新浪网科技新闻北京时间十二月二日电据国外媒体报道,面对现实,量子力学确实令人费解。我们所知的所有物理定律在量子领域都已被打破,物理学家仍在试图调和量子世界和宏观世界。
想象一下,把一个粒子放在盒子里。根据经典物理学(和常识),粒子应该永远呆在盒子里。但在量子力学中,粒子可能会在下一次看到它时跳出盒子。在经典思维中,我们可以精确地测量任何物体的动量和位置,但在量子世界中却不能。你对一个物体了解得越多,你对另一个物体的了解就越少。一个物体是波还是粒子?根据经典观点,你可以也只能选择两个中的一个;但如果是量子力学,那么两者都是可能的。
量子世界很难理解,但在某种程度上,亚原子规则让位于宏观规则。哦,但笛卡尔式发生了什么?我们不确定找到这个问题的答案是一段漫长而奇怪的旅程。
第一个给量子世界贴上有用标签的人是物理学家尼尔斯·波尔(Nielsbohr)。在20世纪初,世界各地的科学家开始意识到原子和亚原子系统的奇怪和意想不到的行为。经过几十年的艰苦努力,他们发现某些特性,如能量,以称为量子(Quanta)的离散能量包的形式出现。物理学家们开始尝试用数学基础来解释这些实验,但是没有人能够建立一个完整和一致的框架。波尔是第一个尝试这样做的人。虽然他没有提供完整的量子力学理论,但他确实奠定了一些重要的基础,并提出了一些后来成为现代量子理论基石的理论。
第一个理论来自他早期建立原子模型的尝试。在20世纪20年代,物理学家们通过各种实验了解到,原子是由一个重的、致密的、带正电的原子核组成的,周围环绕着一群微小的、轻的、带负电荷的电子。我们也知道,原子只能吸收或发射特定能量的辐射。
但是原子是什么样的呢?
波尔把电子放在原子核周围的轨道上,在密集的原子核周围跳华尔兹舞,就像太阳系的行星一样。在真正的太阳系中,行星可以存在于不同的轨道中,但在玻尔的原子中,电子被卡在非常窄的轨道上--它们只有预定义的轨道距离。
通过将电子从一个轨道跳到另一个轨道,原子可以接收或发射特定能量的辐射,其量子性质就是这样编码的。
量子力学与经典物理学的联系
在此基础上,玻尔又增加了另一个有趣的转折点。有许多可能的方法来建立原子的量子模型,那么他为什么要这么做呢?玻尔发现,当电子远离原子核时,它们的量子特性就消失了,而经典电磁学则完美地描述了原子--两个带电粒子。
这就是对应原理(对应原理),也是玻尔用来支持他自己的原子模型的基础。你可以想出任何理想的量子理论,但正确的理论是那些在某些限制下让位于经典物理学的理论,在玻尔的原子模型中,电子必须远离原子核。
玻尔的原子模型是不完整的,后来被迄今使用过的价电子层模型所取代,但玻尔的对应原理仍在发挥作用,成为所有后续量子理论的基石--它是一盏灯塔灯,让物理学家能够建立和选择正确的数学方法来描述亚原子世界。