注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

周法哲的博客

重新认识我们的世界

 
 
 

日志

 
 
关于我

做过工,开过荒,教过书,扛过枪,当过干部仍在党,现任公司董事长。业余以探索天地人和谐之道为乐!

网易考拉推荐

(原创)量子力学中的“牛顿定律”(图)  

2009-05-26 18:49:27|  分类: 科学的皇后 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |

人所共知,经典力学中最牛的定律是牛顿定律。它指导全人类认识世界和改造世界了几百年,至今在宏观世界和宇观世界中仍然是普遍适用的基本规律。差不多是近代一切科学技术的基础。

可在微观世界和介观世界中,尤其是亚原子世界中,经典力学的许多理论已经不适用了,取而代之的是量子力学和相对论。现代科学技术尤其是IT(信息技术)和核物理领域,不能不与电子、核子等微观粒子打交道,所以量子力学逐步发展成了一门崭新的基础学科。

经典力学中牛顿定律是最核心的理论基础,差不多是分析和解决实际问题的“万能法宝”。那么量子力学中有没有类似于牛顿定律那样的“万能法宝”呢?

周法哲荣幸地告诉你,有!那就是薛定谔方程,薛定谔首创的描述一切物质波的量子力学的波动方程。本文简单介绍薛定谔方程及其来历:

法国的研究生德布罗意在1924年的博士论文中提出物质波的假说后,奥地利物理学家薛定谔从德布罗意思想中得到启发:既然电子等实物粒子既是粒子又是波,那么微观粒子世界必定服从一个既能描述粒子运动又能描述其波动性的规律。于是薛定谔从经典物理学的波动方程(见周法哲以前的博文)出发,“拼凑”出了一个前无古人的方程式:

(原创)量子力学中的“牛顿定律” - 周法哲 - 周法哲的博客

这是为了描述微观粒子的德布罗意波,薛定谔得出的波动方程(一维情形),一般情况下是一个变系数线性二阶偏微分方程。其中质量为m的粒子在势场U(x,t)中运动的波函数为

(原创)量子力学中的“牛顿定律” - 周法哲 - 周法哲的博客

一般地它是一个矢性的复变函数,其物理意义是t时刻微观粒子在位置坐标点x附近的空间里出现的可能性。方程式中i是虚数单位,t为时间,x为坐标,而

(原创)量子力学中的“牛顿定律” - 周法哲 - 周法哲的博客

仍然叫做普朗克常量。

上述方程式后人称之为薛定谔方程。利用薛定谔方程从理论上解释了任何物质粒子的波动性和量子效应,尤其是玻尔原子理论中用电子轨道假说解释不清的现象。这样一来,核外电子不像沿确定轨道绕原子核“公转”的“行星”,而是像笼罩在原子核周围特定“壳层”中的一片“云雾”――“电子云”,核外电子可以随机地出现在电子某云壳层中的任何位置,只不过电子云较密集的地方,电子出现的概率也较大。

薛定谔方程揭示了微观粒子世界物质运动的最基本的客观规律,构建起了量子力学(尤其是波动力学)大厦的框架,推动人类对物质世界的认识向客观真理迈进了一大步,甚至对哲学思想和世界观的发展都产生了深刻的影响。所以被现代科学界誉为量子力学中的“牛顿定律”。由于对量子力学的杰出贡献,薛定谔获得1933年诺贝尔物理学奖。

(原创)量子力学中的“牛顿定律”(图) - 周法哲 - 周法哲的博客

薛定谔方程是世界粒子物理学文献中应用最广泛、影响最大的公式。因此,该公式被英国科学期刊《物理世界》2004年10月号公布为读者选出的科学界历来“最伟大的公式”之一,并且名列第6。

薛定谔及薛定谔方程对量子力学究竟作出了哪些贡献?且听周法哲下回分解。

(作者:周法哲2009-5-26于广东,插图为转摘)

 

  评论这张
 
阅读(1040)| 评论(13)
推荐 转载

历史上的今天

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017