量子力学りょうしりきがく

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重定しげさだこう量子りょうし物理ぶつりがく

氫原子中こなか電子でんしざい不同ふどうのうかいてきなみ函數かんすう量子力學りょうしりきがく無法むほうあずかはか粒子りゅうしざい空間くうかんちゅうてきかくきり位置いちただのうあずかはかざい不同ふどう位置いち找到它的りつ[1] 。較亮てき區域くいき代表だいひょう找到電子でんしてきりつ較高。
1927ねんだいさく尔维かい,此次會議かいぎ主題しゅだいため電子でんし光子こうし」,世界せかいじょうさい主要しゅようてき物理ぶつりがく聚集ざい一起討論新近表述的量子理論

量子力学りょうしりきがく英語えいご:Quantum mechanics)これ物理ぶつりがくまとぶんささえ學科がっか。它描じゅつ原子げんし尺度しゃくど原子げんし尺度しゃくど以下いかてき自然しぜん行為こうい[2]:1.1。 它是所有しょゆう量子りょうし物理ぶつりがくてき基礎きそ包括ほうかつ量子りょうし化學かがく量子りょうしじょうろん量子りょうし技術ぎじゅつ量子りょうししんいき科学かがく

量子力学りょうしりきがくあずかあい对论一起かずき认为现代物理ぶつりがくてき两大基本きほん支柱しちゅう。19世紀せいきまつにん發現はつげんきゅうゆうてき經典きょうてん理論りろんなみぼつゆう辦法解釋かいしゃくほろ观系统,於是經由けいゆ物理ぶつりがくてき努力どりょくざい20世紀せいきはつ創立そうりつ量子力学りょうしりきがく解釋かいしゃくりょう這些現象げんしょう量子力學りょうしりきがくしたがえ根本こんぽんじょう改變かいへん人類じんるいたい物質ぶっしつ結構けっこう及其相互そうご作用さようてき理解りかいじょりょうとおる广义しょう对论描写びょうしゃてき引力いんりょくそとまでこん所有しょゆう基本きほん相互そうご作用さようひとし以在量子力学りょうしりきがくてきかまちない描述(量子りょうし场论)。

量子りょうし论的重要じゅうよう应用包括ほうかつ宇宙うちゅうがく量子りょうし化学かがく量子りょうし光学こうがく量子りょうし计算ちょう导磁たい发光极管げきこうあきらからだかんはん导体ほろ处理ひとし

あいいん斯坦可能かのうざい科學かがく文獻ぶんけんちゅうさいさききゅう術語じゅつご量子力學りょうしりきがくてき物理ぶつり學者がくしゃ[3]:86[a]

量子力學りょうしりきがく逐漸したがえ理論りろんちゅう興起こうきもちいらい解釋かいしゃくあずか經典きょうてん物理ぶつりがくあいてき觀測かんそく結果けっかれいうまかつ斯·ろうかつざい1900ねん解決かいけつくろたい輻射ふくしゃ問題もんだい,以及おもねしかはくとく·あいいん斯坦1905ねん論文ろんぶんちゅうのうりょうあずかしきりつてき對應たいおう關係かんけい,該論文ろんぶん解釋かいしゃくりょうひかり电效应影響えいきょう。 這些理解りかいほろかん現象げんしょうてき早期そうき嘗試,現在げんざいしょうためきゅう量子りょうしろん”,しるべあまなんじ斯·玻爾歐文おうぶん·薛定諤維爾おさめ·うみもりうまかつ斯·玻恩·狄拉かつとうひとざい1920年代ねんだい中期ちゅうき全面ぜんめん發展はってんりょう量子力學りょうしりきがく現代げんだい理論りろんよう各種かくしゅ專門せんもん發展はってんてき數學すうがく形式けいしき體系たいけいらいひょうたちてき。 其中いちしょうためなみ函數かんすうてき數學すうがく實體じったいりつはばてき形式けいしき提供ていきょうゆうせき粒子りゅうしのうりょうどうりょう其他物理ぶつり特性とくせいてき測量そくりょう結果けっかてき訊。

关键现象、歷史れきし背景はいけい[编辑]

くろたい辐射[编辑]

ひろしろうかつ定律ていりつ(绿)、維恩定律ていりつ(蓝)みず-きむ定律ていりつ(红)ざい频域てき较,见维おん定律ていりつ在高ありだか区域くいきかずひろしろうかつ定律ていりつしょうみず-きむ定律ていりつざいてい区域くいきかずひろしろうかつ定律ていりつしょう

理想りそうくろたい吸收きゅうしゅう所有しょゆう照射しょうしゃいた它表めんてき電磁でんじ辐射,并将这些辐射转化为热辐しゃ,其光谱特せい仅与该黑たいてき温度おんどゆう关,あずかくろたいてき材質ざいしつ無關むせき。从古典こてん物理ぶつりがく发推導出どうしゅつてき維恩定律ていりつざいていしき區域くいきあずか實驗じっけんすうよりどころあい,而在だかしき區域くいき,从古典こてん物理ぶつりがくてきのうりょう均分きんぶん定理ていり導出どうしゅつみず-きむ定律ていりつまたあずか實驗じっけんすうよりどころあいざい辐射频率趋向无穷だい时,のうりょう也會へんとく無窮むきゅうだい,這結果けっかしょうさくむらさきがい灾变”。しか而在ひろしろうかつなみ注意ちゅういいたむらさきがい灾变てき嚴重げんじゅうせい

1900ねん12月14にち後來こうらいていため量子力學りょうしりきがくてき誕辰たんしん[4][查证请求]马克斯·ろうかつざいかしわりん科學かがくいん發表はっぴょう報告ほうこく通過つうかはた維恩定律ていりつ改良かいりょうまたはたなみ茲曼熵公しきじゅうしんかいしゃくとくりょう一个与实验数据完全吻合的ひろしろうかつ公式こうしきらい描述くろたい辐射,ただしざい诠释这个公式こうしき时,しょうざい物体ぶったいうら發射はっしゃあずか吸收きゅうしゅう輻射ふくしゃてき原子げんしため微小びしょうてき量子りょうし振子ふりこなみ且假设这些量子りょうし振子ふりこてきのうりょう连续てき,而是离散てきすう值,なみ且單どく量子りょうし振子ふりこ吸收きゅうしゅう發射はっしゃてき辐射のう量子りょうしてき[5]:だい2しょう[3]:58-66[6]:364-372

ひかり电效应[编辑]

ひかりでんこうおうしめせ意圖いとひだり上方かみがたてき光子こうし衝擊しょうげきいた金屬きんぞくばんはた電子でんし逐出金屬きんぞくばんなみ且向みぎ上方かみがたうつ

うみいんざとまれ·赫兹於1887ねん实验发现,如果照射しょうしゃむらさきがいこう金属きんぞく表面ひょうめんのり电子かいしたがえ金属きんぞく表面ひょうめん發射はっしゃ出来できいん發現はつげんりょうひかりでんこうおう。1905ねんおもねしかはくとく·爱因斯坦提出ていしゅつりょう光量子こうりょうしてき论来かい释这个现ぞうみとめためひかりたばよしいちぐん離散りさんてき光量子こうりょうししょ組成そせい,而不連續れんぞくせい波動はどう。這些光量子こうりょうし現今げんこんしょうため光子こうし,其能りょう

这裡, これしきりつ ためひろしろうかつ常數じょうすう

爱因斯坦大胆だいたん预言,かりわか光子こうしてき频率だか金属きんぞくてき极限频率,则这光子こうし以给あし够能りょうらい使つかいとく金属きんぞく表面ひょうめんてき一个电子逃逸,造成ぞうせいこう电效应。电子获得てきのうりょうちゅう,一部分被用来将金属中的电子射出,这部分ぶぶんのうりょうさけべ逸出いっしゅつこう,(よう表示ひょうじ),另一部分成為了逃逸电子的動能:

这裡 电子てき质量, 其速

かりわかひかりてき频率てい金屬きんぞくてき極限きょくげんしきりつ么它无法使とく电子获得あし够的逸出いっしゅつこう。这时,照度しょうどゆう多大ただい照射しょうしゃ時間じかんゆうちょうかい發生はっせいこうでんこうおう。而当入射にゅうしゃこうてきしきりつだか於極げんしきりつそく使つかいこう夠強,とう它射いた金屬きんぞく表面ひょうめん也會かん察到こう電子でんし發射はっしゃはくとく·みつ立根たつこん後來こうらいてき實驗じっけん證明しょうめい這些理論りろんあずか預言よげんぞく

爱因斯坦はたひろしろうかつてき量子りょうし论加以延伸えんしん擴展,提出ていしゅつ仅仅ぶつ质与电磁辐射间的相互そうご作用さよう量子りょうしてき,而且量子りょうし一个基本物理特性的理论。つう过这个新论,とく以解释ひかり电效应[7]:1060-1063[3]:67-68

原子げんし结构[编辑]

按照氫原あるるい原子げんしてき玻爾模型もけいおびまけてき電子でんし侷限於原子げんしからそう,它們かんにょうちょ尺寸しゃくすん很小てきたい正價せいか原子核げんしかく電子でんししたがえ一個能量較高的軌道躍遷到能量較低的軌道時,かい電磁波でんじはてき形式けいしきはたのうりょうしゃくいずる[8]:49-82

20せい纪初,卢瑟ぶく模型もけいおおやけ认为せい确的原子げんし模型もけい。这个模型もけいかり设带负电てき电子,ぞうぎょうほし围绕ふとし阳运转一样,围绕带正电荷てき原子核げんしかく运转。ざい这个过程ちゅう库仑りょくあずか离心りょく必须平衡へいこう

ただし这个模型もけいゆう两个问题无法かい决。くびさき,按照經典きょうてん电磁がく,这个模型もけい稳定,ゆかり於电不断ふだんざい它的运转过程ちゅう加速かそく,它应该會どおり發射はっしゃ电磁丧失のうりょう,这样它很かい就会坠入原子核げんしかく。其次,实验结果显示,原子げんしてき发射こうよし一系列离散的发射线组成,原子げんしてき发射こう谱是よしいちむらさきがい线系列けいれつらい曼系)、一个可见光系列(ともえみみむぎけいかず其它てき红外线系列けいれつ组成;而按あきら經典きょうてん原子げんしてき发射谱应该是连续てき

1913ねんあま尔斯·玻尔提出ていしゅつりょう玻尔模型もけい,这个模型もけい引入量子りょうしてき概念がいねんらい解釋かいしゃく原子げんし结构和光わこう谱线。玻尔认为,电子ただのうざい对应ぼう特定とくていのうりょうてき轨道じょう运動。かり如一个电,从一个能量比较高的轨道(),おど遷到一个能量比较低的轨道(じょう时,它发射的しゃてきこうてき频率为

はんこれつう吸收きゅうしゅうどう样频りつてき光子こうし,电子以从低能ていのうてき轨道,おど遷到だかのうてき轨道じょう

玻尔模型もけい以解释原子げんしてき结构。改善かいぜんてき玻尔模型もけい,还可以解释るい原子げんしてき結構けっこうそく He+, Li2+, Be3+ ひとしただし它还够完ぜん,仍然无法じゅん确地かい释其它原子げんしてき物理ぶつり现象。[3]:53-57[9]:24-29

もの质波[编辑]

外村とのむらあきらにち外村とのむらあきら(Akira Tonomura)だんたい電子でんしそうぬい實驗じっけんいたてき干涉かんしょう圖樣ずよう每秒まいびょうやくゆう1000電子でんし抵達探測たんそくへい電子でんしあずか電子でんしあいだてき距離きょりやくため150km,兩個りゃんこ電子でんし同時どうじ存在そんざい電子でんし發射はっしゃあずか探測たんそくへいあいだてきがいりつほろ乎其ほろちゅうごと一亮點表示一個電子抵達探測屏,[b]經過けいかいちだん時間じかん電子でんしてき累積るいせき顯示けんじ干涉かんしょう圖樣ずよう[11]

1924ねんみちえき·とくぬの罗意發表はっぴょう博士はかせ論文ろんぶん提出ていしゅつ粒子りゅうし拥有动性,其波长あずか动量なりはん,以方程式ほうていしき表示ひょうじため[12]

這理ろんたたえためとくぬの假說かせつまたたたえため物質ぶっしつ假說かせつ。這意あじちょ電子でんしただし具有ぐゆう粒子りゅうしせいかえ具有ぐゆう波動はどうせい

1927ねんかつはやし顿·戴维もりあずかかみなり斯特·かわまつ實驗じっけんはた低能ていのうりょう電子でんし入射にゅうしゃ於鎳あきらからだしかこう測量そくりょうたい於每一個角度的散射強度。したがえ分析ぶんせき實驗じっけんすうよりどころ發現はつげん假設かせつ加速かそくでんいきおいため5.4eV,のりざい50°しょかい出現しゅつげんきょう反射はんしゃ符合ふごうかど·ぬのひしげかく於1913ねんしょ提出ていしゅつてき Xせんにょうしゃ性質せいしつ。這驚人的じんてき結果けっかしょうじつ電子でんしいちしゅ物質ぶっしつ,也證じつりょう物質ぶっしつ假說かせつ。這實驗じっけん就是著名ちょめいてき戴維もりかわまつ實驗じっけん[9]:64-68

电子てきそう缝实验非常ひじょうせい动地展示てんじ不同ふどうてき量子力学りょうしりきがく现象。[13]如右图所しめせ

  • ざいへいまくじょうてき电子てんじょうてき,这个现象あずか一般感受到的点状的粒子相同。[b]
  • 电子ざいへいまくじょうてき位置いちゆう一定いっていてき分布ぶんぷがいりつずい时间以看そう缝衍しゃしょ特有とくゆうてきじょう纹图ぞうかり如一个光缝被关闭的话,しょ形成けいせいてき图像单缝特有とくゆうてきなみてき分布ぶんぷがいりつ

ざい图中てき实验うら,电子げんてき强度きょうど非常ひじょうていしょはつ射出しゃしゅつてき電子でんしあずか電子でんしあいだてき距離きょりやくため150km,任意にんい兩個りゃんこ電子でんし同時どうじ存在そんざい電子でんし發射はっしゃあずか探測たんそくへいあいだてきがいりつほろ乎其ほろ。显然推斷すいだん單獨たんどく电子どう时通过了两條せま缝,自己じこあずか自己じこ發生はっせい干涉かんしょう,从而出現しゅつげん这个干涉かんしょう圖樣ずよう。对于經典きょうてん物理ぶつりがくらい说,这个かい非常ひじょうかい。从量子力学りょうしりきがくてき角度かくどらい,电子てき分布ぶんぷがいりつ以用两个分別ふんべつどおり过两じょうせまぬいてき量子りょうしたたみざい一起かずきらい解釋かいしゃく。这个实验非常ひじょう具有ぐゆう信服しんぷくりょく展示てんじ電子でんしてき波動はどうせい[11]

数学すうがくもと[编辑]

ざいじゅう世紀せいきじゅう年代ねんだい现了两种量子りょうし物理ぶつりてき论,そく维尔纳·うみもりてきのり阵力がくほこり尔温·薛定谔てきなみ动力がく

うみもり主張しゅちょうただゆうざい實驗じっけんうらのう夠觀察到てき物理ぶつりりょう觀察かんさつりょう),ざい具有ぐゆう物理ぶつり意義いぎさい以用理論りろん描述其物理ぶつり行為こういれい如,不能ふのう直接ちょくせつかん察到電子でんし運動うんどう原子げんしうらてき位置いちあずかしゅうよし此,ちょじゅう研究けんきゅう電子でんしおど遷時しょ發射はっしゃ光波こうはてき離散りさんしきりつ照度しょうど,這些觀察かんさつりょうただし無法むほう實際じっさい應用おうよう這點原子げんし問題もんだいいんため問題もんだいふとし複雜ふくざつただのうあらため應用おうよう這點比較ひかく簡單かんたんただし比較ひかく實際じっさいてき問題もんだい經過けいか一番いちばん努力どりょく計算けいさん振子ふりこ問題もんだいてきのうあずかれいてんのうりょう符合ふごう分子ぶんしこうがくてき結果けっか。另外,ざいうみもり堡理ろんちゅう系統けいとうてき哈密ひたぶるりょう位置いちどう量的りょうてき函數かんすうただし它們さい具有ぐゆう古典こてん力學りきがくちゅうてき定義ていぎ,而是よしかい代表だいひょうちょ過程かていてきはつたいおわりたいでん立葉たてば係數けいすうてきのりじんきゅううみもり堡還發現はつげん,這些のりじん互不たいえき。這些論述ろんじゅつ後來こうらい發展はってんなりためのりじん力學りきがく[3]:161-163

したがえとくぬの論文ろんぶんてき相對そうたいろんせい理論りろん,薛定谔推導出どうしゅついちしゅ波動はどう方程式ほうていしきたたえため薛定谔方程式ほうていしきよう方程式ほうていしき以計算出さんしゅつ原子げんしてきせんとくいたあずかなみみみ模型もけい完全かんぜんしょうどうてき答案とうあんなみ动力がくてき基礎きそ方程式ほうていしき就是薛定谔方程式ほうていしき[3]:163-164

薛定谔率さき於1926ねん证明りょう这两种理论的とう价性。ややきさき卡爾·ほこり卡特えいCarl Eckart沃爾おっとおか·つつみりつ也给類似るいじ证明,[3]:166约翰·冯·诺伊曼严格证明りょう动力がくのり阵力学的がくてきとう价性。[14]

基礎きそ公設こうせつ[编辑]

せい量子力学りょうしりきがくてきすう学理がくり论可以建立こんりゅう於五个基礎きそ公設こうせつ(postulate)。這些公設こうせつ不能ふのう嚴格げんかく推導出來でき,而是したがえ實驗じっけん結果けっか仔細しさい分析ぶんせき归纳总结而得いたてきしたがえ公設こうせつ以推導出どうしゅつせい量子力學りょうしりきがくかりわか量子力學りょうしりきがくてき理論りろん結果けっか符合ふごう實驗じっけん結果けっかのり必須ひっすはた這些基礎きそ公設こうせつ以修あらためちょくいたぼっゆうにんなん符合ふごうしょいたりいまためやめ量子力學りょうしりきがくやめ實驗じっけんかくたい至極しごくだかじゅん確度かくどかえぼっゆう找到にんなにあずか理論りろん符合ふごうてき實驗じっけん結果けっか,雖然ゆう些理ろん很難直覺ちょっかくよう經典きょうてん物理ぶつりてき概念がいねんらい理解りかいれい如,なみつぶぞうせい量子りょうし糾纏ひとしひとし[15][16]:211ff[17]:165-167

  1. 量子りょうしたい公設こうせつ量子りょうしけい统在任意にんい时刻てきじょう态(量子りょうしたい以由まれ尔伯とくそら なかてきたいりょう らい設定せってい,這態りょう完備かんびきゅうりょう這量系統的けいとうてきしょ有信ありのぶいき。這公設こうせつ意味いみちょ量子りょうし系統けいとう遵守じゅんしゅ态叠原理げんりかりわかぞく於希尔伯とくそらのり也屬於希尔伯とくそら,其中みなため常數じょうすう
  2. 時間じかんえんじ公設こうせつ: 态矢りょうため てき量子りょうし系統けいとう,其动力学りきがくえんじ以用薛定谔方ほど表示ひょうじ ;其中,哈密顿算 对应於量子りょうしけい统的总能りょうこれやくろうかつ常數じょうすう根據こんきょ薛定谔方ほど假設かせつ時間じかんしたがえながれ动到のりたいむこうりょうしたがええんじいた ,這過ほど方程式ほうていしき表示ひょうじため ;其中, 時間じかんえんじさん
  3. 觀察かんさつりょう公設こうせつまい观察りょう みやこゆう其對おうてきやくまいさん ,而算てき所有しょゆうほんちょうりょう共同きょうどう組成そせいいち完備かんび基底きてい
  4. 塌縮公設こうせつたい量子りょうし系統けいとう測量そくりょうぼう觀察かんさつりょう ,這動作どうさ以數がく表示ひょうじためはた其對おうてきやくまいさん 作用さよう量子りょうし系統けいとうてきたいりょう 測量そくりょう值只のうためやくまいさん てきほんちょう值。ざい測量そくりょう假設かせつ測量そくりょう值為のり量子りょうし系統けいとうてき量子りょうしたいりつこくかい塌縮ため對應たいおう於本ちょうてきほんちょうたい
  5. なみおん公設こうせつたい於這測量そくりょう獲得かくとくほんちょう てきがいりつため量子りょうしたいしょ於本ちょうたいてきがいりつはばてき絕對ぜったい平方へいほう[c]

量子りょうしたいあずか量子りょうしさん[编辑]

設定せってい斯特おん-かわひしげ實驗じっけんてき磁場じば方向ほうこうためz-じく入射にゅうしゃてきぎん原子げんしたば以被分裂ぶんれつなり兩道りょうどうぎん原子げんしたばねまい一道銀原子束代表一種量子態,じょうあるした[18]:1-4

量子りょうしたいゆびてき量子りょうし系統けいとうてき狀態じょうたいたいむこうりょう以用らい抽象ちゅうしょう表現ひょうげん量子りょうしたい採用さいよう狄拉かつ標記ひょうきたいむこうりょう表示ひょうじためみぎ;其中,ざい符號ふごう內部てきまれ臘字はは以是にんなん符號ふごう字母じぼ數字すうじあるたんれい如,沿著磁場じば方向ほうこう測量そくりょう電子でんしてきいたてき結果けっか以是じょう旋或旋,分別ふんべつ標記ひょうきためある[19]:93-96

たい量子りょうしたい操作そうさ定義ていぎ量子りょうしたい以從一系列製備程序來辨認,そく這程じょしょせいなりてき量子りょうし系統けいとうようゆう量子りょうしたい[20]:15-16れい如,使用しよう斯特おん-かわひしげ實驗じっけん設定せってい磁場じばあさちょz-じく方向ほうこう,如右しょしめせ以將入射にゅうしゃてきぎん原子げんしたばねあきら旋的z-分量ぶんりょう分裂ぶんれつなり兩道りょうどう一道いちどうためじょう旋,量子りょうしたいため,另一道いちどうため旋,量子りょうしたいため,這樣,以製備成量子りょうしたいためてきぎん原子げんしたばねある量子りょうしたいためてきぎん原子げんしたば原本げんぽんぎん原子げんしたばてきたいむこうりょう以按あきらたいたたみ原理げんり表示ひょうじため[18]:1-4

其中,ふく值係すう分別ふんべつため入射にゅうしゃぎん原子げんしたばしょ於上旋、しも旋的がいりつ

ざい斯特おん-かわひしげ實驗じっけんうら透過とうか測量そくりょう而得いた旋的z-分量ぶんりょう,這種物理ぶつりりょうたたえため觀察かんさつりょう透過とうか實驗じっけん測量そくりょう以得いた其測值。まい一個可觀察量都有一個對應的量子りょうしさんはたさん作用さよう量子りょうしたいかい使とく量子りょうしたいせんせい變換へんかんなりいち量子りょうしたいかりわか變換へんかんまえてき量子りょうしたいあずか變換へんかんてき量子りょうしたいじょりょう乘法じょうほうすう值以がい兩個りゃんこ量子りょうしたいしょうどうのりしょう量子りょうしたいため此算てきほんちょうたいしょう此乘ほうすう值為此算てきほんちょう[18]:11-12觀察かんさつ量的りょうてきさん也許かいゆう很多ほんちょう值與ほんちょうたい根據こんきょ統計とうけいかいしゃくまい一次測量所得到的測值只能是其中的一個本徵值,而且,はか這本ちょう值的機會きかいていがいりつせい量子りょうし系統けいとうてき量子りょうしたい也會改變かいへんため對應たいおう於本ちょう值的ほんちょうたい[19]:106-109れい如,旋的z-分量ぶんりょう觀察かんさつりょう,做實驗じっけん以得いたてきはか值為ある對應たいおう觀察かんさつりょうてき量子りょうしさんゆう兩個りゃんこほんちょう值分べつためてきほんちょうたい所以ゆえんはた量子りょうしさん分別ふんべつ作用さよう於這兩個りゃんこほんちょうたい會得えとくいた[18]:11-12

はた量子りょうしさん作用さよう量子りょうしたい會得えとくいたほんちょうてきがいりつ分別ふんべつためかり若本わかもとちょう值為のり量子りょうしたいかい塌縮ため量子りょうしたいかり若本わかもとちょう值為のり量子りょうしたいかい塌縮ため量子りょうしたい

动力がくえんじ[编辑]

ざい量子力學りょうしりきがく公設こうせつうらだい二項直接提到量子系統的動力學演化,其遵守じゅんしゅ含時薛丁かく方程式ほうていしきいん此,量子りょうしたいてきえんじざい任意にんい時刻じこく以被完全かんぜんあずかはか具有ぐゆう連續れんぞくせいいのち定性ていせいあずか可逆かぎゃくせいだいよんこうひっさげいたとうたい量子りょうし系統けいとうさく測量そくりょうとき,其量子りょうしたいかい塌縮いたりいくほんちょうたいちゅうてきいちほんちょうたい具有ぐゆう不連續ふれんぞくせいがいりつせいあずか可逆かぎゃくせい。怎樣調和ちょうわ這兩しゅ不同ふどうてき行為こうい,一種是關於量子態的自然演化,另一種是關於測量引發的演化,這仍きゅう解決かいけつてき物理ぶつりがく問題もんだい[20]:7-11

量子りょうし系統けいとうてき动力がくえんじ以用不同ふどうてき绘景らい表現ひょうげんつう过重新定しんじょう义,这些不同ふどうてきけい以互しょうへん换,它们实际じょう等價とうかてきかりわかようせんちゅう分析ぶんせき量子りょうしたい怎樣ずいちょ時間じかんてきりゅうえき而演時間じかんえんじさん怎樣影響えいきょう量子りょうしたいのり採用さいよう薛丁かくけいかりわかようせんちゅう了解りょうかい對應たいおう於可觀察かんさつ量的りょうてきさん怎樣ずいちょ時間じかんてきりゅうえき而演時間じかんえんじさん怎樣影響えいきょう這些さんのり採用さいよううみもり堡绘けい[18]:80-89

主要しゅよう論題ろんだい[编辑]

测量过程[编辑]

量子力学りょうしりきがくあずか經典きょうてん力学りきがくてき一个主要区别,ざい於怎さま理論りろん論述ろんじゅつ测量过程。ざい經典きょうてん力学りきがくうら,一个物理系统的位置和动量,以同时被无限せい确地确定预測。ざい论上,测量過程かてい对物理系りけい本身ほんみ,并不かい造成ぞうせいにんなんかげ响,并可以无げんせい确地进行。ざい量子力学りょうしりきがくちゅう则不しか,测量过程本身ほんみかい对系统造成ぞうせいかげ响。[21]

怎樣才能さいのう正確せいかく地理ちりろん描述たい於一个可观察量的测量?設定せってい一个量子系统的量子态,しゅさきはた量子りょうしたい分解ぶんかい为该观察量的りょうてき一组本征态的线性组合。测量过程以視ためたい於本せい态的いち投影とうえい,测量结果投影とうえいてきほんせい态的ほんせい值。假設かせつ,按照ぼうたねほどじょせい備出いちけい綜,ざい這系綜裏,まい一個量子態都與這量子態相同,現在げんざいたい於這けい綜裏てきごと一個量子態都進行一次測量,のり以获とく所有しょゆう可能かのうてき测量值(ほんちょう值)てきつくえりつ分布ぶんぷまい个测りょう值的がいりつとう量子りょうしたいしょ於對おうてきほんせい态的がいりつはばてき绝对值平方へいほう[19]:36-37, 96-100

いん此,假設かせつたい於两个不同ふどうてき觀察かんさつりょう 做测りょう改變かいへん測量そくりょう顺序,れい如從改變かいへんためのり可能かのう直接ちょくせつかげ响测りょう结果。かりわか測量そくりょう結果けっかゆうしょ不同ふどうのりしょう兩個りゃんこ觀察かんさつりょうためあいよう觀察かんさつりょうそくしょう兩個りゃんこ觀察かんさつりょうためあいよう觀察かんさつりょう。以數學術がくじゅつひょうたち兩個りゃんこあいよう觀察かんさつりょう てきたいえきさん不等ふとう於零:[19]:110-112

确定せい原理げんり[编辑]

确定せい原理げんり表明ひょうめいえつのうじゅんかく設定せってい粒子りゅうしてき位置いちすなわちえつ不能ふのうじゅんかく設定せってい粒子りゅうしてきどうりょうたんまたしか[22]:引言方程式ほうていしき表示ひょうじため[19]:110-114

其中,分別ふんべつため位置いちどう量的りょうてき確定かくていせい

しつらえそういちじょういきせいてきなみつつみ假設かせつつつみてき尺寸しゃくすんためしたがえけいすうつつみてきしゅうかず以知どう其波すう

かりわか計數けいすうてき確定かくていせいため麼,波數はすうてき確定かくていせい

根據こんきょとくぬの假說かせつよし此,どう量的りょうてき確定かくていせい

よし粒子りゅうし位置いちてき確定かくていせい所以ゆえん,這兩個りゃんこあいよう觀察かんさつ量的りょうてき確定かくていせいため[23]:5-6

ぜんどう粒子りゅうし[编辑]

ざい無限むげんふかかたがたうら兩個りゃんこぜんどう米子よなごてき反對稱はんたいしょうせいなみ函數かんすう繪圖えず[d]
ざい無限むげんふかかたがたうら兩個りゃんこぜんどう玻色てき對稱たいしょう函數かんすう繪圖えず[e]

粒子りゅうし具有ぐゆう很多しゅ物理ぶつり性質せいしつれい質量しつりょう電荷でんかひとしひとしかりわか兩個りゃんこ粒子りゅうし具有ぐゆう不同ふどうてき性質せいしつのり以藉ちょ測量そくりょう這些不同ふどうてき性質せいしつらい區分くぶん兩個りゃんこ粒子りゅうし根據こんきょ許多きょた實驗じっけん獲得かくとくてき結果けっかどう種類しゅるいてき粒子りゅうし具有ぐゆう完全かんぜんしょうどうてき性質せいしつれい如,宇宙うちゅううら所有しょゆうてき電子でんしたいゆう相等そうとう數量すうりょうてき電荷でんかよし此,無法むほうもたれ物理ぶつり性質せいしつらい區分くぶんどう種類しゅるいてき粒子りゅうし必須ひっす使用しよういちしゅ區分くぶんほうそく跟蹤ごといち粒子りゅうしてき軌道きどうただようのう夠無げん精確せいかく測量そくりょうごといち粒子りゅうしてき位置いち,就不かい搞不清楚せいそいち粒子りゅうしざい哪裡。這個適用てきよう經典きょうてん力學りきがくてき方法ほうほうゆういち問題もんだい就是它與量子力學りょうしりきがくてき基本きほん原理げんりしょう矛盾むじゅん根據こんきょ量子りょうし理論りろんざい位置いち測量そくりょう期間きかん粒子りゅうしなみかい保持ほじ明確めいかくてき位置いち粒子りゅうしてき位置いち具有ぐゆうがいりつせいずいちょ時間じかんてきりゅうえきいく粒子りゅうしてき量子りょうしたい可能かのうかい移動いどう蔓延まんえんいん此某些部分會ぶんかい互相重疊ちょうじょうざいいちおこりかりわか發生はっせい重疊ちょうじょう事件じけん,给每个粒“挂上いち个标签”てき方法ほうほうりつこく就失了意りょうい义,就無ほう區分くぶんざい重疊ちょうじょう區域くいきてき兩個りゃんこ粒子りゅうし[19]:201ff

ぜんどう粒子りゅうしところてい現出げんしゅつてき不可ふか区分くぶんせい,对量子りょうし态的对称せい,以及粒子りゅうしけい统的统计力学りきがくゆうふか远的かげ响。如说,一个由全同粒子组成的多粒子系统量子态,ざい交换两个粒子りゅうし“1”かず粒子りゅうし“2”时,以证あきら对称てき ,就是はん对称てき 具有ぐゆう对称せいてき粒子りゅうししょう玻色具有ぐゆうはん对称せいてき粒子りゅうししょう费米。此外てき对换也形成けいせい对称:旋为半数はんすうてき粒子りゅうし(如电质子中子なかごはん对称てきいん此是费米子よなご旋为整数せいすうてき粒子りゅうし(如光子こうし对称てきいん此是玻色

よし於费米子よなご系統けいとう具有ぐゆうはん对称せい米子よなご遵守じゅんしゅあわあいよう原理げんりそく两个费米子よなご无法うらないすえ同一どういつじょう[18]:451。这个原理げんり拥有极大てき用意ようい义。它表明ひょうめいざいよし原子げんし组成てきぶつ质世かいうら,电子无法どう时占すえ同一どういつじょう态,いん此在最低さいていじょう态被うらないすえした一个电子必须占据次低的状态,ちょくいた所有しょゆうてきじょう态均满足为止。这个现象决定りょうぶつ质的物理ぶつり化学かがく特性とくせい[19]:204,214,218-221

费米あずか玻色てきじょう态的热分布ぶんぷ也相很大:玻色遵循玻色-爱因斯坦统计,而费米子よなご则遵循费米-狄拉かつ统计[18]:450

量子りょうし纠缠[编辑]

假設かせついちれい旋中せいπぱいかいおとろえ變成へんせいいち電子でんしあずかいちせい電子でんし,這兩個りゃんこおとろえへん產物さんぶつ各自かくじあさちょ相反あいはん方向ほうこう移動いどう,雖然彼此ひしあいだしょうへだた一段いちだん距離きょり,它們仍舊かい發生はっせい量子りょうし糾纏現象げんしょう

假設かせつ兩個りゃんこ粒子りゅうしざい經過けいかたん暫時ざんじあいだ彼此ひし耦合これ單獨たんどく攪擾其中任意にんいいち粒子りゅうし,儘管兩個りゃんこ粒子りゅうしあいだ可能かのうしょうへだた很長いちだん距離きょりかえかい不可避ふかひめん影響えいきょういた另外いち粒子りゅうしてき性質せいしつ,這種關聯かんれん現象げんしょうしょうため量子りょうし糾纏。往往おうおうゆかり粒子りゅうし组成てき量子りょうしけい统,其状态无法被はっぴぶん离为其组なりてき单个粒子りゅうしてきじょう态,ざい这种じょう况下,单个粒子りゅうしてきじょう态被しょう为是纠缠てき。纠缠てき粒子りゅうしゆう惊人てき特性とくせい,这些特性とくせい违背一般いっぱんてきちょく觉。如说,对一个粒子的测量,以导致整个系统的つつみりつこく塌缩,いん此也かげ响到另一个、はるか远的、あずか测量てき粒子りゅうし纠缠てき粒子りゅうし。这个现象并不违背せま义相对论いん为在量子力学りょうしりきがくてき层面じょうざい测量粒子りゅうしまえ,它们不能ふのう單獨たんどく各自かくじてい义,实际じょう它们仍是いち整体せいたい过在测量它们きさき,它们就会だつ量子りょうし纠缠てきじょう态。[20]:27-31:120ff

量子りょうし退すさあい[编辑]

さく为一个基本理论,量子力学りょうしりきがくげん则上,应该适用于任なん大小だいしょうてき物理ぶつりけい统,也就说不仅限于ほろ观系统么,它应该提供ていきょう一个过渡到ひろし經典きょうてん物理ぶつりてき方法ほうほう量子りょうし现象てき存在そんざい提出ていしゅつりょういち个问题,そく怎样从量子力学りょうしりきがくてき观点,かい释宏观系统的經典きょうてん现象。ゆう其无ほう直接ちょくせつてき量子力学りょうしりきがくちゅうてき量子りょうしたたみざいひろし观世かい怎樣てい現出げんしゅつらい。1954ねん,爱因斯坦ざい马克斯·玻恩てきしんちゅう,就提出ていしゅつりょう怎样从量子力学りょうしりきがくてき角度かくどらいかい释宏观世かいてき物理ぶつり現象げんしょうてき问题,指出さしで仅仅量子力学りょうしりきがく现象ふとししょう”无法かい释这个问题。[24]:62-63这个问题てき另一个例子是由薛定谔提出的薛定谔猫てき思想しそう实验。[24]:2

後來こうらい物理ぶつり學者がくしゃ领会いた上述じょうじゅつてき思想しそう实验,实际而言并不あい現實げんじついん为它们忽りゃくりょう不可避ふかひめんあずかしゅう围环さかいてき相互そうご作用さよう量子りょうし系統けいとうかいいんため相互そうご作用さようあずか環境かんきょう關聯かんれんざいいちおこりところたたみたいてき量子りょうし系統けいとう非常ひじょう容易ようい受周围环さかいてきかげ响,而且ずいちょ時間じかんりゅう逝,這量子りょうし系統けいとうかいあずか環境かんきょうなが休止きゅうしえつ深入ふかいり糾纏,這現象げんしょうしょうため「馮紐曼無きゅう鏈」(Von Neumann's infinite chain)。ざいたたみたいうらいく相互そうごせい交的量子りょうしたいたたみざい一起かずき彼此ひししょう量子りょうし退すさあいいちしゅ過程かていのう夠將量子りょうし系統けいとうてきやく密度みつどのりじんたいかく,而相性質せいしつ就是表示ひょうじ於這やく密度みつどのりじんてきたいかく元素げんそ所以ゆえんじょうたいてきしょう性質せいしつかい快速かいそく消失しょうしつ無法むほうさい探測たんそくいたしたがえ而呈現出げんしゅつ經典きょうてんてき統計とうけい性質せいしつ。雖然量子りょうし系統けいとうてきたたみたいさい具有ぐゆうしょう性質せいしつせい量子りょうし系統けいとうあずか環境かんきょう共同きょうどう組成そせいてき聯合れんごうたい仍舊具有ぐゆうしょう性質せいしつ[20]:19-21, 136-138[25]

对于量子りょうし计算つくえらい说,量子りょうし退すさあい也有やゆう实际义。ざい一台量子计算机中,需要じゅよう量子りょうしじょう态尽可能かのう长时间保持ほじ叠加。退すさあい时间たん一个非常大的技术问题,いんため它會そぎじゃく量子りょうしたたみこうおうただし它也いち必需ひつじゅてきいんもといんためもうか存在そんざい計算けいさん內的すうよりどころ必需ひつじゅ經過けいか量子りょうし測量そくりょう出來でき[26]

あずか其它物理ぶつり论的关系[编辑]

經典きょうてん物理ぶつり[编辑]

波動はどう光學こうがくざい短波たんぱちょう極限きょくげんなりため幾何きか光學こうがく類似るいじ量子力學りょうしりきがくざいろうかつ常數じょうすう趨零極限きょくげんなりため經典きょうてん力學りきがく基本きほん而言,ざいひろしろうかつ常數じょうすう趨零極限きょくげん以從量子力學りょうしりきがくてき薛丁かく方程式ほうていしき導出どうしゅつ經典きょうてん力學りきがくてき哈密とみ-方程式ほうていしきしょうつきぼそふし,請參閱條哈密とみ-方程式ほうていしき[27]

量子力學りょうしりきがくてきあずかはかやめ實驗じっけんかくたい至極しごくだかじゅん確度かくどざい科學かがく領域りょういきちゅうさいためじゅんかくてき理論りろんいち[10]對應たいおう原理げんり實現じつげん經典きょうてん力學りきがくあずか量子力學りょうしりきがくあいだてき對應たいおう關係かんけい根據こんきょ對應たいおう原理げんりかりわか量子りょうしけい统已たちいたぼう經典きょうてん極限きょくげん」,のり物理ぶつり行為こうい以很せい确地よう經典きょうてん论來描述;這經典きょうてん極限きょくげん以是だい量子りょうしすう極限きょくげん,也可以是ひろしろうかつ常數じょうすう趨零極限きょくげん實際じっさい而言,许多ひろし观系统都よう經典きょうてん论(如經典きょうてん力学りきがく电磁がくらい做精确描じゅつよし此在非常ひじょうだいてきけい统中,量子力学りょうしりきがくてき特性とくせいおう該会逐漸あずか經典きょうてん物理ぶつりてき特性とくせいしょう近似きんじ,两者必須ひっす相互そうご符合ふごう[28]:190-191

对应原理げんりたい建立こんりゅう一个有效的量子力学模型是很重要的辅助工具。量子力学りょうしりきがくてき数学すうがくもと础相とうこう泛寬,它僅ただ要求ようきゅう量子りょうし系統けいとうてきたいむこうりょうぞくまれ尔伯とくそら,其观察りょう线性てきやくまいさん,它并ぼつゆう规定ざい实际じょう况下,应该选择哪一种希尔伯特空间、哪些やくまいさんよし此,ざい实际じょう况下,必须选择しょう应的まれ尔伯とくそら间和さんらい描写びょうしゃ一个特定的量子系统。而对应原理げんり则是做出这个选择てき一个重要辅助工具。这个原理げんり要求ようきゅう量子力学りょうしりきがくしょ做出てき预言,ざい越来ごえくえつだいてきけい统中,逐渐近似きんじ經典きょうてん论的预言。这个大系たいけい统的极限,しょう为“經典きょうてん极限”あるもの“对应极限”。よし此可以使用しよう启发ほうてき手段しゅだんらい建立こんりゅういち量子力学りょうしりきがくてき模型もけい,而这个模がたてき极限,就是しょう应的經典きょうてん物理ぶつりがくてき模型もけい[28]:190-191[29]:3ff

ざい經典きょうてん系統けいとうあずか量子りょうし系統けいとうあいだ量子りょうししょう一種很明顯可以用來區分的性質,具有ぐゆう量子りょうししょうせいてき電子でんし光子こうしとうとうほろかん粒子りゅうし以處於量子りょうしたたみたい具有ぐゆう量子りょうししょうせいてきぼうだまろうとらとうとうひろしかん系統けいとう不可ふか以處於量子りょうしたたみたい量子りょうし退すさあい以用らい解釋かいしゃく這些行為こうい。一種應用這性質來區分的工具是かいなんじ不等式ふとうしき,遭到量子りょうし糾纏てき系統けいとう遵守じゅんしゅかいなんじ不等式ふとうしき,而量子りょうし退すさあいのう夠將量子りょうし糾纏性質せいしつ變換へんかんため經典きょうてん統計とうけい性質せいしつ系統けいとうてき物理ぶつり行為こういいん此可以用かくれ變數へんすう理論りろん解釋かいしゃくさい遵守じゅんしゅかいなんじ不等式ふとうしき[30]:80-82簡略かんりゃく而言,量子りょうし干涉かんしょうしょういく量子りょうしたいてき量子りょうしはば總和そうわざい一起かずき,而經典きょうてん干涉かんしょうそくしょういく經典きょうてん波動はどうてきなみきょう總和そうわざいいちおこりたい於微かん物體ぶったいせい系統けいとうてき延伸えんしん尺寸しゃくすんちょうしょうあいちょうたびいん此會さん生長せいちょうほど量子りょうし糾纏あずか其它ていいき現象げんしょう,一些量子系統的特徵行為。通常つうじょう量子りょうししょうかい出現しゅつげん於宏かん系統けいとう[31]

狹義きょうぎしょう对论[编辑]

原本げんぽん量子力學りょうしりきがくてきひょうじゅつしょはりたいてき模型もけい,其對おう極限きょくげんため相對そうたいろんせい古典こてん力學りきがくれい如,眾所みな知的ちてき量子りょうし振子ふりこ模型もけい使用しようりょう相對そうたいろんせいひょうたちしきらいひょうたちどうのういん此,這模がた古典こてん振子ふりこてき量子りょうし版本はんぽん[19]:40-59

早期そうきたい合併がっぺい量子力学りょうしりきがくあずかせま义相对论てき试图,わたる及到使用しようきょうへん方程式ほうていしきれい如,かつ莱因-ほこ尔登かたほどある狄拉かつ方程式ほうていしきだい薛定谔方ほど。这些かたほど雖然のう夠很成功せいこう描述许多量子りょうし现象,ただし它们ゆうぼう不滿ふまんてき問題もんだい,它们无法描述ざいしょう对论性状せいじょうきょう粒子りゅうしてき生成せいせい湮滅いんめつかんせいてきあい对论せい量子りょうし需要じゅよう量子りょうし场论まとせきかぎ发展。量子りょうし场论のう夠将量子りょうし(而不いちくみ固定こてい數量すうりょうてき粒子りゅうし)。だい一个量子场论是量子りょうし电动力学りきがく,它可以精かく描写びょうしゃ电磁相互そうご作用さよう[18]:486-514量子りょうし電動でんどう力學りきがく其對於某些原子げんし性質せいしつてき理論りろんあずかはかやめあかしじつじゅんかくいたり108ぶんいち[32]:7

たい於描じゅつ电磁けい统,つね需要じゅよう使用しよういた量子りょうし场论てき全部ぜんぶこうのう较简单的方法ほうほうこれはた带电粒子りゅうしとうさく处於經典きょうてん电磁场中てき量子力学りょうしりきがく物体ぶったい。这个手段しゅだん量子力学りょうしりきがくてき初期しょき,就已经被使用しようりょう如说,原子げんしてき电子じょう态,近似きんじ使用しよう經典きょうてんてき くら侖勢らい计算。这就しょ谓的はん經典きょうてん方法ほうほうただしざい电磁场中てき量子りょうし起伏きふくおこり一个重要作用的情况下(如带电粒子りゅうし发射いち光子こうし)这个近似きんじ方法ほうほう失效しっこうりょう[19]:145-160

粒子りゅうし物理ぶつりがく[编辑]

專門せんもん描述つよ相互そうご作用さようじゃく相互そうご作用さようてき量子りょうしじょうろんやめ發展はってん成功せいこうつよ相互そうご作用さようてき量子りょうし场论たたえため量子りょうししょく动力がく,这个论描じゅつ原子げんし粒子りゅうしれい夸克胶子,它們彼此ひし间的相互そうご作用さようじゃく相互そうご作用さようあずか电磁相互そうご作用さよう也被統一とういつため單獨たんどく量子りょうしじょうろんたたえため电弱相互そうご作用さよう[7]:1234-1236

廣義こうぎ相對そうたいろん[编辑]

量子りょうし引力いんりょくたい引力いんりょくじょう進行しんこう量子りょうし描述てき理論りろんぞく萬有ばんゆう理論りろんこれいち物理ぶつり學者がくしゃ發覺はっかく建造けんぞう引力いんりょくてき量子りょうし模型もけいいちけん非常ひじょう艱難かんなんてき研究けんきゅうはん經典きょうてん近似きんじいちしゅ行方ゆくえほう,推導出どうしゅつ一些很有意思的預測,れい如,霍金輻射ふくしゃひとしひとしゆかり廣義こうぎ相對そうたいろんいたりいまためやめさい成功せいこうてき引力いんりょく理論りろんあずか量子力學りょうしりきがくてき一些基礎假說相互矛盾,ひょうじゅつ一個完整的量子引力理論遭到了嚴峻阻礙。嘗試結合けつごう廣義こうぎ相對そうたいろんあずか量子力學りょうしりきがくねつもん研究けんきゅう方向ほうこう為當ためとうまえてき物理ぶつりがくなおかい决的問題もんだいとうぜん主流しゅりゅう嘗試理論りろんゆうちょうつる理論りろん迴圈量子りょうし重力じゅうりょく理論りろんひとしひとし[33][34]

哲学てつがく观点[编辑]

量子力学りょうしりきがく經歷けいれきさい严格验证てき物理ぶつり论之いちいたりこん为止,なお找到にんなんのう夠推こぼし量子力学りょうしりきがくてき实验すうすえだい多数たすう物理ぶつり学者がくしゃ认为,“几乎”在所ざいしょ有情うじょう况下,它正确地描写びょうしゃのうりょう和物あえもの质的物理ぶつりせい质。虽然如此,量子力学りょうしりきがくちゅう依然いぜん存在そんざい概念がいねんじょうてき弱点じゃくてん缺陷けっかんじょ前面ぜんめんしょじゅつせき於万有引力的量子理论的缺乏以外,現今げんこん,对於量子力学りょうしりきがくてきかい依然いぜん存在そんざい嚴重げんじゅうそう议。[35][30]:4-5

したがえはつはじめいた現今げんこん量子力學りょうしりきがくてき各種かくしゅはん直覺ちょっかく論述ろんじゅつあずか結果けっか一直不停地引起在哲學、かいしゃく方面ほうめんてき強烈きょうれつ辯論べんろん。甚至いち基礎きそ論點ろんてんれい如,うまかつ斯·玻恩せき於概りつはばあずかがいりつぶん佈的基本きほん定則ていそく,也需よう經過けいかすうじゅうねんてき嚴格げんかく思考しこう論證ろんしょうざい學術がくじゅつかい接受せつじゅ[f]察·曾經せついちめいごと:「わがみとめためわが以有把握はあくせつぼつ有人ゆうじん懂得量子力學りょうしりきがく!」[36]ふみ蒂文·ぬるはくかく承認しょうにん:「わが現在げんざいてきほう完全かんぜんれいじん滿まんてき量子力學りょうしりきがくかいしゃくなみ存在そんざい。」[37]

雖然ざい發表はっぴょうやめ經過けいかななじゅういくねん光陰こういん哥本哈根かいしゃく仍舊さいため物理ぶつり學者がくしゃ接受せつじゅてきたい量子力學りょうしりきがくてきいちしゅかいしゃく。它的主要しゅよう貢獻こうけんしゃあま尔斯·玻尔あずか沃纳·うみもり根據こんきょ這種かいしゃく量子力學りょうしりきがくてきがいりつせい論述ろんじゅついちしゅ暫時ざんじひのとなみ最終さいしゅうしょうかい一種命定性理論取代,它必須被ため一種最終拋棄經典因果論思維的動作。ざい這裡,にんなん量子力學りょうしりきがく形式けいしきろんてき良好りょうこう定義ていぎてき應用おうよう必須ひっすはた實驗じっけん設置せっち納入のうにゅう考量こうりょう,這是いんため不同ふどう實驗じっけんじょうきょう獲得かくとくてき結果けっかしょ具有ぐゆうてき互補せい[20]:15-16

ため量子りょうし理論りろんてき創始そうししゃ一的愛因斯坦很不滿意這種非命定性的論述。みとめため量子力學りょうしりきがく具有ぐゆう完備かんびせい提出ていしゅついち系列けいれつ反駁はんばく論述ろんじゅつ,其中さい著名ちょめいてき就是あいいん斯坦-波多はたなんじ斯基-もり佯謬。這佯謬建立こんりゅうていいき實在じつざいろん假設かせつきょく區域くいき實在じつざいろん成立せいりつのり量子力學りょうしりきがく具有ぐゆう完備かんびせい接近せっきんさんじゅうねん以後いごやく翰·かいなんじはつ論文ろんぶん表示ひょうじたい於這佯謬やや理論りろん延伸えんしん,就會しるべ致對於量子力學りょうしりきがくあずかていいき實在じつざいろん出現しゅつげん不同ふどうてき預言よげんいん此可以做實驗じっけんけんためし量子りょうし世界せかい到底とうていあずか哪種預言よげん一致いっち[38][39]ため此,完成かんせいりょう很多相關そうかん實驗じっけん,這些實驗じっけん確定かくてい量子力學りょうしりきがくてき預言よげん正確せいかくあやまていいき實在じつざいろん無法むほう描述量子りょうし世界せかい[40]

きゅう·もぐさどるかみなりとくさんせい提出ていしゅつてき世界せかい诠释认为,量子りょうし论所做出てき可能かのうせいてき预言,全部ぜんぶ會同かいどう实现,这些现实なり彼此ひし间毫關聯かんれんてき平行へいこう宇宙うちゅうざい这種诠释うら函数かんすう塌缩,它的发展决定せいてきただしよし於隻观察しゃ无法存在そんざい所有しょゆうてき平行へいこう宇宙うちゅううらただのう观察ざいしょてき宇宙うちゅう發生はっせいてき事件じけん,而無ほうかん察到其它平行へいこう宇宙うちゅう發生はっせいてき事件じけん。这種诠释需要じゅよう特殊とくしゅ處理しょり测量動作どうさざい这理论裏,薛定谔方ほど無論むろん何處どこ無論むろん何時いつ成立せいりつたい於任なん測量そくりょう動作どうさ必須ひっすはたせい系統けいとう測量そくりょうあずか測量そくりょう物體ぶったい全部ぜんぶ納入のうにゅう薛定谔方ほどてき運算うんざん[41][42]測量そくりょうあずか測量そくりょう物體ぶったい所有しょゆう可能かのうてき量子りょうしたい存在そんざい於一種真實的量子疊加,形成けいせいりょう糾纏たい。雖然平行へいこう宇宙うちゅう具有ぐゆういのち定性ていせい觀察かんさつしゃ意識いしきいたよしがいりつ主導しゅどうてき非命ひめいてい行為こういいんため觀察かんさつしゃただのうかん察到自身じしん所在しょざいてき宇宙うちゅう世界せかい诠释のう透過とうかかいなんじてきけんためし實驗じっけんこん研究けんきゅう發展はってんはた世界せかい诠释あずか量子りょうし退すさあい理論りろん合併がっぺいざい一起來解釋主觀的波函數塌縮。よし量子りょうし退すさあいせい,糾纏たいかい快速かいそくえんじため經典きょうてん混合こんごうたい[43]

戴维·玻姆提出ていしゅつりょう一種非定域性的かくれ變量へんりょう理論りろんたたえためしるべこう理論りろんざい这種かい释裏,函数かんすう理解りかい粒子りゅうしてきいちしるべこう。从结はてじょう,这个论预げんてき实验结果,あずかあい对论哥本哈根诠释てき预言完全かんぜんいち样,いん此,使用しよう实验手段しゅだん无法鉴别这两个解释。虽然这个论的预言いのち定性的ていせいてきただしよし於不确定原理げんり无法推测隐变量的りょうてきせい确状态,其结はて跟哥ほん哈根诠释てき結果けっかいち样,使用しようしるべこう理論りろんらいかい释,实验てき结果具有ぐゆうがいりつせいいたりこん为止,还不能ふのう确定这个かい释是のう够扩てんいたあい对论量子力学りょうしりきがくじょうみちえき·とくぬの罗意かず他人たにん提出ていしゅつ过类てき隐变りょうかい释。[44][45]

应用[编辑]

ざい许多现代わざ术装备中,量子りょうしこう应起りょう重要じゅうようてき作用さようれい如,げきこうてき工作こうさくせいあいいん斯坦提出ていしゅつてき受激發射はっしゃ电子显微镜利用りよう電子でんしてきなみつぶぞうせいらい增加ぞうか解析かいせき原子げんし使用しよう束縛そくばく原子げんしてき電子でんししたがえいちのうきゅうおど遷至另一個能級時所發射出的ほろなみ信號しんごうてきしきりつらい計算けいさんあずか維持いじ時間じかんてきじゅんかくせいかく共振きょうしんなりぞう倚賴かく共振きょうしんせいらい探測たんそく物體ぶったい內部てき結構けっこう。对はん导体てき研究けんきゅう导致りょう极管さん极管てき发明,這些現代げんだい電子でんし系統けいとうあずか電子でんしけん不可ふかあるかけてきもとけん[30]:5-10

以下いかれつりょういち量子力學りょうしりきがくてき應用おうようただし實際じっさいじょう應用おうようなみきり於這些領域りょういき

电子けん[编辑]

量子力学りょうしりきがくざい电子けんちゅういたりょう广泛应用。发光极管ざい日常にちじょう照明しょうめいちゅう应用ちゅう越来ごえくえつ广泛[46]。现代计算つくえてきもと础,ほろ处理よしじょう亿个はん导体あきらからだかん集成しゅうせい,且随あきらからだかん数量すうりょうてき增加ぞうかあきらからだかんちゅうてき量子りょうしこう应越らいこしあきら显。量子力学りょうしりきがく对于かい释和拟半导体けんちゅうてき电学、光学こうがく、热学せい质等ゆう重要じゅうよう[3]:382-386

量子力学りょうしりきがく还是量子りょうし隧穿けん工作こうさくてきもと础。如USBえきしつせい闪存なかしんいきてきそん储和读取都通みやこどおり量子りょうし隧穿实现。[47]

ちょう电子けん也与量子力学りょうしりきがくゆうみつきりてき关系。

计算つくえ[编辑]

そう于晶からだかんとう电子けん量子りょうし计算つくえてきとぎせい则更为前沿。ざいいち特定とくてい算法さんぽう量子りょうし计算つくえてき速度そくどかい经典构的计算つくえかいなりせんじょうまんばい量子りょうし退すさ算法さんぽう)。经典计算つくえ使用しよう01さくとく,而量子りょうし计算つくえ使用しよう量子りょうしさく基本きほん单位。量子りょうしよし不同ふどうてき电子态叠形成けいせい[30]:91-100

宇宙うちゅうがく[编辑]

ゆかりFIRASたいCOBE觀測かんそくてき宇宙うちゅうほろなみ背景はいけい輻射ふくしゃこうためさい精確せいかく測量そくりょうてきくろたい輻射ふくしゃひかり性質せいしつ[48]そく使つかいはた圖像ずぞうだい誤差ごさ範圍はんい也極しょう無法むほうよし理論りろん曲線きょくせん中分なかぶんべん觀測かんそくすうよりどころ

量子力學りょうしりきがくのう夠用らい解釋かいしゃく很多奇異きいてき宇宙うちゅう現象げんしょうれい如,宇宙うちゅうほろなみ背景はいけいてきしき以用ひろしろうかつくろたい輻射ふくしゃ定律ていりつらい解釋かいしゃく宇宙うちゅうほろなみ背景はいけいしょうじつりょうだいばく炸理ろんてき正確せいかくあやま此,穩態理論りろん開始かいし式微しきびしたがえ宇宙うちゅうほろなみ背景はいけい以推ろん早期そうき宇宙うちゅう非常ひじょうあぶねつたい電磁でんじ輻射ふくしゃ不透明ふとうめい具有ぐゆう均質きんしつせいあずかかくこう同性どうせい標準ひょうじゅんてきくろたい[49]:273[50]:152

ざい恆星こうせいてき生命せいめい終點しゅうてんとう所有しょゆうかく燃料ねんりょうやめようつき恆星こうせいかい開始かいし引力いんりょく坍缩てき過程かてい最終さいしゅう可能かのうへんためしろ矮星中子なかごぼしあるくろほら。這是いんためつつみりつあいよう原理げんりてき作用さようよし電子でんし遵守じゅんしゅつつみりつあいよう原理げんりいん此在坍缩かりわか電子でんし簡併壓力あつりょくのう克服こくふく引力いんりょく,就會形成けいせいしろ矮星,いやのりかい繼續けいぞく坍缩,ゆかり中子なかご遵守じゅんしゅつつみりつあいよう原理げんり,這時かりわか中子なかご簡併壓力あつりょくのう克服こくふく引力いんりょくのりかい形成けいせい中子なかごぼしいやのり就會坍缩なりくろほら[51]:286-287

化学かがく[编辑]

にんなんぶつ质的化学かがく性質せいしつひとしよし其原そのはらある分子ぶんしてき电子结构しょ决定てきつう解析かいせき包括ほうかつりょう所有しょゆうしょう关的原子核げんしかく电子てき粒子りゅうし薛定谔方ほど以计算出さんしゅつ该原ある分子ぶんしてき电子结构。ざい实践ちゅうにん们认识到,よう计算这样てきかたほど实在ふとし复杂,たい許多きょたあんれい必需ひつじゅ使用しよう简化てき模型もけい,找到ぎょうてき數學すうがく計算けいさん方法ほうほう才能さいのう夠找到近似きんじてき电子结构,したがえ而确じょうぶつ质的化学かがく性質せいしつ[52]:193-195實際じっさいじょう量子りょうし電動でんどう力學りきがく化學かがくてき基礎きそ原理げんり[53]

量子力學りょうしりきがく詳細しょうさい描述原子げんしてき電子でんし結構けっこうあずか化學かがく性質せいしつたい於只ようゆういち束縛そくばく電子でんしてき原子げんし薛丁かく方程式ほうていしきゆう解析かいせきかい以計算出さんしゅつ相關そうかんてきのうきゅうあずか原子げんし軌域,而且のうきゅう符合ふごう原子げんしこう實驗じっけんてきすうよりどころしたがえごと一種氫原子軌域可以得到對應的電子概率分佈。たい於其它種原子げんし電子でんし原子げんし),薛丁かく方程式ほうていしきぼつゆう解析かいせきかいただのういた近似きんじかい以計算出さんしゅつ近似きんじ原子げんし軌域てき哈特さと原子げんし軌域形狀けいじょうしょうどうただし尺寸しゃくすん與能よのうきゅうしきいちよう使用しよう哈特さと原子げんし軌域,解釋かいしゃく原子げんしてき電子でんし結構けっこうあずか化學かがく性質せいしつしゅうひょうてき元素げんそ排列はいれつ[52]:193-195

量子力學りょうしりきがくのう解釋かいしゃくざい分子ぶんしうらてき束縛そくばく電子でんし怎樣はた分子ぶんし內部てき原子げんし綑綁ざいいちおこりたい於最ため簡單かんたんただようゆういち束縛そくばく電子でんしてき氫分はなれH2+應用おうよう玻恩–奥本おくもとかいだま近似きんじ兩個りゃんこ原子核げんしかく固定こてい不動ふどう),薛丁かく方程式ほうていしきゆう解析かいせきかい以計算出さんしゅつ它的分子ぶんし軌域ただしたい於其它更ため複雜ふくざつてき分子ぶんし,薛丁かく方程式ほうていしきぼつゆう解析かいせきかいただのういた近似きんじかいただのうけい算出さんしゅつ近似きんじてき分子ぶんし軌域。论化がくなかてきぶんささえ量子りょうし化学かがく计算化学かがくせんちゅう使用しよう近似きんじてき薛定谔方ほどらい计算复杂てき分子ぶんしてき结构及其化学かがく性質せいしつ[52]:235ff

しんいきがく[编辑]

目前もくぜんてき研究けんきゅう聚焦於找いたもたれ與能よのう直接ちょくせつ处理量子りょうし态的方法ほうほう量子りょうし系統けいとうようゆういちしゅ特性とくせいそくたい量子りょうしすうよりどころてき測量そくりょうかい不可避ふかひめん改變かいへんすうよりどころ,這種特性とくせい以用らい偵測にんなん竊聽動作どうさ。倚賴這特せい量子りょうしみつ碼學のう保證ほしょう通信つうしん安全あんぜんせい使つかいとく通信つうしん双方そうほうのう够产せい并分享一きょういち个随つくえてき安全あんぜんてきみつらいみつ和解わかいみつしんじいき比較ひかく遙遠ようえんてき目標もくひょう發展はってん量子りょうし電腦でんのうよし量子りょうし具有ぐゆう量子りょうし叠加てき特性とくせい论而ごと量子りょうし電腦でんのう達成たっせい高度こうど并行计算,其計算けいさん速度そくどゆう可能かのう以指すう函數かんすうかい普通ふつう電腦でんのう。另外,應用おうよう量子りょうしまといゆい特性とくせいあずか經典きょうてんどおり訊理ろん量子りょうしはるかつたえのう夠將物體ぶったいてき量子りょうしたいしたがえぼう位置いち傳送でんそういたりいち位置いち。這是正ぜせいざい積極せっきょく進行しんこうてき一門いちもん學術がくじゅつ領域りょういき[54]

まいり[编辑]

註釋ちゅうしゃく[编辑]

  1. ^ 1922ねんおもね尔伯とく·爱因斯坦评价とう时对于ちょうてき论解释:“目前もくぜんわが们对于复ごうけい统的量子力学りょうしりきがくてきふか远意义仍いち无所ざい这些模糊もこてき概念的がいねんてきもと础上,わが们距离构づくりのう描述ちょう导现ぞうてき论的标仍很遥远。[3]:86
  2. ^ 2.0 2.1 雖然ごと一點表示一個電子抵達探測屏,這事實じじつなみ不能ふのうひょう現出げんしゅつ電子でんしてき粒子りゅうしせいいんため探測たんそくよし離散りさん原子げんし組成そせいてき,這可以詮しゃくため電子でんしあずか離散りさん原子げんし彼此ひしあいだてき相互そうご作用さよう[10]
  3. ^ 使用しよう觀察かんさつりょう てき基底きてい量子りょうしたい 表示ひょうじため;其中量子りょうしたいしょ於本ちょうたいてきがいりつはば根據こんきょなみおん定則ていそくたい於這測量そくりょう獲得かくとくほんちょう てきがいりつため
  4. ^ 反對稱はんたいしょうせいなみ函數かんすうため 注意ちゅういいたざい 附近ふきんがいりつはば絕對ぜったい值很微小びしょう兩個りゃんこ米子よなご趨向すうこう彼此ひし互相とおはなれたいかた
  5. ^ 對稱たいしょうせいなみ函數かんすうため 注意ちゅういいたざい 附近ふきんがいりつはば絕對ぜったい值較だい兩個りゃんこ玻色趨向すうこう於彼此互しょう接近せっきんたいかた
  6. ^ 玻恩かいしゃくなみ函數かんすうためざいぼう時間じかんぼう位置いち找到粒子りゅうしてきがいりつはば。這是いちしゅ粒子りゅうしろんなみ函數かんすう也可以詮しゃくためざいぼう時間じかんぼう位置いち發生はっせい相互そうご作用さようてきがいりつ」。這較ひろしてきかいしゃく方式ほうしき適用てきよう波動はどうろんある粒子りゅうしろん[10]

参考さんこう文献ぶんけん[编辑]

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外部がいぶ链接[编辑]

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