量子力學(xué)基本原理是什么？

量子力學(xué)基本原理是什么？

量子力學(xué)的基本原理包括量子態(tài)的概念，運動方程、理論概念和觀測物理量之間的對應(yīng)規(guī)則和物理原理。
量子力學(xué)為物理學(xué)理論，是研究物質(zhì)世界微觀粒子運動規(guī)律的物理學(xué)分支，主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論。

它與相對論一起構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。

量子力學(xué)不僅是現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學(xué)等學(xué)科和許多近代技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

擴展資料：
量子力學(xué)基本的數(shù)學(xué)框架建立于：量子態(tài)的描述和統(tǒng)計詮釋、運動方程、觀測物理量之間的對應(yīng)規(guī)則、測量公設(shè)、全同粒子公設(shè)的基礎(chǔ)上。
在量子力學(xué)中，一個物理體系的狀態(tài)由狀態(tài)函數(shù)表示，狀態(tài)函數(shù)的任意線性疊加仍然代表體系的一種可能狀態(tài)。狀態(tài)隨時間的變化遵循一個線性微分方程，該方程預(yù)言體系的行為，物理量由滿足一定條件的、代表某種運算的算符表示;測量處于某一狀態(tài)的物理體系的某一物理量的操作，對應(yīng)于代表該量的算符對其狀態(tài)函數(shù)的作用。

量子力學(xué)基本原理

本文主要從 量子論起源、能量子假設(shè)、光電效應(yīng)、康普頓散射、玻爾量子論、德布羅意物質(zhì)波、概率波函數(shù)、量子疊加態(tài)原理、不確定性原理、薛定諤方程 等十大概念理解量子力學(xué) 基本原理 ，見證二十世紀真正的 神話 。 量子力學(xué) 其實描述的是物質(zhì)的 行為 ，特別是發(fā)生在 原子尺度 范圍內(nèi)的 事件 。

在極小尺度下事物的行為與我們有著 直接經(jīng)驗 的任何事物都不相同。

它們既不像波動，又不像粒子，也不像云霧，或懸掛在彈簧上的重物，總之 不像 我們曾經(jīng)見過的任何 東西 。 量子論的 起源 來自一個大家 熟悉的現(xiàn)象 ，這一現(xiàn)象并不屬于原子物理學(xué)的核心部分。任何一塊 物質(zhì) 在被加熱時都會 發(fā)光 ，并在高溫度下達到紅熱和白熱，發(fā)光的亮度與材料的表面關(guān)系不大，而對于 黑體 ，只與 溫度 有關(guān)。因此，黑體在髙溫下發(fā)出的 輻射 作為物理學(xué)研究的適當對象，被認為應(yīng)該可以根據(jù)已知的輻射和熱學(xué)定律找到一個簡單的 解釋 。

但是物理學(xué)家 瑞利 和 金斯 在十九世紀末的努力卻以失敗告終，揭示了黑體輻射問題的嚴重性。 普朗克 大膽舍棄了“ 能量均分定理 ”，代之以“ 量子假設(shè) ”——能量只能以分立的 能量子 的形式發(fā)射或吸收，這在概念上是一次革命性的 突破 ，以致它不再適合于物理學(xué)的傳統(tǒng)框架。 頻率 為v的 電磁波 和原子、分子等物質(zhì)發(fā)生能量轉(zhuǎn)換時候，能量不能連續(xù) 變化 ，只能 一份 一份的跳變，且每份“能量子”為： ε=hv=?ω ，其中約化普朗克常數(shù) ?=h/(2π) 普朗克公式 普朗克根據(jù)能量的量子化，得出 角頻率 為ω的電磁振動模式在溫度T下的平均能量不再取“ 能量均分定理 ”給出的KT，而是： E(ω)=?ω/(e^(?ω/kT)-1) 利用 熱力學(xué) 和物理 統(tǒng)計 理論，導(dǎo)出了**的（描述電磁波能量和角頻率關(guān)系）的 普朗克公式 ： ρ (ω)=(?ω3/π2c3)/(e^(?ω/kT)-1) 光 和其他 物質(zhì) 發(fā)生相互作用時， 基元過程 通常表現(xiàn)為 光子 — 電子 作用，作用電子的能量與光的 強度 無關(guān)，而只與光 頻率 有關(guān)。

因此， 愛因斯坦 假設(shè)，光本身是由穿過空間的 能量子 組成的，一個光量子的能量應(yīng)當?shù)扔诠獾念l率乘以 普朗克常數(shù) ： E=hv 光電效應(yīng) 中 電子 的動能由 逸出功 W（由金屬性質(zhì)決定）和入射光的 頻率 v所決定，而與光的 強度 無關(guān)： 1/2mv2=hv-W 除了光電效應(yīng)外，愛因斯坦關(guān)于“ 量子假設(shè) ”的另一個應(yīng)用是固體的 比熱 。從傳統(tǒng)理論推導(dǎo)出來的固體比熱值與高溫時的觀測記錄相符，但在低溫時卻 不相符 。于是，愛因斯坦將量子假設(shè)運用到固體中原子的 彈性振動 上，從而解釋了這種現(xiàn)象。

最初關(guān)于散射光 干涉 的實驗中，散射主要以下列方式解釋：入射光波使得處于 光束中 的一個電子以光波的頻率振動，然后振蕩的電子發(fā)出一個 同樣頻率 的球面波，從而產(chǎn)生了散射光。 1923年 康普頓 在關(guān)于 X射線 的散射實驗中發(fā)現(xiàn)，散射出來的X射線的頻率與入射X射線的 頻率不同 。于是，康普頓假設(shè)散射過程是 光量子 和電子的碰撞，光量子在碰撞過程中 改變 了能量，因為頻率乘上普朗克常數(shù)是光量子的能量（hv），所以頻率才發(fā)生了改變。

通過對散射過程應(yīng)用 能量守恒定律 ： hv+mc2=hv′+E 可以推導(dǎo)出 波長變化量 ： λ′-λ=h(1-cosθ)/mc2 **得到 康普頓波長 ： λ=h/mc2 早先的 盧瑟福原子模型 并不能解釋原子具有的最突出的特性，即原子的 巨大穩(wěn)定性 ，按照牛頓的力學(xué)定律，從來沒有一個 行星 系統(tǒng)在它和另一個這樣的系統(tǒng)碰撞以后能夠 恢復(fù) 它原來的 形態(tài) 。但是對于一個 碳原子 ，在化學(xué)結(jié)合過程中的任何一次碰撞和相互作用之后，都可以始終 保持 為一個碳原子。 因此，玻爾提出了 三大初等量子理論 ： （1） 定態(tài) 原子核外電子的能量只能取分立值： E1、E2、E3 等 （2） 定態(tài)躍遷 原子可以從能量較高的定態(tài)向較低的定態(tài)的躍遷，從而決定了頻率： v=(E2-E1)/h （3） 角動量量子化 原子核外電子角動量必須滿足： J=m? 通過 量子 假設(shè)在原子模型上的應(yīng)用，不僅解釋了原子的 穩(wěn)定性 ，而且，對原子加熱受激發(fā)后所發(fā)射的 光譜 線也作出了很好的理論解釋。 德布羅意 根據(jù)一個 光波 對應(yīng)于一個運動 光量子 ，假設(shè)了一個運動 電子 對應(yīng)于某種 物質(zhì)波云 。

物質(zhì)波波長 為： λ=h/P 概率波函數(shù) 的概念是牛頓以來理論物理學(xué)中 全新 的東西。在數(shù)學(xué)或統(tǒng)計力學(xué)中， 概率 意味著我們對實際狀況認識 程度 的陳述。 然而， 玻爾、肯納德、玻恩 認為， 概率波 意味著對某些事情的 傾向 ，它是亞里士多德關(guān)于“ 潛能 ”的哲學(xué)槪念的定量表述，是一種抽象的 數(shù)學(xué)量 ，一種在 無限維希爾伯特空間中的波 。概率波引入了某種 介于 實際事件和事件觀念之間的東西，是一種介于可能性和實在性之間的新奇的 物理實在 。

通過電子的 雙縫干涉實驗 發(fā)現(xiàn)， 探測屏 檢測到 電子 的概率P(x)，并不是簡單的兩縫單獨開啟時的概率P1(x)、P2(x)之和，而是存在互相影響的 干涉項 ： P(x)=P1(x)+P2(x)+干涉項 而對于 經(jīng)典波函數(shù) 存在干涉項是很自然的，總波幅ψ(x)是兩縫的波幅之和： ψ(x)=ψ1(x)+ψ2(x) 于是可以假設(shè) 概率波函數(shù) 為： ψ(x,t)=Ae^i(kx-ωt) 量子態(tài)疊加原理 是“ 態(tài)的疊加性 ”和“ 波函數(shù)完全描述一個微觀系統(tǒng)的狀態(tài) ”兩個 概念 的概括，表明了整個量子系統(tǒng)的狀態(tài)空間必須是 線性空間 。 ψ=c1ψ1+c2ψ2 因為概率波是 德布羅意物質(zhì)波 ，所以量子態(tài)疊加原理與經(jīng)典波的線性疊加有 本質(zhì)不同 。例如，同樣的波函數(shù)疊加仍然描述 同一個系統(tǒng) 、測量會導(dǎo)致波包 坍縮 、每次測量得到的力學(xué)量數(shù)值都是 本征值 等等。 海森堡 于1927年給出了 不確定性原理 的論述。

根據(jù)他當時的表述， 測量 這動作不可避免的 攪擾 了被測量粒子的運動狀態(tài)，因此產(chǎn)生不確定性。后來 肯納德 指出，位置的 不確定性 與動量的不確定性是粒子的 秉性 ，它們共同遵守某極限關(guān)系式， 與測量動作無關(guān) 。 位置的不確定性ΔX與動量的不確定性ΔP遵守 不等式 ： ΔXΔP≥?/2 關(guān)于 動量 的概率波函數(shù)Φ(p)與 位置 的波函數(shù)ψ(x)構(gòu)成了 傅里葉變換對 ，標準差σ可以定量地描述位置與動量的不確定性。

因為傅里葉變換對的 頻域 函數(shù)與 空域 函數(shù)不能同時收縮或擴張，所以必然有誤差 寬度 。數(shù)學(xué)上已經(jīng)證明了傅里葉變換的空域?qū)挾圈和頻域?qū)挾圈的乘積有一個 下限 ： ΔxΔy≥1/(4π) 因此可以得到動量和位置的 關(guān)系式 ： ΔXΔP≥h/(4π)=?/2 可見不確定性原理根源于粒子的 波粒二象性 ，是一種內(nèi)稟屬性，蘊含著相當深刻的意義。 薛定諤方程 是量子力學(xué)最 基本 的方程，其地位與 牛頓 方程在經(jīng)典力學(xué)中的地位相當。

它是量子力學(xué)的一個 基本假定 ，無法從理論上證明，它的正確性也只能從 實驗 檢驗。 當 概率波函數(shù) ψ(x,t)確定以后，微觀粒子的各種可能的測量概率都完全 確定 ，下一個核心問題就是解決量子態(tài)怎樣隨 時間變化 及各種情況下如何求得概率波函數(shù)。薛定諤對量子實驗進行理論分析主要分 三個步驟 ： （1）將初始實驗狀況 轉(zhuǎn)述 成一個概率波函數(shù)。 （2）在時間過程中 追蹤 概率波函數(shù)的改變。

（觀測本身 不連續(xù) 地改變了波函數(shù)，需要從所有可能的事件中選出了 實際 發(fā)生的事件） （3）系統(tǒng)的 測量 結(jié)果可以通過概率波函數(shù) 推算 出來。 在1626年，薛定諤終于得出該方程，揭開了量子世界的 基本規(guī)律 ： 綜上所述，量子力學(xué)引人以 無限遐想 ，同樣也引來 眾多非議 ，尤其是近年來，“貌似”不確定性原理的一種常見的解釋被實驗 證偽 ，但是正如當年“不確定性原理” 創(chuàng)立 之時， 海森堡 自己所說， 科學(xué) 是從 信仰 開始的，或者應(yīng)該說是從 幻想 開始的。這在很大程度上使得我們 堅信 ，能夠 確定 地描述這個世界，而絲毫 不用牽涉 到我們自己。

量子力學(xué) 與 相對論 是20世紀物理學(xué)最重要的發(fā)展，構(gòu)筑了近代物理學(xué)的 理論基礎(chǔ) 。盡管量子論的實質(zhì)尚未明確，與相對論彼此沖突，然而， 量子力學(xué)已然輝煌，風采依舊 。

量子力學(xué)的五個基本原理

1、波函數(shù)假設(shè)：微觀物理系統(tǒng)的狀態(tài)由一個波函數(shù) 完全描述。
2、量子態(tài)演化假設(shè)：量子系統(tǒng)的狀態(tài)隨時間的演化滿足薛定譚方程。

3、算符假設(shè)：量子力學(xué)中的可觀測量由厄米算符來表示。

4、測量假設(shè)：若算符F 為量子力學(xué)中的一個力學(xué)量，其正交歸一化本征函數(shù)。
5、粒子全同性假設(shè)：在量子系統(tǒng)中，存在內(nèi)稟屬性完全相同的粒子，對任意兩個這樣的粒子進行交換，不會改變系統(tǒng)的狀態(tài)。

擴展資料：
量子測量還導(dǎo)致了一個量子系統(tǒng)特有性質(zhì)的出現(xiàn)，即量子糾纏，它是指由兩個或兩個W上的子系統(tǒng)組成的量子系統(tǒng)所表現(xiàn)出的一種非定域性質(zhì)。
當兩個子系統(tǒng)處于量子糾纏態(tài)時，其最顯著的表現(xiàn)就是：兩個子系統(tǒng)的狀態(tài)都依賴于對方但各自卻處于一種不確定的狀態(tài)。

量子力學(xué)三個基本原理

實際上學(xué)術(shù)圈并沒有量子力學(xué)三個基本原理的說法。量子力學(xué)的主要原理有：物體在沒有外力的情況下維持原來運動狀態(tài);物體的加速度和其所受外力成正比，比例被定義為慣性質(zhì)量;力的作用是相互的。

反作用力和作用力大小相等，方向相反。

“量子”概念中展現(xiàn)出的不連續(xù)性，對以連續(xù)性為基礎(chǔ)的經(jīng)典物理學(xué)提出了重大挑戰(zhàn)。在19世紀末，經(jīng)典力學(xué)、經(jīng)典電動力學(xué)、經(jīng)典熱力學(xué)這三大體系和諧統(tǒng)一，牢不可破，共同構(gòu)成了經(jīng)典物理學(xué)的大廈。當時人們認為，物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到了盡頭，任何現(xiàn)象都在物理學(xué)的解釋范圍之內(nèi)。量子力學(xué)是二十世紀物理世界的兩大支柱之一。

量子力學(xué)所描述的世界與我們所看到的物質(zhì)世界完全不同。要理解量子世界，我們必須首先理解量子世界的三個最奇特的原理。在許多現(xiàn)代技術(shù)裝備中，量子物理學(xué)的效應(yīng)起了重要的作用。

從激光、電子顯微鏡、原子鐘到核磁共振的醫(yī)學(xué)圖像顯示裝置，都關(guān)鍵地依靠了量子力學(xué)的原理和效應(yīng)。對半導(dǎo)體的研究導(dǎo)致了二極管和三極管的發(fā)明，**為現(xiàn)代的電子工業(yè)鋪平了道路。在核武器的發(fā)明過程中，量子力學(xué)的概念也起了一個關(guān)鍵的作用。

量子力學(xué)的基本原理

**基本原理：1.描寫微觀體系狀態(tài)的數(shù)學(xué)量是 Hilbert 空間中的矢量，只相差一個復(fù)數(shù)因子的兩個矢量，描寫同一個物理狀態(tài)。 2.（1） 描寫微觀體系物理量（可觀測量）的是 Hilbert 空間內(nèi)的 Hermitian 算符，如 A ; （2） 物理量所能取的值 ai 是相應(yīng)算符 A 的本征值; （3） 一個任意態(tài) |Ψ> 總可以用 A 的歸一化本征態(tài)展開如下： |Ψ> = ∑iCi|ai> 而物理量 A 在 |Ψ> 出現(xiàn)的幾率與 |Ci|2 成正比（Born 統(tǒng)計解釋）。

3.一個微觀粒子在直角坐標下的位置算符 xm 與相應(yīng)之正則動量算符 pm 有如下對易關(guān)系：[xm,xn] = 0[pm,pn] = 0[xm,pn] = ihδmn而不同粒子間的所有上述算符均可相互對易。

4.在 Schodinger 圖景中，微觀體系態(tài)矢量 |Ψ(t)>百科; 隨時間變化的規(guī)律由 Schodinger 方程給出：ih ??t|Ψ(t)> = H|Ψ(t)>與此相對應(yīng)，在 Heisenberg 圖景中，一個 Hermitian 算符 AH(t) 的運動規(guī)律由 Heisenberg 方程給出（假定AS 不顯含時間）：ddt AH(t) = 1ih[ AH,H] 5.一個包含多個全同粒子的體系，在 Hilbert 空間中的態(tài)矢量對于任何一對粒子的交換是對稱的（交換前后完全不變）或反對稱（交換前后相差一個負號）。服從前者的粒子稱為玻色子（boson），服從后者的粒子稱為費米子（fermion）。量子力學(xué)的應(yīng)用：1、晶格現(xiàn)象：音子、熱傳導(dǎo)2、靜電現(xiàn)象：壓電效應(yīng)3、電導(dǎo)：絕緣體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、電導(dǎo)、能帶結(jié)構(gòu)、近藤效應(yīng)、量子霍爾效應(yīng)、超導(dǎo)現(xiàn)象4、磁性：鐵磁性5、低溫態(tài)：玻色-愛因斯坦凝聚、超流體、費米子凝聚態(tài)6、維效應(yīng)：量子線、量子點7、量子信息學(xué)目前研究的焦點在于一個可靠的、處理量子狀態(tài)的方法。由于量子狀態(tài)可以疊加的特性。

理論上，量子計算機可以高度平行運算。它可以應(yīng)用在密碼學(xué)中。理論上，量子密碼術(shù)可以產(chǎn)生完全可靠的密碼。

但是，實際上，目前這個技術(shù)還非常不可靠。另一個當前的研究項目，是將量子狀態(tài)傳送到遠處的量子隱形傳送。8、在許多現(xiàn)代技術(shù)裝備中，量子物理學(xué)的效應(yīng)起了重要的作用。

從激光、電子顯微鏡、原子鐘到核磁共振的醫(yī)學(xué)圖像顯示裝置，都關(guān)鍵地依靠了量子力學(xué)的原理和效應(yīng)。對半導(dǎo)體的研究導(dǎo)致了二極管和三極管的發(fā)明，**為現(xiàn)代的電子工業(yè)鋪平了道路。在核武器的發(fā)明過程中，量子力學(xué)的概念也起了一個關(guān)鍵的作用。

你們知道量子力學(xué)的基本原理是哪幾個嗎

飛秒檢測發(fā)現(xiàn)主要是以下幾個基本原理：1、態(tài)疊加公理：一個量子態(tài)可以用希爾伯特空間中的一個矢量來表示，兩個量子態(tài)正交就是代表希爾伯特空間中兩個矢量相互垂直。兩個量子態(tài)的疊加態(tài)就是希爾伯特空間中兩個矢量的合成。

每個量子態(tài)都可以分解為一組正交的希爾伯特空間矢量，稱為基矢。

不同量子系統(tǒng)組成的總希爾伯特空間為每個量子系統(tǒng)的希爾伯特空間相乘。2、態(tài)演化公理：量子態(tài)隨時間的演化符合薛定諤方程。在希爾伯特空間中可以表現(xiàn)為矢量隨時間旋轉(zhuǎn)。3、可觀測量公理：物理上的可觀測量都可以表現(xiàn)為厄米算符矩陣，作用在希爾伯特空間上會得到一組相互正交的本征值。

4、測量公理（也稱測量問題）：物理量的測量結(jié)果只能為其本征值，對應(yīng)量子態(tài)的本征態(tài)。測量概率由量子態(tài)的投影系數(shù)決定（玻恩原理）。