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【物理前沿】量子物理史上不可不知的10个里程碑

环球物理  · 公众号  · 物理  · 2024-12-12 20:30
    

主要观点总结

本文介绍了量子物理学历史上的十个重要里程碑,包括随机性、测量、量子态、玻恩定理、量子测量和量子态的统一性、共轭过程、普朗克能量-时间关系式、德布罗意动量-长度关系式、量子概率波的薛定谔方程以及海森堡不确定性原理。这些里程碑展示了量子物理学的发展和变革,帮助我们理解量子世界的神秘和吸引力。

关键观点总结

关键观点1: 第一个里程碑:实验结果的不可重复性,显示量子物理学具有与生俱来的随机性。

量子物理学中的实验结果不可完全重复,这意味着自然界具有随机性,概率成为描述自然界本质的概念。

关键观点2: 第二个里程碑:量子测量概念与经典物理学的差异。

在量子物理学中,测量是创造或引出结果的过程,而不是简单地揭示已有属性。某些测量是互补的,进行一个测量会排除进行另一个测量的可能性。

关键观点3: 第三个里程碑:意识到有必要改变经典物理学中描述物体状态的方式。

在量子物理学中,一个量子态与实验结果没有一一对应关系。量子态是用来预测任何可测结果概率的信息。

关键观点4: 第五个里程碑:量子测量和量子态的统一性

这个里程碑将第二到第四个里程碑统一起来,强调了不同测量方案之间的深刻联系,并由量子态的本质串联起来。量子态比简单列举特定测量方案下的结果概率更加可靠。

关键观点5: 第六个里程碑:共轭过程的作用。

共轭过程是一个物理过程,在这个过程中,量子体没有被测量或留下关于其属性的永久性痕迹。在这个过程里,状态箭头相对于测量可能得到的结果箭头被重新定向。

关键观点6: 第七、八个里程碑:普朗克能量-时间关系式和德布罗意动量-长度关系式。

这两个里程碑说明了每个量子粒子都具有内在的、在时间上或空间上重复变化的特性。普朗克能量-时间关系式说明了量子粒子的能量和时间的关联,而德布罗意动量-长度关系式则说明了量子粒子的动量和空间尺度的关联。

关键观点7: 第九个里程碑:薛定谔方程。

薛定谔方程描述了量子概率波的“运动”,并指出它在空间中的移动以波动的形式存在。这个方程可以用来表示各种电子和原子中的物理过程。

关键观点8: 第十个里程碑:海森堡不确定性原理。

根据薛定谔方程,如果粒子位置的精度越高,那么能标明粒子的动量的精度就越低。这就是海森堡不确定性原理所描述的内容。


文章预览

编者按: 如今,量子物理学成为科学探索不可或缺的部分,在对量子物理学的深入研究中,科学家们推理出了很多反直觉的、让人匪夷所思的结论,这让量子物理学更显得神秘、离奇而又具有吸引力。在量子物理学发展史上,有哪些重要的里程碑呢? 到目前为止,在量子物理学发展史上达到的里程碑,主要可以分为两个方面:它们包括了 一些准则 ,告诉我们如何计算测量结果的概率;它们还包含了我们被迫做出的、在观念上的 思维变化 ,以重新审视物理世界的表现和如何正确地描述它。 01 与生俱来的随机性 第一个里程碑是在实验中观测到的:经典物理学所依赖的假设之一,也就是从根本上来说, 实验结果可以被无限重复的这一点,并不适用于量子物理学 。因为就算一个实验步骤被完整地复制,在量子世界里,它还是会给出两个不同的结果。 ………………………………

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