间和能量的不确定关系 粒子能量的不确定量与其寿命的不确定量互相制约。 激发态E 不稳定 解释原子谱线宽度： n n D 应用举例：　　　粒子的发现 1966— 1974年，丁肇中与里特克实验小组，分别在美国布鲁克海文国立实验室和斯坦福直线加速器中心，用不同方法独立发现同一种静质量很大的新粒子(判据：m=E/c2，△t =? ),用能量不确定关系确定寿命： 能量不确定度为 0.063MeV。 证明存在第四种夸克（粲夸克c） ，为大统一理论提供实验基础。丁肇中、里特克共同获得1976年诺贝尔物理学奖 练习： 17-13 已知： 电子处于某能级 求： 解：1） 2） 三、不确定关系的物理实质 注意：不确定（测不准）关系不是实验误差， 不是由于理论不完善或仪器不准确引起的。 它来自微观粒子的本性。 1.说明用经典方式来描述微观客体是不可能完全准确的，经典模型不适用于微观粒子。 借用经典手段来描述微观客体时，必须对经典概念的相互关系和结合方式加以限制 不确定关系就是这种限制的定量表达 由 可同时取零 可同时确定 该问题可用经典力学处理，否则要用量子力学处理。 2. 给出了宏观与微观物理世界的界限，经典粒子模型可应用的限度 1927年玻尔作了《量子公设和原子理论的新进展》的演讲，提出著名的互补原理。他指出，在物理理论中，平常大家总是认为可以不必干涉所研究的对象，就可以观测该对象，但从量子理论看来却不可能，因为对原子体系的任何观测，都将涉及所观测的对象在观测过程中已经有所改变，因此不可能有单一的定义，平常所谓的因果性不复存在。对经典理论来说是互相排斥的不同性质，在量子理论中却成了互相补充的一些侧面。波粒二象性正是互补性的一个重要表现。测不准原理和其它量子力学结论也可从这里得到解释。 3.　反映了“哥本哈根精神”——互补原理 为什么宏观世界与微观世界遵循的规律有如此巨大的差别？ “观测行为在被测事件中所引起的那部分原则上不可控制的干扰是讨论原子现象时起决定作用的一个特征” ——海森伯 宏观世界可不计及“测量”对被测对象状态的影响。 1）认为自然过程是连续的，原则上可把测量干扰连续减小，限制在所需的测量精度内。 2）认为客体与仪器的相互作用服从因果决定论，可以估算和控制干扰，修正测量值。 测量——反映着客体、仪器和观察者的相互作用 微观世界： 不能不计及测量行为产生的干扰。 1）以“量子化”取代连续性，作用量子 h 的存在规定了干扰的下限，无法超越。 2）以概率性描述取代“决定论”，使对测量的干扰不可控制，不可预测，不能校正。 不同的实验装置决定了不同的可测量，显示出客体某些方面的特性而抑制其它方面的特性 显示粒子性抑制波动性 显示波动性抑制粒子性 量子现象不只属于被观测的客体，而是属于客体和仪器整体，反映的不仅仅是客体的存在和性质，而且是客体和仪器的“关系”。 相对论中，长度、寿命、质量的测量结果反映了客体与作为参考的惯性系间的关系。 类比： 弹簧的两个影子：一个是波，另一个是圆。如果只能从一个影子去认知这个弹簧，你会认为它是什么呢？ 类比： 必须记住，我们所观察的并不是自然本身，而是自然向我们的探索方法所暴露的一面。 －－－海森伯 犹如“盲人摸象”我们得出的各种结论不是互相排斥、对立的，而是互相补充协调的，共同揭示客体的属性。 “物理学不告诉我们世界是什么，而是告诉我们关于世界我们能谈论些什么” ---玻尔 在我们对大自然的描述中，目的不是去揭露所有现象的真谛，而只是尽我们所能去追踪经验中种种不同方面之间的关系。 ---