論述量子力學與經(jīng)典力學在內(nèi)容與表述上的區(qū)別與聯(lián)系

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1、論述量子力學和經(jīng)典力學在內(nèi)容和表述上的區(qū)別與聯(lián)系0引言量子力學是反映微觀粒子結(jié)構(gòu)及其運動規(guī)律的科學。它的出現(xiàn)使物理學發(fā)生了巨大變革，一方面使人們對物質(zhì)的運動有了進一步的認識，另一方面使人們認識到物理理論不是絕對的，而是相對的，有一定局限性。經(jīng)典力學描述宏觀物質(zhì)形態(tài)的運動規(guī)律，而量子力學則描述微觀物質(zhì)形態(tài)的運動規(guī)律，他們之間有質(zhì)的區(qū)別，又有密切聯(lián)系。本文試圖通過解釋、比較，找出它們之間的不同，進一步深入了解量子力學，更好的理解和掌握量子力學的概念和原理。1經(jīng)典力學與量子力學在物理內(nèi)容上的區(qū)別與聯(lián)系1.1經(jīng)典力學基本內(nèi)容及理論經(jīng)典力學是在宏觀和低速領(lǐng)

2、域物理經(jīng)驗的基礎(chǔ)上建立起來的物理概念和理論體系，其基礎(chǔ)是牛頓力學（宏觀物體運動規(guī)律）,麥克斯韋電磁學（場的運動規(guī)律）以及熱力學與統(tǒng)計物理學（物質(zhì)的熱運動規(guī)律）1.1.1牛頓力學的核心牛頓三大運動定律和萬有引力定律作為牛頓力學的兩大核心。它們分別從力作用下物體的運動及物體之間的基本相互作用力。牛頓力學解決了宏觀低速物體運動的很多問題，為經(jīng)典力學研究奠定了很好的理論基礎(chǔ)。1.1.2麥克斯韋方程組作為電磁學中最基本的實驗定律概括、總結(jié)和提高。麥克斯韋方程組其基本表達式如下：(1)該方程反組映出一般情況下電荷電流激發(fā)電磁場以及電磁場內(nèi)部運動的規(guī)律。麥氏方

3、程揭示了電磁場可以獨立于電荷與電流之外而存在，解決了電磁波的傳播和輻射等問題，是經(jīng)典電動力學的基礎(chǔ)。1.1.3熱力學與統(tǒng)計物理學統(tǒng)計熱力學從粒子的微觀性質(zhì)及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)出發(fā),以粒子遵循的力學定律為理論基礎(chǔ);用統(tǒng)計的方法推求大量粒子運動的統(tǒng)計平均結(jié)果,以得出平衡系統(tǒng)各種宏觀性質(zhì)的值。其研究對象是大量粒子構(gòu)成的集合體，通過統(tǒng)計力學的方法，應用幾率規(guī)律和力學定理求出大量粒子運動的統(tǒng)計規(guī)律。它10揭示了體系宏觀現(xiàn)象的微觀本質(zhì)，可以從分子或原子的光譜數(shù)據(jù)直接計算體系平衡態(tài)的熱力學性質(zhì)。但是由于其不涉及粒子的微觀性，不能闡明體系性質(zhì)的內(nèi)在原因，不能給出微觀性質(zhì)與

4、宏觀性質(zhì)之間的聯(lián)系，不能對熱力學性質(zhì)進行直接的計算。1.2量子力學的基本內(nèi)容及相關(guān)理論19世紀末正當人們?yōu)榻?jīng)典物理取得重大成就的時候，一系列經(jīng)典理論無法解釋的現(xiàn)象一個接一個地發(fā)現(xiàn)了。德國物理學家維恩通過熱輻射能譜的測量發(fā)現(xiàn)的熱輻射定理。隨后，盧梅爾和普林舍姆用專門設(shè)計的空腔爐進行實驗，正是在這一實驗中，普林舍姆和盧梅爾獲得了精確的數(shù)據(jù)，證明維恩公式在長波方向有系統(tǒng)的偏差，才促使了普朗克于1900年對維恩定律作出了修正，并且進一步提出了能量子假設(shè)。同時瑞利和金斯也提出了空腔輻射的能量密度按波長來表示的瑞利金斯公式：(2)但是瑞利-金斯公式在長波或高

5、溫情況下，同實驗結(jié)果相符，但在短波范圍，能量密度則迅速地單調(diào)上升，同實驗結(jié)果矛盾。瑞利-金斯公式的這一嚴重缺陷,在物理學史上稱作“紫外災難”，它深刻揭露了經(jīng)典物理的困難，從而對輻射理論和近代物理學的發(fā)展起了重要的推動作用。德國物理學家普朗克為了解釋熱輻射能譜提出了一個大膽的假設(shè)：在熱輻射的產(chǎn)生與吸收過程中能量是以hV為最小單位，一份一份交換的。這個能量量子化的假設(shè)不僅強調(diào)了熱輻射能量的不連續(xù)性，而且與輻射能量和頻率無關(guān)，并由振幅確定的基本概念直接相矛盾，無法納入任何一個經(jīng)典范疇。由此近代物理學在眾多科學家的爭論下氤氳而生，作為近代物理學的基礎(chǔ)部分

6、之一，量子力學描述了微觀粒子的運動規(guī)律，理性的解釋了大量經(jīng)典力學無從解釋的空白。量子力學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規(guī)則和物理原理等。量子力學是關(guān)于微觀粒子運動的一門科學，其核心內(nèi)容是描述微觀粒子的波粒二象性——微觀粒子的運動規(guī)律類似于波的運動；而微觀粒子在被一些實驗手段測量時又體現(xiàn)經(jīng)典粒子的性質(zhì)，如，具有動量、質(zhì)量、電荷——這看似矛盾的性質(zhì)被統(tǒng)一于物質(zhì)波的概念中。在經(jīng)典力學中，研究對象總是被明確區(qū)分為兩類：場和粒子。前者的典型例子是光，后者則組成了我們常說的“物質(zhì)”。1924年，德布羅意提出“物質(zhì)波”假說

7、，認為實物粒子和光一樣，一切物質(zhì)都具有波粒二象性。物質(zhì)波的概念在量子物理學發(fā)展過程中起了紐帶的作用，它既深化了量子化的觀念，把量子化推廣到所有物質(zhì)，使我們對世界物質(zhì)有了新的認識；又是波動力學的出發(fā)點，正是對于物質(zhì)波的追問，才導致了量子力學的誕生。20世紀初建立的量子力學是對經(jīng)典物理學的革命性突破，其中最重要也是最難理解的概念是物質(zhì)波，它貫穿于整個量子力學。它不但使我們對于物質(zhì)的性質(zhì)有了嶄新的認識，而且未來更新的認識也許需要從對它的物理解釋入手找到突破。通過分析，我們看到物質(zhì)波概念在量子力學中決定性的地位，可以說，物質(zhì)波的存在一定意義上決定了量子力

8、學的產(chǎn)生和發(fā)展！弄清它們之間的關(guān)系，對于我們更好的學習、理解、運用量子力學會有很大的幫助；對于我們?nèi)蘸蟀l(fā)展新的理論也會有很好的啟示。其中