量子力学杂谈

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不过我写的这么差也没人要吧qaq

$part.-1$:前言:

猫,属于猫科动物,分家猫、野猫等等

埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger, 1887年8月12日——1961年1月4日),男,著名的奥地利理论物理学家,量子力学的重要奠基人之一,同时在固体比热、统计热力学、原子光谱等方面享有成就。

但是今天要来介绍的是:薛定谔的猫。

$part.0$:引言:

薛定谔的猫,即为量子力学中最经典的一个例子。本篇日报就来讲解一下本实验以及量子力学相关内容

$part.1$:实验介绍:

准备物品(主要):

  • 一只活着的猫。可以是洛谷の猫

  • 少量的镭:镭的衰变(会放出 $\alpha$粒子),但是只知道它的半衰期(即原子核衰变一半所需要的时间),也就相当于我们只知道了 $\Delta$,而开始衰变的时间是不确定的

  • 氰化物:就是个用来毒猫的,装在一个瓶子里,瓶子被砸碎会导致猫被毒死

  • 锤子: $\alpha$粒子会触发电子机关,使锤子砸向装有氰化物的瓶子(保证砸碎)

  • 密闭容器:保证一旦释放毒气猫必死

开始试验:

将以上物品都装入密闭容器中(组装可见上图),镭衰变存在几率,也就是说猫的死也有一定的几率(根据物品栏的注释,相信这不难明白是为什么)

而在量子力学中

放射性的镭处于衰变和未衰变两种状态的叠加

这就导致了:

那只猫处于活猫和死猫两种状态的叠加!!!

死去活来,强颜欢笑

但是生活中的正常生物都不会有这种情况。

由此,这个实验被称为量子力学的起源

$part.2:$ 量子力学

概述:

量子力学(Quantum Mechanics),为物理学理论,是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。

它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。现代物理学两大烧脑基础

量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一,而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。

起因:

19世纪末,人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统,于是经由物理学家的努力,在20世纪初创立量子力学,解释了这些现象。

一些有趣的例子

当然,量子力学博大精深,如果认真学的话会吐血深感其中的奥秘,所以以下介绍几个经典例子,可以更通俗的了解量子力学,而不会第一次就看到复杂的公式而打消兴趣。

e.g.1:黑箱中的电子

假设在一个不透明的箱子中有一个电子,如图

但是其实是看不到它的具体位置。

  • 这时,我们根据哥本哈根的解释——在盒子中任何一处找到电子的机会是均等的。

但是好像是个人都会这么想。

换一种说法,就是伴随着电子的概率波均匀地分布在盒子中。


什么是概率波?

概率波 ,就是物质波,指空间中某点某时刻可能出现的几率。

  • 自由电子:波函数就是行波,就是说它有可能出现在空间中任何一点,每点几率相等。

  • 如果被束缚在氢原子里,并且处于基态:它出现在空间任何一点都有可能,但是在波尔半径处几率最大

举个形象的例子:你现在虽然坐在电脑前,但是也是有可能在火星上,不过只是概率特别小而不可能被观测到。

可以看做这个点未来可能移动的轨迹


现在,假设一块木板掉落在了盒子中间。

此时黑箱被均匀的分割成两部分。

根据常识,我们知道电子不是在这边就是在那边(电子很小不考虑切割)

但是,哥本哈根又说了:概率波仍然均匀的分布在两端。

也就是说在黑箱任意一侧都有相等的概率找到电子。

但是,一旦一个人向里面看一眼(且看到了电子的位置),那么波函数就会发生坍塌。


波函数坍塌?

我们可以将这个形象的认为是(这个更靠谱):

  • 一个人向空中抛了一个骰子

  • 骰子还未落地时,不知道点数的几率,这时就是一个波函数。

  • 骰子一落地就可以发现最终的结果,这时,就相当于波函数“坍塌”了。

也可以这么理解:

好几个共同发展的概率波,一旦其中一个被观测到(被验证),其他几个就会下降(被观测的概率波为1了),此时就是坍塌。


这时的电子就不再是以“概率”的形式体现,而是真实存在的了。

此时,如果关闭箱子,停止观测,由于我们已经确认过电子的位置且有隔板,那么此时这对概率波就会立即填满电子所在的这一次。

  • 前面说了一个火星和电脑的比方,这里类比一下,还有极小的概率使得电子位于另一侧甚至在黑箱外,但是由于过小就被忽略了。

到这里,实验大概结束了。

但是,一位物理学家鲍尔戴维斯又换了一种更简明的方法阐述这个实验。

假设在隔板两侧分别有一个电子“幽灵”

此时,只要有一个观察者看到任意一个,那么他就会变为真实的电子,同时另一个会消失。


哥本哈根:

注意到上文中大量提到了哥本哈根,于是简介一下。

因为在网上搜除了是个地名就是影片


发表于 2019-10-05 10:04:03 in 日报