举例说明量子力学和经典力学的不同之处

举例说明量子力学和经典力学的不同之处图1

量子与经典力学

量子力学和经典力学是我们今天知道的物理学的两大基石。经典力学描述了宏观物体的行为,这些物体的速度比光速小。量子力学描述微观物体的行为,如亚原子粒子、原子和其他小物体。这两个是物理学中最重要的领域。要想在物理学的任何领域出类拔萃,对这些领域有一个正确的理解是至关重要的。

什么是经典力学?

经典力学是研究宏观物体的。在经典力学下讨论宏观物体的运动和静力学。经典力学有三个不同的分支。它们是,牛顿力学,拉格朗日力学,和哈密顿力学。这三个分支是基于数学方法和数量来研究运动。例如,牛顿力学使用诸如位移、速度和加速度等矢量来研究物体的运动,而拉格朗日力学使用能量方程和能量变化率来研究。根据要解决的问题选择合适的方法。经典力学应用于行星运动、抛射物和日常生活中的大多数事件。在经典力学中,能量被视为一个连续的量。在经典力学中,一个系统可以吸收任意大小的能量。

什么是量子力学?

量子力学是研究微观物体的学科。“量子”一词来源于一个微观系统的能量是量子化的事实。光子理论是量子力学的基石之一。它指出光的能量是以波包的形式存在的。海森堡、马克斯·普兰克、阿尔伯特·爱因斯坦都是参与发展量子力学的杰出科学家。量子力学分为两类。第一个是非相对论物体的量子力学。这个领域研究相对于光的速度来说相对较小的粒子的量子力学。另一种形式是相对论量子力学,它研究接近光速的粒子的运动。海森堡不确定性原理也是量子力学背后的一个非常重要的理论。它指出,一个粒子的线性动量和该粒子在同一方向上的位置,不能同时以100%的精度测量。

经典力学和量子力学有什么区别?

  • 量子力学适用于微观物体,而经典力学只适用于宏观物体。
  • 量子力学可以应用于宏观物体,但经典力学不能应用于微观系统。
  • 经典力学可以被认为是量子力学的一个特例。
  • 经典力学是一个成熟的领域,而量子力学仍然是一个发展中的领域。
  • 在经典力学中,大多数量子效应,如能量量子化、不确定原理都是没有用的。

对应原理

经典极限下,量子力学退回到经典力学

尽管经典力学在应用于确定诸如电子、质子等微小物体的行为时被打破,但它已经在宏观水平上为力学现象提供了正确的答案。因此,在这个层面上,量子理论应该与经典力学一致。这就是玻尔对应原理,据说是发现正确量子定律的向导。事实上,在旧的条件下,新理论总是会产生与它正在取代的旧理论相同的结果,因为原来的理论已经在它自己的领域解释了实验数据。在量子力学的情况下,这种对应可以通过声明来说明,对于大量子数,量子理论必须与经典物理一致。此外,如果一个量子系统有一个经典的模拟,那么对于极限h→0,它必须产生相应的经典结果。因此,在不确定原理中,在经典极限时 h→0,乘积ΔxΔpx→0,从而在宏观水平上可以同时精确测量位置和动量。对应原理的重要性不在于表明量子理论应该在宏观水平上产生与经典力学相同的结果,而在于描述它应该发生的条件。

如果认为经典力学是量子力学的的特例,这种说法从理论上讲并不科学。应该是量子力学与经典力学之间存在因果关,经典力学与量子力学不应该存在矛盾,本质上看量子力学应该是经典力学的一部分。

从理论推测量子力学应该是经典力学的微观世界的表现。可惜部分人把量子力学神化了,把量子力学搞得神乎其神,什么量子遂穿,什么量子纠缠等等。这也许正是说明我们还没真正弄清楚量子力学的本质问题。在科学界为什么会出现这种现象呢?最大可能性应该是,量子力学研究方面是我们无法直接观测微观世界的具体世界,正是这个微观世界无法直接观测,所以我们所有的结论的获得,只能是用猜测方法或用推测方法来认知这个微观世界。由于量子力学的理论结果基本上都是来自这些猜测和推测的结果,所以很难保证量子力学理论的真实性和权威性。

为什么说量子力学是经典力学的一部分?因为经典力学属于宏观的世界,量子力学属于微观世界,如果把宏观世界进行细分就会进入微观世界。就像一个鸡蛋,鸡蛋是宏观世界,如果把鸡蛋细分,就会得到组成鸡蛋的分子,把鸡蛋内部的分子再细分得到原子,如果把原子再细分就会得到原子结构,如电子、质子、中子,如果要研究这些电子、质子、中子等等或者是更微小物质,经典力学无法解释,只能用量子力学来解释。

微观物质的集合就成了宏观物质,如鸡蛋从内部微观世界来看有无数个电子、质子、中子,这些无数电子、质子、中子整体集合就有了鸡蛋。

从理论上讲鸡蛋的所有功能特性应该是鸡蛋内部微观世界物质功能特性的集合反应,如果鸡蛋内部微观物质的功能特性发生变化,就会直接影响鸡蛋的功能特性。也就是说微观世界与宏观世界存在因果关系不应该存在矛盾,微观世界的集合反应就是宏观世界的反应。由于正是经典力学反应的是宏观世界,量子力学反应的是微观世界,所以说从理论上讲量子力学属于经典力学的一部分,它们之间相辅相成存在因果关系。

总结:经典力学研究的是宏观世界,量子力学研究的是宏观世界内部的微观世界,微观世界的集合构成了宏观世界,因此微观世界只是宏观世界的一部分,所以量子力学也属于经典力学一部分。量子力学就是经典力学的微观表现,量子力学与经典力学相辅相成互为因果,不存在本质上的矛盾。从理论推导如果量子力学中的理论与经典力学产生矛盾,基本上是量子力学理论存在问题。

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