解释费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计;两种统计规则
费米-狄拉克分布
Fermi-Dirac distribution
全同和独立的费米子系统中粒子的最概然分布。简称费米分布,量子统计中费米子所遵循的统计规律。由E.费米和P.A.M.狄拉克在1926年先后提出,故名。
费米子是 自旋为半整数( 即自旋为/2,=h/2π,h是普朗克常量)的粒子,如轻子和重子,全同费米子系统中粒子不可分辨,费米子遵从泡利不相容原理,每一量子态容纳的粒子数不能超过一个。对于粒子数、体积和总能量确定的费米子系统,当温度为T时 ,处在能量为 的量子态上的平均粒子数为
式中 ;k是玻耳兹曼常量;;μ是化学势。在高温和低密度条件下 ,费米-狄拉克分布过渡到经典的麦克斯韦-玻耳兹曼分布。
玻色爱因斯坦统计法
在与经典统计性质不同的量子效应中,常常出现一些性质相同的粒子。例如我们可能须要处理一些在位置、动量和自旋等方面几乎都相同的电子;或者我们所要研究的光子它们在频率、位置、传播方向及极化等方面都相同。
对电子而言,有一个重要的限制性条件在起作用。这就是泡利不相容原理。根据这个原理,任意两个电子不允许具有相同的性质。中子、质子、中微子以及事实上一切自旋量子数是奇半整数等则是具有整数(包括零)自旋量子数的粒子,无论多少个这种粒子都可以具有相同的动量、位置和自旋。第一类粒子服从泡利原理的规定,称之为费米(Fermi)-狄拉克(Dirac)粒子或费米子;另一类则称为玻色子,其性质服从玻色(Bose)-爱因斯坦统计法。
玻色爱因斯坦统计这个思想实际上是由玻色一个人提出来的,但是由于当时玻色的名气远远不够大,他把论文寄给了爱因斯坦,爱因斯坦对他的想法感到认同,签上自己名字寄给了杂志,编辑当然愿意发表带有爱翁签字的论文,于是乎,玻色理论变成了玻色-爱因斯坦理论。
这是玻色一生最重要的发现,玻色后半生跟随爱因斯坦走上了寻求统一理论的不归路。
量子力学的四个基本原理是什么
具体说是五个,有以下所示:
1.描写微观体系状态的数学量是 Hilbert 空间中的矢量,只相差一个复数因子的两个矢量,描写同一个物理状态。
2.(1) 描写微观体系物理量(可观测量)的是 Hilbert 空间内的 Hermitian 算符,如 A ;
(2) 物理量所能取的值 ai 是相应算符 A 的本征值;
(3) 一个任意态 |Ψ> 总可以用 A 的归一化本征态展开如下:
|Ψ> = ∑iCi|ai>
而物理量 A 在 |Ψ> 出现的几率与 |Ci|2 成正比(Born 统计解释)。
3.一个微观粒子在直角坐标下的位置算符 xm 与相应之正则动量算符 pm 有如下对易关系:
[xm,xn] = 0
[pm,pn] = 0
[xm,pn] = ihδmn
而不同粒子间的所有上述算符均可相互对易。
4.在 Schodinger 图景中,微观体系态矢量 |Ψ(t)> 随时间变化的规律由 Schodinger 方程给出:
ih ∂
∂t|Ψ(t)> = H|Ψ(t)>
与此相对应,在 Heisenberg 图景中,一个 Hermitian 算符 AH(t) 的运动规律由 Heisenberg 方程给出(假定AS 不显含时间):
d
dt AH(t) = 1
ih[ AH,H]
5.一个包含多个全同粒子的体系,在 Hilbert 空间中的态矢量对于任何一对粒子的交换是对称的(交换前后完全不变)或反对称(交换前后相差一个负号)。服从前者的粒子称为玻色子(boson),服从后者的粒子称为费米子(fermion)。
1.状态由波函数表示。
2.波函数的运动方式(一般假设其符合薛定谔方程)
3.力学量对应相应算符
4.本征波函数完备及力学量的取值
5.全同性原理
与楼上回答对应:
1
2
3不确定性原理
4波粒二象性
5泡利不相容原理
完全不懂!
为什么同一粒子不同分析方法得到的粒径不同?
同一粒子不同分析方法得到的粒径不同,是因为统计方法不同。
粒径分布是一个统计数据,又分为数均粒径,体积平均粒径。本身数均粒径,体积平均粒径差异就很大。采用不同分析方法,例如激光粒度仪和沉降法测粒径,差异也是很大的。因此比较不同的粒径,只能采用同一种仪器,同一种分析方法,才有效果。
请教费米子和玻色子的通俗含义?
书上讲费米子为角动量的自旋量子数为半奇数整数倍的粒子,而玻色子为整数或0,这句什么意思,本人属物理学业余爱好者麻烦不要复制课本上的职业术语。所有内禀属性都相同的粒子叫做全同粒子,量子理论表明,由全同粒子组成的系统遵从两种不同的统计规律,一种是玻色-爱因斯坦统计,相应的粒子称为玻色子;另一种是费米-狄拉克统计,相应的粒子称为费米子。
所有内禀属性都相同的粒子叫做全同粒子,量子理论表明,由全同粒子组成的系统遵从两种不同的统计规律,一种是玻色-爱因斯坦统计,相应的粒子称为玻色子;另一种是费米-狄拉克统计,相应的粒子称为费米子。
研究发现,所有玻色子的自旋量子数(简称自旋)都是0或整数,所有费米子的自旋都是半整数。基本费米子分为 2 类:夸克和轻子。而这 2 类基本费米子,又分为合共 24 种味 (flavour):12 种夸克:包括上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲夸克 (c)、底夸克 (b)、顶夸克 (t),及它们对应的 6 种反粒子。
12 种轻子:包括电子 (e)、渺子 (μ)、陶子 (τ)、、中微子νe、中微子νμ、中微子ντ,及对应的 6 种反粒子,包括 3 种反中微子。中子、质子:都是由三种夸克组成,自旋为1/2。夸克:上夸克 (u)、下夸克 (d)、奇夸克 (s)、粲(càn)夸克 (c)、底夸克 (b)、顶夸克 (t),及它们对应的 6 种反粒子。
就好比电子有一定质量、电荷一样,自旋也是基本粒子的一种内禀属性,任何基本粒子都有这个属性,自旋属于固有角动量,其量子数只能是0或1/2的整数倍,并且相伴有磁矩,可以通过实验判断基本粒子的自旋。
所有内禀属性都相同的粒子叫做全同粒子,量子理论表明,由全同粒子组成的系统遵从两种不同的统计规律,一种是玻色-爱因斯坦统计,相应的粒子称为玻色子;另一种是费米-狄拉克统计,相应的粒子称为费米子。研究发现,所有玻色子的自旋量子数(简称自旋)都是0或整数,所有费米子的自旋都是半整数。
对宏观物质和微观粒子的认识
粒子的全同性是量子力学的基本假设,量子力学中的全同性是指不可区分性。即使两个具有复杂内部结构的原子,只要相干,也会变得不可区分。因此这个问题的关键不在于微观粒子是否比树叶复杂,而在于相干性。对于这个问题,简要的回答是,因为微观粒子具有量子性(相干性),而宏观世界的叶子量子性(相干性)很弱。
所谓相干性是指,两个物体的波函数有重叠,重叠越多,相干性也越好。注意,这与微观粒子是否是基本粒子无关。微观粒子,譬如质子,也具有复杂的的组分和内部结构。但在一定尺度下观察时(譬如在原子核中),质子可以作为一个微观粒子,我们可以定义质子的波函数。当两个质子之间的距离小于其德布罗意波波长时,质子的量子性便比较明显。当然,全同性还要求微观粒子的有效量子数(位置也大致可以视为一个近似量子数)完全相同。大部分量子数与能量有关,而微观粒子的能量简并度比较低,两个微观粒子处在同一量子态的热力学概率比较大。
树叶作为一个宏观物体,它的大小已经远远超过其本身介观组分的德布罗意波波长。因此两片树叶的相干性很差。假如两树叶可以被制备成相干态,它们若想是全同的,还需要具有相同的量子数。树叶等宏观物体的能级是高度简并的,因此从热力学上讲两片树叶具有相同量子数的概率很小。由于这两个原因,树叶等宏观物体的全同性是很差的。
但这不表明宏观物质无法具有量子性及全同性。实际上,物理中有几个有名的宏观量子性。一个是超导,另一个是超流,还有一个波色-爱因斯坦凝聚。现在能够已经能够实现介观物质的相干制备。
文章标题: 粒子的统计规律不同为什么会得出粒子的全同性
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