量子力學(xué)最終版

1、1919世紀(jì)世紀(jì)末末2020世紀(jì)初，出現(xiàn)的幾個(gè)問題世紀(jì)初，出現(xiàn)的幾個(gè)問題擁有巨大腦洞的普朗克普朗克常數(shù)普朗克常數(shù)用以描述量用以描述量子大小。普朗克發(fā)現(xiàn)，子大小。普朗克發(fā)現(xiàn)，只有假定電磁波的發(fā)射只有假定電磁波的發(fā)射和吸收不是連續(xù)的，而和吸收不是連續(xù)的，而是一份一份地進(jìn)行的，是一份一份地進(jìn)行的，計(jì)算的結(jié)果才能和試驗(yàn)計(jì)算的結(jié)果才能和試驗(yàn)結(jié)果是相符。這樣的一結(jié)果是相符。這樣的一份能量叫做能量子，每份能量叫做能量子，每一份能量子等于一份能量子等于hh，為輻射電磁波的頻率，為輻射電磁波的頻率，h h為一常量，叫為普朗為一常量，叫為普朗克常數(shù)?？顺?shù)。 量子化 波粒二象性a.理解粒子的行為方式。舉例：你家里

2、有一只小狗，小狗跑來(lái)跑去，但是每一個(gè)固定的時(shí)候只能出現(xiàn)在一理解粒子的行為方式。舉例：你家里有一只小狗，小狗跑來(lái)跑去，但是每一個(gè)固定的時(shí)候只能出現(xiàn)在一個(gè)位置；你去打靶子，槍法很爛，有的時(shí)候成績(jī)好，有的時(shí)候成績(jī)差，但是每發(fā)射一枚子彈，只能在落在個(gè)位置；你去打靶子，槍法很爛，有的時(shí)候成績(jī)好，有的時(shí)候成績(jī)差，但是每發(fā)射一枚子彈，只能在落在靶子上一個(gè)特定的位置。靶子上一個(gè)特定的位置。b.理解波的行為方式。舉例：你喊大家去理解波的行為方式。舉例：你喊大家去KTV：“走走走！走走走！”房間里面每個(gè)人都聽到了；你劃船，船房間里面每個(gè)人都聽到了；你劃船，船蕩開的漣漪擴(kuò)散到湖面很大一片范圍的每一個(gè)位置。蕩開的漣漪

3、擴(kuò)散到湖面很大一片范圍的每一個(gè)位置。c.假如性質(zhì)交換。如果子彈表現(xiàn)地像波一樣會(huì)怎么樣呢？假如性質(zhì)交換。如果子彈表現(xiàn)地像波一樣會(huì)怎么樣呢？ 你發(fā)射一枚子彈，房間里面每個(gè)人都死了。如果你發(fā)射一枚子彈，房間里面每個(gè)人都死了。如果聲音表現(xiàn)地像粒子一樣會(huì)怎么樣呢？你喊了一句話，只有一個(gè)人能聽到你。聲音表現(xiàn)地像粒子一樣會(huì)怎么樣呢？你喊了一句話，只有一個(gè)人能聽到你。理解了這三件事，你檢視一下宏觀世界，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，所有的事物，要么體現(xiàn)波的性質(zhì)，要么體現(xiàn)粒子的性理解了這三件事，你檢視一下宏觀世界，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，所有的事物，要么體現(xiàn)波的性質(zhì)，要么體現(xiàn)粒子的性質(zhì)。沒有混淆。質(zhì)。沒有混淆。生活中的波粒二象性的現(xiàn)象生活中的波

4、粒二象性的現(xiàn)象 極光極光 光光 人人眼可見電磁波譜（波粒二象性眼可見電磁波譜（波粒二象性） 上帝不會(huì)擲骰子 VS你不需要告訴上帝怎么做 力力 力是物體對(duì)物體的作用，力不力是物體對(duì)物體的作用，力不能脫離物體而單獨(dú)存在。兩個(gè)能脫離物體而單獨(dú)存在。兩個(gè)不直接接觸的物體之間也可能不直接接觸的物體之間也可能產(chǎn)生力的作用。產(chǎn)生力的作用。 ？ 傳統(tǒng)定義 量子力學(xué)康普頓效應(yīng)?？灯疹D效應(yīng)第一次從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了康普頓效應(yīng)第一次從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了愛因斯坦愛因斯坦提出的關(guān)于光提出的關(guān)于光子具有子具有波粒二象性波粒二象性的假設(shè)。這在物理學(xué)發(fā)展史上占有重要的假設(shè)。這在物理學(xué)發(fā)展史上占有重要的位置。的位置。光電效應(yīng)光電效應(yīng)、康普

5、頓效應(yīng)都為光的量子性提供了令、康普頓效應(yīng)都為光的量子性提供了令人信服的證據(jù)，但康普頓效應(yīng)比人信服的證據(jù)，但康普頓效應(yīng)比光電效應(yīng)光電效應(yīng)更前進(jìn)了一步。更前進(jìn)了一步。這因?yàn)樵诮忉尶灯疹D效應(yīng)時(shí)不但要考慮這因?yàn)樵诮忉尶灯疹D效應(yīng)時(shí)不但要考慮能量守恒能量守恒，還要考，還要考慮動(dòng)量守恒，這說(shuō)明光子具有動(dòng)量，成為了光不僅具有波慮動(dòng)量守恒，這說(shuō)明光子具有動(dòng)量，成為了光不僅具有波動(dòng)性還具有粒子性的鐵證。由此為光的動(dòng)性還具有粒子性的鐵證。由此為光的波粒二象性波粒二象性及德布及德布羅意物質(zhì)波假說(shuō)提供了更完全的證據(jù)。因此羅意物質(zhì)波假說(shuō)提供了更完全的證據(jù)。因此,有人把康普頓有人把康普頓效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)稱作物理學(xué)發(fā)展史中的一個(gè)轉(zhuǎn)

6、折點(diǎn)。效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)稱作物理學(xué)發(fā)展史中的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。光子在介質(zhì)中和物質(zhì)微粒相互作用時(shí)，可能使得光向任何光子在介質(zhì)中和物質(zhì)微粒相互作用時(shí)，可能使得光向任何方向傳播，這種現(xiàn)象叫光的散射方向傳播，這種現(xiàn)象叫光的散射1922年，美國(guó)物理學(xué)家年，美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨中的電子對(duì)康普頓在研究石墨中的電子對(duì)X射線的散射時(shí)發(fā)現(xiàn)，有些散射線的散射時(shí)發(fā)現(xiàn)，有些散射波的波長(zhǎng)比入射波的波長(zhǎng)略大，他認(rèn)為這是光子和電子射波的波長(zhǎng)比入射波的波長(zhǎng)略大，他認(rèn)為這是光子和電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，康普頓假設(shè)光子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，康普頓假設(shè)光子和電子、質(zhì)子這樣的實(shí)物粒子一樣，不僅具有能量，也具和電

7、子、質(zhì)子這樣的實(shí)物粒子一樣，不僅具有能量，也具有動(dòng)量，碰撞過(guò)程中能量守恒，動(dòng)量也守恒按照這個(gè)思有動(dòng)量，碰撞過(guò)程中能量守恒，動(dòng)量也守恒按照這個(gè)思想列出方程后求出了散射前后的波長(zhǎng)差，結(jié)果跟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)想列出方程后求出了散射前后的波長(zhǎng)差，結(jié)果跟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全符合，這樣就證實(shí)了他的假設(shè)。這種現(xiàn)象叫康普頓效完全符合，這樣就證實(shí)了他的假設(shè)。這種現(xiàn)象叫康普頓效應(yīng)。應(yīng)。 電磁脈沖武器電磁脈沖武器電磁脈沖武器號(hào)稱電磁脈沖武器號(hào)稱 第二原子彈第二原子彈 ，世界軍，世界軍事強(qiáng)國(guó)電磁脈沖武器開始走向?qū)嵱没?，?duì)事強(qiáng)國(guó)電磁脈沖武器開始走向?qū)嵱没?，?duì)電子信息系統(tǒng)電子信息系統(tǒng)及指揮控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)及指揮控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成極大威

8、脅。常規(guī)型的電磁脈沖炸彈已經(jīng)成極大威脅。常規(guī)型的電磁脈沖炸彈已經(jīng)爆響，而核電磁脈沖炸彈爆響，而核電磁脈沖炸彈-第二原子彈第二原子彈 正在向人類逼近。正在向人類逼近。電磁脈沖武器主要包括核電磁脈沖彈和非電磁脈沖武器主要包括核電磁脈沖彈和非核電磁脈沖彈。非核電磁脈沖彈，是利用核電磁脈沖彈。非核電磁脈沖彈，是利用炸藥爆炸壓縮磁通量的方法產(chǎn)生高功率微炸藥爆炸壓縮磁通量的方法產(chǎn)生高功率微波的電磁脈沖武器。核電磁脈沖彈是一種波的電磁脈沖武器。核電磁脈沖彈是一種以增強(qiáng)電磁脈沖效應(yīng)為主要特征的新型核以增強(qiáng)電磁脈沖效應(yīng)為主要特征的新型核武器武器。高空核爆高空核爆，又稱高空核爆，又稱EMP攻擊。讓核彈在大氣層上空

9、爆炸，伽攻擊。讓核彈在大氣層上空爆炸，伽馬輻射從大氣分子中把電子分離出來(lái)，產(chǎn)生康普頓效應(yīng)，馬輻射從大氣分子中把電子分離出來(lái)，產(chǎn)生康普頓效應(yīng)，被分離出來(lái)的電子會(huì)被地球磁場(chǎng)捕捉，從而產(chǎn)生極大范圍被分離出來(lái)的電子會(huì)被地球磁場(chǎng)捕捉，從而產(chǎn)生極大范圍的擴(kuò)散電子脈沖，其結(jié)果對(duì)電子設(shè)備是致命的，任何有電的擴(kuò)散電子脈沖，其結(jié)果對(duì)電子設(shè)備是致命的，任何有電子接受裝置的設(shè)備，在接受電子脈沖攻擊后，電路板會(huì)全子接受裝置的設(shè)備，在接受電子脈沖攻擊后，電路板會(huì)全部燒毀。部燒毀。放射性同位素量子醫(yī)學(xué)量子醫(yī)學(xué)能譜測(cè)量法能譜測(cè)量法 所謂量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式，是近二十年發(fā)展起來(lái)的新型交叉

10、學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。 經(jīng)典通信較光量子通信相比，其安全性和高效性都無(wú)法與之相提并論。安全性-量子通信絕不會(huì)“泄密”，其一，在量子加密的密鑰是隨機(jī)的，即使被竊取者截獲，也無(wú)法得到正確的密鑰，因此無(wú)法破解信息。其二，分別在通信雙方手中具有糾纏態(tài)的2個(gè)粒子，其中一個(gè)粒子的量子態(tài)發(fā)生變化，另外一方的量子態(tài)就會(huì)隨之立刻變化，并且根據(jù)量子理論，宏觀的任何觀察和干擾，都會(huì)立刻改變量子態(tài)，引起其坍塌，因此竊取者由于干擾而得到的信息已經(jīng)破壞，并非原有信息。 我國(guó)的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉教授的科研團(tuán)隊(duì)，2009年在合肥構(gòu)建和演示了一個(gè)4節(jié)點(diǎn)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)。在2008年8月，該團(tuán)隊(duì)曾研

11、制了20km級(jí)的3方量子電話網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)，其中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以互聯(lián)互通、實(shí)時(shí)地產(chǎn)生不落地的量子密鑰，進(jìn)而被用來(lái)進(jìn)行各種加密的數(shù)據(jù)，語(yǔ)音，多媒體通信等應(yīng)用。今年七月，我國(guó)發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，并在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建一個(gè)天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。今年九月，量子通信的核心環(huán)節(jié)：密鑰（加密、解密的鑰匙）傳輸實(shí)驗(yàn)，將搭乘天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室，上天展開實(shí)驗(yàn)。這意味著，世界上第一封絕對(duì)不會(huì)被截、被破、被復(fù)制、只能是天知地知、你知我知的密信，將要誕生。量子通信“京滬干線” 量子態(tài)隱形傳輸量子態(tài)隱形傳輸就是指利用“量子糾纏”技術(shù)，借助衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、光纖網(wǎng)絡(luò)等經(jīng)典信道，傳輸量子態(tài)攜帶的量子信息。量子隱形傳輸能夠立即將一個(gè)粒子的量子態(tài)傳輸?shù)饺我庖粋€(gè)未知的位置，卻不傳送粒子本身。在某種意義上，有點(diǎn)像按照一個(gè)時(shí)鐘上顯示的時(shí)間，一模一樣地調(diào)整遠(yuǎn)處另一個(gè)時(shí)鐘上的時(shí)間。 軌道列車信息指揮系統(tǒng)一旦被“黑客”侵入并輸入錯(cuò)誤指令信號(hào)，有可能出現(xiàn)重大危險(xiǎn)，而采