量子力学是怎么回事

Answer 1

量子力学是研究微观粒子运动规律的物理学分支学科，它探讨原子、分子、凝聚态物质及原子核和基本粒子的结构与性质，与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学在化学等学科和众多现代技术中有着广泛应用。它的核心原理包括量子态概念、运动方程、物理量与算符之间的对应规则以及观测物理量的几率解释。量子力学的基本内容涵盖了量子态的线性叠加、状态随时间变化的线性微分方程、物理量由算符表示、测量与算符作用的关系以及波函数平方代表物理量出现几率的概念。

量子力学的发展始于普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。普朗克的辐射量子假说解释了黑体辐射现象，爱因斯坦的光量子理论成功解释了光电效应，而玻尔的原子理论则提出了原子中的电子只能在分立轨道上运动的量子理论，解释了原子能级的确定性。随后，德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性的假说，这一假说不久得到了实验验证，导致量子力学与经典力学在粒子状态和力学量描述上的差异。量子力学与经典力学的差别主要体现在粒子状态的不确定性、物理量的几率解释以及粒子行为的波动性和粒子性上。

量子力学的发展经历了从矩阵力学到波动力学的建立，以及与狭义相对论的结合，形成了相对论量子力学。量子电动力学和量子场论的形成则构成了描述基本粒子现象的理论基础。量子力学的发展不仅是物理学理论的创新，也对哲学问题提出了挑战，特别是因果性和物理实在的问题。在量子力学中，体系的状态可以按运动方程演进，也可以因测量而改变，导致对决定体系状态的物理量无法给出确定的预言，只能给出取值的几率。这一现象导致了对因果性的不同解释，有人认为量子力学摒弃了因果性，而有人认为它反映了新型的几率因果性。

量子力学中波函数的概念深化了对物理实在的理解。微观体系的性质总是在它们与其他体系，特别是观察仪器的相互作用中表现出来。量子态的概念表达的是微观体系与仪器相互作用而产生的表现为波或粒子的可能性。量子力学表明，微观物理实在既不是单纯的波也不是粒子，真正的实在在于量子态。真实状态分解为隐态和显态，显态符合经典物理学实在的含义，而隐态则描述了量子态在不同条件下的可能性。

关于量子态不可分离性的观点也得到了实验支持。远隔粒子关联实验表明，类空分离的事件存在着量子力学预言的关联，这种关联与狭义相对论关于客体之间只能以不大于光速的速度传递物理相互作用的观点相矛盾。为了解释这种关联的存在，有些物理学家和哲学家提出了全局因果性或整体因果性，这种不同于基于狭义相对论的局域因果性，可以从整体上同时决定相关体系的行为。