奇妙的量子世界-课件

1ppt课件奇妙的量子世界

一些可能使你感到困惑的量子现象……河北师范大学物理学院普通物理讲座之量子物理ppt课件2Outline什么是量子理论？

量子佯谬-薛定谔的猫、EPR悖论宏观量子效应量子力学与现代科学技术量子力学与科幻小说ppt课件3一、什么是量子理论？“量子”一词意指“一个量”或“一个离散的量”。量子理论又称为量子力学或量子物理学，是一组在极小尺度上主要应用于原子或更小实体的物理定律。量子理论的核心是测不准原理和波粒二象性概念的结合。量子物理实际上包含两个方面。一个是原子层次的物质理论：量子力学；正是它我们才能理解和操纵物质世界。另一个是量子场论，它在科学中起到一个完全不同的作用。ppt课件4量子力学建立

A旧量子论的形成（冲破经典—量子假说）

1900Planck振子能量量子化1905Einstein电磁辐射能量量子化

1913N.Bohr

原子能量量子化ppt课件5B、量子力学的建立（崭新概念）

1923deBroglie电子具有波动性

1926-27Davisson,G.P.Thomson

电子衍射实验

1925Heisenberg矩阵力学

1926Schroedinger

波动方程

1928Dirac相对论波动方程ppt课件6量子力学发展之路ppt课件7普朗克量子假说（1900年）谐振子的能量只能是ppt课件8普朗克是《PHYSIK》杂志的主编，他对爱因斯坦的工作给予了高度的评价。在普朗克获博士学位五十周年纪念会上普朗克向爱因斯坦颁发普朗克奖章ppt课件9尼尔斯·玻尔(Bohr,Niels)1885年10月7日生于丹麦首都哥本哈根，1922年玻尔获诺贝尔物理学奖1920年在玻尔筹划下创立的哥本哈根大学理论物理研究所，在创立量子力学的过程中，成为世界原子物理研究中心．1962年11月18日，玻尔因心脏病突发而逝世．ppt课件10玻尔正在讲课玻尔（左）和海森伯（中）泡利（右）在一起玻尔其人，成绩优秀、全面发展、爱踢足球；学术平等、爱国反战。ppt课件11在玻尔研究所里学术空气很浓，玻尔演讲后与听众踊跃讨论。哥本哈根学派“丹麦是我出生的地方，是我的故乡，是我心中的世界开始的地方。”波尔著名诗句：ppt课件12

波尔和他的五个儿子右2在1975年获诺贝尔物理奖（因对原子核结构的研究）ppt课件13德布罗意(LouisVictorduedeBroglie,1892-1960)法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。1923年，提出实物粒子也同样具有波动性。ppt课件14奥地利物理学家薛定谔

（Schrodinger1887-1961）1926年提出量子力学中最基本的薛定谔方程1933年获诺贝尔物理奖。ppt课件15汇聚了物理学界智慧之脑的“明星照”

1927年第五届索尔威会议爱因斯坦洛仑兹居里夫人普朗克德拜泡利康普顿薛定谔狄拉克埃伦费斯特布喇格玻尔海森伯玻恩朗之万德布罗意ppt课件16具有划时代意义的量子论---产生了半导体技术---改变了人类的生活水平---扩展了我们这些专业-----引起了科学界的一场革命ppt课件17如果有一天量子力学突然不起作用了，将会发生什么现象？不可想象！自然界的一切物体都将解体为一个个原子，而电子说不定一齐落在原子核上。当然量子力学是不会突然不起作用的，它是微观世界的根本规律。ppt课件18尽管量子力学是为描述远离我们的日常生活经验的抽象原子世界而创立的，但它对我们日常生活的影响无比巨大。没有量子力学作为工具，就不可能有化学、生物、医学以及其他每一个关键学科的引人入胜的进展。没有量子力学就没有全球经济可言，因为作为量子力学的产物的电子学革命将我们带入了计算机时代。同时，光子学的革命也将我们带入信息时代。量子物理的杰作改变了我们的世界，科学革命为这个世界带来了的福音，也带来了潜在的威胁。ppt课件19量子论是一个极为奇妙的理论从物理角度来说，它在科学家中间引起了最为激烈的争议和关注；从现实角度来说，它给我们的社会带来了无与伦比的变化和进步；从科学史角度来说，也几乎没有哪段历史比量子论的创立得到了更为彻底的研究。然而不可思议的是，它的基本观点和假说至今没有渗透到大众的意识中去，这无疑又给它增添了一道神秘的光环。ppt课件20波或粒子？

ppt课件21（n=1,2,……）？驻波：r朗之万把德布洛意的文章寄给爱因斯坦，爱因斯坦说：“揭开了自然界巨大帷幕的一角”“瞧瞧吧，看来疯狂，可真是站得住脚呢”ppt课件22氢原子波函数曲线和轮廓图

ppt课件23波动性与粒子性的共存，很快就导致了关于自然界的一些令人吃惊的结论。

几乎没有什么比著名的托马斯·杨（TomasYoung）双缝实验更能显示量子的模糊性了ppt课件24理查德·费恩曼(1918—88)曾经说：双孔实验包藏了量子力学的‘核心秘密’，无人懂得其中究竟发生了什么。它不仅仅表示量子实体运动时像波，到达和出发时像粒子，而且它们似乎还知道过去和未来。ppt课件25二、量子佯谬——

薛定谔的猫、

EPR悖论ppt课件26薛定谔的猫(Schrödinger'scat)是关于量子理论的一个理想实验。薛定谔和他的猫（1935年）ppt课件27玻尔名言：谁要是第一次听到量子理论时没有感到困惑，那他一定没听懂这个猫十分可怜，她被封在一个密室里，密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子，锤子由一个电子开关控制，电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变，则放出阿尔法粒子，触动电子开关，锤子落下，砸碎毒药瓶，释放出里面的氰化物气体，雌猫必死无疑。ppt课件28如果我们不揭开密室的盖子，根据我们在日常生活中的经验，可以认定，雌猫或者死，或者活。这是她的两种本征态。但是，如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫，则只能说，她处于一种活与不活的叠加态。我们只有在揭开盖子的一瞬间，才能确切地知道雌猫是死是活。此时，猫的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态。量子理论认为：如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知道雌猫是死是活，她将永远到处于半死不活的叠加态。这与我们的日常经验严重相违，要么死，要么活，怎么可能不死不活，半死半活？

ppt课件29薛定谔挖苦说：按照量子力学的解释，箱中之猫处于“死－活叠加态”——既死了又活着！要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死。（请注意！不是发现而是决定，仅仅看一眼就足以致命！）爱因斯坦将薛定谔的意见看作是证明“对世界的波动描述是不完备的”的“最佳途径”。ppt课件30哥本哈根的几率诠释哥本哈根的几率诠释的优点是：只出现一个结果，这与我们观测到的结果相符合。但是有一个大的问题：它要求波函数突然坍缩。但物理学中没有一个公式能够描述这种坍缩。尽管如此，长期以来物理学家们出于实用主义的考虑，还是接受了哥本哈根的诠释。付出的代价是：违反了薛定谔方程。这就难怪薛定谔一直耿耿于怀了。ppt课件31想象一个基本粒子，例如电子既不在这里又不在那里．而是以一定几率在空间分布着的．这是可以理解的。然而难以想象的是一个非常熟悉的事物，像描处于这种形式的假死状态。薛定谔构想这个仍于是为了说明在严格的哥本哈根解释中存在着理疵，因为很显然这只描不可能同时既是活的，又是死的。但是，这比一个电子的波粒二象性更明显。ppt课件32薛定谔的猫佯谬的意义常识已经作为量子世界的向导接受了检验，这也是所希望的。对于量子世界，不要相信我们的常识，而要相信我们直接看到的或者用实验设备准确检测到的，对于这一点我们是有把握的。如果不进行观察．我们就不知道匣子中发生了什么。ppt课件33哥本哈根诠释在很长的一段时间成了“正统的”、“标准的”诠释。但那只不死不活的猫却总是像恶梦一样让物理学家们不得安宁。佯谬的意义：在不接受“死——活”猫这样一个“现实’’的情况下，是不可能与严格的哥本哈根解释达成一致的，因为原因和结果的无限复归。这个佯谬曾经使维格纳和约蹬·惠勒考虑过这种可能性：高级生物的观察导致了整个宇宙的“真实’’存在。ppt课件34休.埃弗雷特的解释量子力学方程告诉我们，在薛定谔的著名思想实验中，匣子里面有两种版本的波函数——“活猫”和“死猫”，两者是同样真实的。传统的哥本哈根解释从一个不同的角度来看得这些概率。它说，从效果上看，这两个波函数都同样的不真实。当我们往匣子里面观看时，它们当中只有一个固化为现实。ppt课件35埃弗雷特的解释接受了整个量子方程的表面价值．并且指出两只猫都是真实的。有一只活猫，有一只死猫，但它们位于不同的世界中。问题并不在于匣子中的辐射性原子是否衰变，而在于它既衰变又不衰变。面临一个决定，整个世界——宇宙——分裂成它自己的两个版本。ppt课件36这两个版本在其余各个方面都是全同的。唯一的区别在于在其中一个版本中，原子衰变了，猫死了：而在另外一个版本中，原子没有衰变，猫还活着。这听起来就像科幻小说，然而它比科幻小说所探讨的要深得多，它是基于无懈可击的数学方程，基于量子力学朴实的、自恰的、符合逻箱的结果。ppt课件37爱因斯坦—波多尔斯基—罗孙（EPR）实验这个思想实验的目的是为了揭示对于扩展于一个大的空间域上的物理系统进行量子描述所具有的种种深刻的奇异性。此实验要我们考虑通过同时窥视一个粒子的位置和动量，以蒙骗海森伯不确定性原理。采用的计谋是使用一个同谋粒子，实行一次取代所感兴趣粒子的测量。ppt课件38EPR悖论

什么是EPR悖论

1935年美国《物理评论》的第47、48期上分别发表了两篇题目相同的论文：“物理实在的量子力学描述能否认为是完备的？”在47期上署名的是：爱因斯坦、波多尔斯基和罗森，在48期上署名的是玻尔。EPR是前三位物理学家姓的头一个字母。EPR悖论是这三位物理学家为论证量子力学的不完备性而提出的一个悖论，又称EPR论证或EPR佯谬。这个悖论涉及到如何理解微观物理实在的问题。

ppt课件39爱因斯坦等认为，爱因斯坦等认为，如果一个物理理论对物理实在的描述是完备的，那么物理实在的每个要素都必须在其中有它的对应量，即完备性判据。当我们不对体系进行任何干扰，却能确定地预言某个物理量的值时，必定存在着一个物理实在的要素对应于这个物理量，即实在性判据。他们认为，量子力学不满足于这些判据，所以是不完备的。爱因斯坦等人认为，量子力学蕴涵着EPR悖论，所以不能认为它提供了对物理实在的完备描述。

ppt课件40玻尔对EPR实在性判据中关于“不对体系进行任何干扰”的说法提出了异议认为“测量程序对于问题中的物理量赖以确定的条件有着根本的影响，必须把这些条件看成