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量子力学

三级学科, 专业名称:量子力学        门类/类别:理学     学科/类别:物理学类

量子力学(quantum mechanics)是物理学的分支,主要描写微观的事物,与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱,许多物理学理论和科学,如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科,都是以其为基础。

19世纪末,人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统,于是经由物理学家的努力,在20世纪初创立量子力学,解释了这些现象。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除透过广义相对论描写的引力外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述(量子场论)。

爱因斯坦可能是在科学文献中最先给出术语“量子力学”的物理学者。

内容

研究微观物质运动现象以及基本运动规律.

数学基础

在二十世纪二十年代,出现了两种量子物理的理论,即维尔纳·海森堡的矩阵力学和埃尔温·薛定谔的波动力学。

海森堡主张,只有在实验里能够观察到的物理量(可观察量),才具有物理意义,才可以用理论描述其物理行为,例如,不能直接观察到电子运动于原子里的位置与周期。因此,他着重于研究电子跃迁时所发射光波的离散频率和辐照度,这些是可观察量。但是, 他无法实际应用这点子于氢原子问题,因为这问题太过复杂,他只能改应用这点子于比较简单,但也比较不实际的问题。经过一番努力,他计算出谐振子问题的能谱与零点能量,符合分子光谱学的结果。另外,在海森堡理论中,系统的哈密顿量是位置和动量的函数, 但它们不再具有经典力学中的定义,而是由二阶(代表着过程的初态和终态)傅里叶系数的矩阵给出。海森堡还发现,这些矩阵互不对易。这些论述后来发展成为矩阵力学。

从德布罗意论文的相对论性理论,薛定谔推导出一种波动方程,称为薛定谔方程;用这方程可以计算出氢原子的谱线,得到与玻尔模型完全相同的答案。波动力学的基础方程就是薛定谔方程.

薛定谔率先于1926年证明了这两种理论的等价性。稍后,卡尔·埃卡特和沃尔夫冈·泡利也给出类似证明,约翰·冯·诺伊曼严格地证明了波动力学和矩阵力学的等价性。

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