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有“不能同时精确测量微观粒子的位置和速度”但是却可以用牛二定律计算轨道和能级有关的速度

时间: 2021-04-06 18:07:40 | 来源: 喜蛋文章网 | 编辑: admin | 阅读: 111次

有“不能同时精确测量微观粒子的位置和速度”但是却可以用牛二定律计算轨道和能级有关的速度

根据量子力学可以推出坐标和以下哪些物理量可以同时精确测量

量子力学的基本原理包括量子态的概念,运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。
  在量子力学中,一个物理体系的状态由态函数表示,态函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程,该方程预言体系的行为,物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示;测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作,对应于代表该量的算符对其态函数的作用;测量的可能取值由该算符的本征方程决定,测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。
  (一般而言,量子力学并不对一次观测确定地预言一个单独的结果.取而代之,它预言一组可能发生的不同结果,并告诉我们每个结果出现的概率.也就是说,如果我们对大量类似的系统作同样地测量,每一个系统以同样的方式起始,我们将会找到测量的结果为A出现一定的次数,为B出现另一不同的次数等等.人们可以预言结果为A或B的出现的次数的近似值,但不能对个别测量的特定结果做出预言.)
  态函数的平方代表作为其变数的物理量出现的几率。根据这些基本原理并附以其他必要的假设,量子力学可以解释原子和亚原子的各种现象。
  根据狄拉克符号表示,态函数,用表示,态函数的概率密度用ρ=表示,其概率流密度用(?/2mi)(Ψ*▽Ψ-Ψ▽Ψ*)表示,其概率为概率密度的空间积分。
  态函数可以表示为展开在正交空间集里的态矢比如|Ψ(x)>=∑|ρ_i>,其中|ρ_i>为彼此正交的空间基矢,=δm,n为狄拉克函数,满足正交归一性质。
  态函数满足薛定谔波动方程,i?(d/dt)|m>=H|m>,分离变数后就能得到不含时状态下的演化方程H|m>=En|m>,En是能量本征值,H是哈密顿能量算子。
  于是经典物理量的量子化问题就归结为薛定谔波动方程的求解问题。
  关于量子力学的解释涉及许多哲学问题,其核心是因果性和物理实在问题。按动力学意义上的因果律说,量子力学的运动方程也是因果律方程,当体系的某一时刻的状态被知道时,可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。
  但量子力学的预言和经典物理学运动方程(质点运动方程和波动方程)的预言在性质上是不同的。在经典物理学理论中,对一个体系的测量不会改变它的状态,它只有一种变化,并按运动方程演进。因此,运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。
  但在量子力学中,体系的状态有两种变化,一种是体系的状态按运动方程演进,这是可逆的变化;另一种是测量改变体系状态的不可逆变化。因此,量子力学对决定状态的物理量不能给出确定的预言,只能给出物理量取值的几率。在这个意义上,经典物理学因果律在微观领域失效了。
  据此,一些物理学家和哲学家断言量子力学摈弃因果性,而另一些物理学家和哲学家则认为量子力学因果律反映的是一种新型的因果性——几率因果性。量子力学中代表量子态的波函数是在整个空间定义的,态的任何变化是同时在整个空间实现的。
  20世纪70年代以来,关于远隔粒子关联的实验表明,类空分离的事件存在着量子力学预言的关联。这种关联是同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的。于是,有些物理学家和哲学家为了解释这种关联的存在,提出在量子世界存在一种全局因果性或整体因果性,这种不同于建立在狭义相对论基础上的局域因果性,可以从整体上同时决定相关体系的行为。
  量子力学用量子态的概念表征微观体系状态,深化了人们对物理实在的理解。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。
  人们对观察结果用经典物理学语言描述时,发现微观体系在不同的条件下,或主要表现为波动图象,或主要表现为粒子行为。而量子态的概念所表达的,则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波也不是粒子,真正的实在是量子态。真实状态分解为隐态和显态,是由于测量所造成的,在这里只有显态才符合经典物理学实在的含义。微观体系的实在性还表现在它的不可分离性上。量子力学把研究对象及其所处的环境看作一个整体,它不允许把世界看成由彼此分离的、独立的部分组成的。关于远隔粒子关联实验的结论,也定量地支持了量子态不可分离 . 不确定性指经济行为者在事先不能准确地知道自己的某种决策的结果。或者说,只要经济行为者的一种决策的可能结果不止一种,就会产生不确定性。
  不确定性也指量子力学中量子运动的不确定性。由于观测对某些量的干扰,使得与它关联的量(共轭量)不准确。这是不确定性的起源。
  不确定性,经济学中关于风险管理的概念,指经济主体对于未来的经济状况(尤其是收益和损失)的分布范围和状态不能确知。
  在量子力学中,不确定性指测量物理量的不确定性,由于在一定条件下,一些力学量只能处在它的本征态上,所表现出来的值是分立的,因此在不同的时间测量,就有可能得到不同的值,就会出现不确定值,也就是说,当你测量它时,可能得到这个值,可能得到那个值,得到的值是不确定的。只有在这个力学量的本征态上测量它,才能得到确切的值。
  在经典物理学中,可以用质点的位置和动量精确地描述它的运动。同时知道了加速度,甚至可以预言质点接下来任意时刻的位置和动量,从而描绘出轨迹。但在微观物理学中,不确定性告诉我们,如果要更准确地测量质点的位置,那么测得的动量就更不准确。也就是说,不可能同时准确地测得一个粒子的位置和动量,因而也就不能用轨迹来描述粒子的运动。这就是不确定性原理的具体解释。
  波尔波尔,量子力学的杰出贡献者,波尔指出:电子轨道量子化概念。波尔认为,原子核具有一定的能级,当原子吸收能量,原子就跃迁更高能级或激发态,当原子放出能量,原子就跃迁至更低能级或基态,原子能级是否发生跃迁,关键在两能级之间的差值。根据这种理论,可从理论计算出里德伯常理,与实验符合的相当好。可波尔理论也具有局限性,对于较大原子,计算结果误差就很大,波尔还是保留了宏观世界中,轨道的概念,其实电子在空间出现的坐标具有不确定性,电子聚集的多,就说明电子在这里出现的概率较大,反之,概率较小。很多电子聚集在一起,可以形象的称为电子云。

为何无法同时知道一个微观粒子的“位置”和“速度”?

由于我们测量一个物体通常都是用光子去撞击物体反弹后进入仪器成像,这个方法是不管测量微观还是宏观物体都是这样不变的,所以为了避免撞击造成干扰,我们会将光子的波长变大,从而使得光子的能量变小(关于为什么波长越大能量越小上一期已经讲解,这里不重复)。当光子能量变小后,撞击物体产生出的干扰就会减小,那么我们检测出来的物体状态信息就比较精准,似乎测量微观粒子的策略就是:波长较长的光子去测量。

不过我要遗憾告诉你,这样也是不对的,因为微观粒子本身具有波动性,你用光子去撞击微观粒子来测量其状态,光子也是具有波动性的,所以测量过程就相当于一个波去测量另一个波,不能简单把光子波长增大就认为可以测量出微观粒子所有信息了。

不可否认,当你光子波长变大,的确撞击微观粒子的冲击会较小,冲击小了对微观粒子速度就不会有太大改变,由于测量速度一般需要至少撞击2个光子,这和高速公路拍2张照片才能判断车是否超速是一个道理,所以第一个光子撞击微观粒子后,如果冲击比较小,那么速度不会变化太大,第二个光子再去撞击然后计算出来的速度就会很精确。但是光子波长增大,意味着光子本身的空间位置不确定度就变大,别忘记了光可是具有波动性的哦,其位置虽然总体速度朝向微观粒子,但是运动过程中会存在空间位置的不确定性,你只能确定光子在某一个空间范围内跑,你无法得知光子具体在哪。由于光子是我们的测量工具,工具本身位置都不确定了,你如何去精确测量微观粒子的位置?所以微观粒子位置信息会测不准。

反过来如果光子波长变小,那么光子能量会变大,撞击微观粒子会直接撞飞,所以你测量出来的微观粒子速度就不准确,但是波长变小光子的位置就很确定,所以测量工具本身位置确定了,测量出来的微观粒子位置就确定。

通过以上分析我们可以得出两个结论:1、波长变大,位置不确定,速度确定。2、波长变小,位置确定,速度不确定。微观粒子的速度和位置似乎就是鱼和熊掌不可兼得,无论你用啥办法去测量,就是无法同时得知,所以无法同时知道微观粒子的所有状态信息,你还如何去用牛顿力学去“预知”微观粒子后面发生的一切。

讲到这里,我们才发现,原来“拉普拉斯决定论”只适用于宏观物体,到了微观世界,你连一个微观粒子的初始状态信息都不能完整获取到,又如何去推演微观粒子的“将来”,由此我们可以看出,微观世界对我们而言,具有很大的不确定性,这种不确定性并不是由于我们测量技术不够高明,而是微观世界本身的属性,这种属性与生俱来不以人的意志为转移,属于客观存在的规律。

因为微观粒子的运动都是随机的,是无法预测的,根据测不准原理可知无法知道微观粒子的位置和速度
微观粒子的“位置”和“速度”不可能同时拥有确定的数值,反映了微观粒子运动的基本规律。
1,量子力学发现了微观世界的一些特异现象。其中不确定性就决定了我们无法清楚的知道一个微观粒子的位置和速度。
2,我们不能用过微观的事物去描述宏观事物,也不能用宏观事物的思维去解释微观事物。
3,位置的不确定性和动量的不确定性遵循不等式。

请问为什么牛顿第二定律不适用于微观条件

  微观条件是指分子、离子、原子等高速运动的微观粒子,由于微观粒子的波动性表现的明显,微粒的质量随速度会发生变化,所以牛顿定律对它们不适用.研究这些粒子的运动应运用量子力学。
动量守恒定律由牛二推出,但已超越牛二,是宇宙的基本定律。
事实上由牛顿本人给出的牛二的表达式为F=dp/dt,这里的p需要测量速度,F需要测量位置,而微观世界中速度和位置不能同时测得准确,所以这个式子本身就不成立。
动量守恒定律对应着我们所在宇宙中的空间平移对称性,其余两个守恒定律分别是:角动量守恒定律对应着空间旋转对称性,能量守恒定律对应着时间平移对称性。

为什么用牛二定律推出的动量守恒定律,却能适用牛顿定律所不适用的微观分子运动。

如题
动量守恒定律由牛二推出,但已超越牛二,是宇宙的基本定律。
事实上由牛顿本人给出的牛二的表达式为F=dp/dt,这里的p需要测量速度,F需要测量位置,而微观世界中速度和位置不能同时测得准确,所以这个式子本身就不成立。
动量守恒定律对应着我们所在宇宙中的空间平移对称性,其余两个守恒定律分别是:角动量守恒定律对应着空间旋转对称性,能量守恒定律对应着时间平移对称性。
动量守恒定律是一个实验规律,最重要的是高中物理基本都在理想化条件下的

---百科
1)动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一,它既适用于宏观物体,也适用于微观粒子;既适用于低速运动物体,也适用于高速运动物体,它是一个实验规律,也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来;
(2)动量守恒定律。最初它是牛顿定律的推论, 但后来发现它的适用范围远远广于牛顿定律, 是比牛顿定律更基础的物理规律, 是时空性质的反映。其中, 动量守恒定律由空间平移不变性推出
动量守恒定律是一条实验定律,只是对于碰撞问题用牛二定律可以导出动量守恒的关系。牛顿力学属于经典力学,有自身的局限性,适用于低速,宏观,弱引力场中。而动量守恒定律经过实践证明,对于现在所有的物理范围都可以使用。
用牛2推算动量定理时。一般是用两小球算的,并不是微观。所以牛2定律能证明,但是如果是变力的话,用牛2定律是很难求出的,甚至不能求。所以LZ说微观上不能用牛2定律。
文章标题: 有“不能同时精确测量微观粒子的位置和速度”但是却可以用牛二定律计算轨道和能级有关的速度
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文章标签:微观粒子  能级  速度  可以用  定律
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