量子力学在现实世界的十大应用

量子力学在现实世界的十大应用

数千年来，人类一直依靠天生的直觉来认识自然界运行的原理。虽然这种方式让我们在很多方面误入歧途，譬如，曾一度坚信地球是平的。但从总体上来说，我们所得到的真理和知识，远远大过谬误。正是在这种虽缓慢、成效却十分积极的积累过程中，人们逐渐摸索总结出了运动定律、热力学原理等知识，自身所处的世界才变得不再那么神秘。于是，直觉的价值，更加得到肯定。但这一切，截止到量子力学的出现。

这是被爱因斯坦和玻尔用“上帝跟宇宙玩掷骰子”来形容的学科，也是研究“极度微观领域物质”的物理学分支，它带来了许许多多令人震惊不已的结论——科学家们发现，电子的行为同时带有波和粒子的双重特征（波粒二象性），但仅仅是加入了人类的观察活动，就足以立刻改变它们的特性；此外还有相隔千里的粒子可以瞬间联系（量子纠缠）：不确定的光子可以同时去向两个方向（海森堡测不准原理）；更别提那只理论假设的猫既死了又活着（薛定谔的猫）……

诸如以上，这些研究结果往往是颠覆性的，因为它们基本与人们习惯的逻辑思维相违背。以至于爱因斯坦不得不感叹道：“量子力学越是取得成功，它自身就越显得荒诞。”

到现在，与一个世纪之前人类刚刚涉足量子领域的时候相比，爱因斯坦的观点似乎得到了更为广泛的共鸣。量子力学越是在数理上不断得到完美评分，就越显得我们的本能直觉竟如此粗陋不堪。人们不得不承认，虽然它依然看起来奇异而陌生，但量子力学在过去的一百年里，已经为人类带来了太多革命性的发明创造。正像詹姆斯·卡卡廖斯在《量子力学的奇妙故事》一书的引言中所述：“量子力学在哪？你不正沉浸于其中吗。”陌生的量子，不陌生的晶体管

美国《探索》杂志在线版给出的真实世界中量子力学的一大应用，就是人们早已不陌生的晶体管。

1945年的秋天，美国军方成功制造出世界上第一台真空管计算机ENIAC。据当时的记载，这台庞然大物总重量超过30吨，占地面积接近一个小型住宅，总花费高达100

万美元。如此巨额的投入，注定了真空管这种能源和空间消耗大户，在计算机的发展史中只能是一个过客。因为彼时，贝尔实验室的科学家们已在加紧研制足以替代真空管的新

发明——晶体管。

晶体管的优势在于它能够同时扮演电子信号放大

器和转换器的角色。这几乎是所有现代电子设备最基本的功能需求。但晶体管的出现，首先必须要感谢的就是量子力学。

正是在量子力学基础研究领域获得的突破，斯坦福大学的研究者尤金·瓦格纳及其学生弗里德里希·塞茨得以

在1930年发现半导体的性质——同时作为导体和绝缘体而存在。在晶体管上加电压能实现门的功能，控制管中电流的导通或者截止，利用这个原理便能实现信息编码，以至于编写一种1和0的语言来操作它们。此后的10年中，贝尔实验室的科学家制作和改良了世界首枚晶体管。1954年，美国军方成功制造出世界首台晶体管计算机TRIDAC。与之前动辄楼房般臃肿的不靠谱的真空管计算机前辈们相比，TRIDAC只有3立方英尺大，功率不过100瓦。今天，英特尔和AMD的尖端芯片上，已经能够摆放数十亿个微处理器。而这一切都必须归功于量子力学。量子干涉“搞定”能量回收

无论怎样心怀尊敬，对于我们来说，都不太容易能把量子力学代表的理论和它带来的成果联系在一起，因为他们听起来就是完全不相干的两件事。而“能量回收”就是个例子。

每次驾车出行，人们都会不可避免地做一件负面的事情——浪费能量。因为在发动机点燃燃料以产生推动车身前进的驱动力同时，相当一部分能量以热量的形式散失，或者直白地说，浪费在空气当中。对于这种情况，美国亚利桑那大学的研究人员试图借助量子力学中的量子干涉原理来

解决这一问题。

量子干涉描述了同一个量子系统若干个不同态叠

加成一个纯态的情况，这听起来让人完全不知所谓，但研究人员利用它研制了一种分子温差电材料，能够有效地将热量转化为电能。更重要的是，这种材料的厚度仅仅只有百万分之一英尺，在其发挥功效时，不需要再额外安装其他外部运动部件，也不会产生任何污染。研究团队表示，如果用这种材料将汽车的排气系统包裹起来的话，车辆因此将获得足以点亮200只100瓦灯泡的电能——尽管理论让人茫然，但这数字可是清晰可见的。该团队因此对新型材料的前途充满信心，确定在其他存在热量损失的领域，该材料同样能够发挥作用，将热能转变为电能，比如光伏太阳能板。而我们只需知道，这都是量子干涉“搞定”的。不确定的量子，极其确定的时钟

作为普通人，一般是不会介意自己的手表快了半分钟，还是慢了十几秒。但是，如果是像美国海军气象天文台那样为一个国家的时间负责，那么这半分半秒的误差都是不被允许的。好在这些重要的组织单位都能够依靠原子钟来保持时间的精准无误。这些原子钟比之前所有存在过的钟表都要精确。其中最强悍的是一台铯原子钟，能够在2000万年之后，依然保持误差不超过1秒。

看到这种精确的能让人紊乱的钟表后，你也许会疑惑难道真的有什么人或者什么场合会用到它们？答案是肯

定的，确实有人需要。比如航天工程师在计算宇宙飞船的飞

行轨迹时，必须清楚地了解目的地的位置。不管是恒星还是小行星，它们都时刻处在运动当中。同时距离也是必须考虑的因素。一旦将来我们飞出了所在星系的范围，留给误差的边际范围将会越来越小。

那么，量子力学又与这些有什么关系呢？对于这些极度精准的原子钟来说，导致误差产生的最大敌人，是量子噪声。它们能够消减原子钟测量原子振动的能力。现在，来自德国大学的两位研究人员已经开发出，通过调整铯原子的能量层级来抑制量子噪声程度的方法。它们目前正在试图将这一方法应用到所有原子钟上去。毕竟科技越发达，对准时的要求就越高。量子密码之战无不胜

斯巴达人一向以战斗中的勇敢与凶猛闻名于世，但是人们并不能因此而轻视他们在谋略方面的才干。为了防止敌人事先得知自己的军事行动，斯巴达人使用一种被称作密码棒的东西来为机密信息加密和解密。他们先将一张羊皮纸裹在一根柱状物上，然后在上面书写信息，最后再将羊皮纸取下。借助这种方式，斯巴达的军官能够发出一条敌人看起来语无伦次的命令。而己方人员只需再次将羊皮纸裹在同等尺寸的柱状物上，就能够阅读真正的命令。

斯巴达人朴素的技巧，仅仅是密码学漫长历史的开端。如今，依靠微观物质一些奇异特性的量子密码学，已经公开宣称自己无解。它是一种利用量子纠缠效应、基于单光

子偏振态的全新信息传输方式。其安全之处在于，每当有人闯入传输网络，光子束就会出现紊乱，每个结点的探测器就会指出错误等级的增加，从而发出受袭警报；发送与接收双方也会随机选取键值的子集进行比较，全部匹配才认为没有人窃听。换句话说，黑客无法闯入一个量子系统同时不留下干扰痕迹，因为仅仅尝试解码这一举动，就会导致量子密码系统改变自己的状态。相应的，即便有黑客成功拦截获得了一组密码信息的解码钥匙，那他在完成这一举动的同一时刻，也导致了密钥的变化。因而当合法的信息接收者检查钥匙时，就会轻易发现端倪，进而更换新的密钥。

量子密码的出现一直被视为“绝对安全”的回归，不过，天下没有不透风的墙。拥有1000多年前那部维京时代海盗史的挪威人，已经打破了量子密码无解的神话。借助误导读取密码信息的设备，他们在不尝试解码的条件下，就获得了信息。但他们承认，这只是利用了现存技术上的一个漏洞，在量子密码术完善后即可趋避。随机数发生器：上帝的“量子骰子”

所谓的随机数发生器，并不是老派肥皂剧中那些奇幻神秘的玩意。它们借助量子力学，能够召唤出真正的随机数。不过，科学家们为什么要不辞劳苦地深入量子世界来寻找随机数，而不是简单轻松地抛下硬币、掷个骰子？答案在于：真正的随机性只存在于量子层级。实际上只要科学家们

收集到关于掷骰子的足够信息，那么他们便能够提前对结果做出预测。这对于轮盘赌博、彩票甚至计算机得出的开奖结果等等，统统有效。

然而，在量子世界，所有的一切都是绝对无法预测的。马克斯·普朗克大学光学物理研究所的研究人员正是借助这一不可预知性，制作出了“量子骰子”。他们先是通过在真空中制造波动来产生出量子噪声，然后测量噪声所产生的随机层级，借此获得可以用于信息加密、天气预演等工作的真正随机数字。值得一提的是，这种骰子被安装在固态芯片上，能够胜任多种不同的使用需求。我们与激光险些失之交臂

与量子力学的经历相似，激光在早期曾经也被认为是“理论上的巨人，实际应用上的侏儒”。但今天，无论是家用CD播放器，还是“导弹防御系统”，激光已经在当代人类的社会生活中，占据了核心地位。不过，如果不是量子力学，我们与激光的故事，很可能是以“擦身而过”而收场。

激光器的原理，是先冲击围绕原子旋转的电子，令其在重回低能量级别时迸发出光子。这些光子随后又会引发周围的原子发生同样的变化，即发射出光子。最终，在激光器的引导下，这些光子形成稳定的集中束流，即我们所看到的激光。当然，人们能够知晓这些，离不开理论物理学家马克斯·普朗克及其发现的量子力学原理。普朗克指出，原子

的能量级别不是连续的，而是分散、不连贯的。当原子发射出能量时，是以在离散值上被称作量子的最小基本单位进行的。激光器工作的原理，实际上就是激发一个特定量子散发能量。专门挑战极端的超精密温度计

如果用普通的医用温度计，去测量比绝对零度低百分之一的温度，这支温度计的下场可想而知。那么如何去对付这样的极端温度呢？耶鲁大学的研究人员发明了一支可以对付这些情况的神奇温度计。它不仅能在极端环境中保持坚挺，更能够提供无比精确的数值。

为制作这种温度计，研究团队必须重新梳理温度计的设计思路。比如获得精确数值的方式。幸运的是，在追寻精确的过程中，科学家们借助量子隧道得到了自己想要的答案。就像钻入山体内部而不是在其表面爬上爬下，粒子在穿越势垒的过程中，产生出了量子噪声。使用研究团队的量子温度计去测量这些噪声，便能够精确地得出实验物体的温度。

虽然这种温度计对于普通人的日常生活并没有太大的意义，但是在科学实验室，尤其是那些需要极低温度环境的材料实验室它就可以大展身手了。现在，研究者们还在努力通过各种手段提高该温度计的精确性，并期望随着它应用范围的拓展，更极端的科研环境都可以从中受益。人人都爱量子计算机

在1965年发表的一篇论文中，英特尔公司的联合创始人戈登·摩尔对计算机技术的未来发展，做了一些粗陋但却意义深远的预测。其中最重要的一条便是日后著名的摩尔定律：每平方英尺集成电路上晶体管的数量，每18个月便会翻两倍。这一定律对计算机技术的发展产生了深远影响，但是现在，摩尔定律似乎走到了尽头，因为到2020年，硅芯片将会达到自身的物理极限，而随着晶体管体积的不断缩小，它们将开始遵循量子世界的各种规律。

和量子世界的规律“抱有敌意”相比，顺应量子时代或许才是人们最好的选择。今天，那些从事量子计算机研究的科学家做的正是这件事情。相比传统计算机，量子计算机具有无可比拟的巨大优势：并行处理。借助并行处理的能力，量子计算机能够同时处理多重任务，而不是像传统计算机那样还要分出轻重缓急。量子计算机的这一特性，注定它在未来将以指数级的速度超越传统计算机。

不过，在量子计算成为现实之前，科学家们还需要克服一些艰难挑战。比如，量子计算机使用的是比传统比特存储能力高出许多的量子比特，但是不幸的是，量子比特非常难以创造出来，因为这需要多种粒子共同组成网络。直到现在，科学家只能够一次性将12种粒子缠连起来。而量子计算机若要实现商业化应用，至少需要将这个数字增加数十倍甚至上百倍。想知道什么是真正的瞬时通信吗

量子力学在过去的岁月里为人们带来的成就弥足

珍贵，但科学家们有理由相信，其在未来会奉献的更多。

现在，当你在手机、短信、邮件以及MSN、飞信等等诸如此类的通信工具之间徜徉时，可能以为自己已经被所谓的“瞬时通信”覆盖。实际上，你发出的声音、文字、图像都需要一点时间才能达到目的地，或长或短而已。现在的人们日常所能用到的通信方式，所需时间都极其短，但在很远的未来，人和人之间的交流不会只限于大洲与大洲之间，而可能需要横跨星系，这就使通信时间大大的增加——譬如说，在今年8月6日，“好奇”号火星车登陆火星，传回的信号到达地球就有十几分钟的延迟。但这还只是在太阳系中地球和火星的距离，如果将距离延伸的更远，那么科学家们认为，只有量子力学才有能力真正实现“即时”的通信，无论距离多远。

使瞬时通信成为现实的关键，在于被称为量子纠缠的量子力学现象——爱因斯坦称其为“幽灵般的远距作用”，指处于纠缠态的两个粒子即使距离遥远，也保持着特别的关联性，对一个粒子的操作会影响到另一个粒子。简单来说就是，当其中一个粒子被测量或者观测到，另一个粒子也随之在瞬间发生相应的状态改变。这种仿佛“心电感应”般的一致行动，已超出了经典物理学规则的解释范畴，因此才被爱因斯坦视作鬼魅。但利用量子纠缠，我们可以操纵其中一个

粒子引起对应粒子的即时、相应变化，从而完成收发“宇宙邮件”的动作。

不过，这一应用还面临着最大的问题：一些物理学家坚持认为纠缠的粒子实际上并不能传送信息。如果是这样的情况，那我们的名单中的下一个项目，则永远不会成为现实。远距传输从科幻到现实

科幻片，尤其是太空题材的，最爱远距传输：偌大的一个人，在一个地方神秘消失，不需要任何载体的携带，又在另一个地方瞬间出现。

远距离传输就是量子态隐形传输，是在无比奇特的量子世界里，量子呈现的“纠缠”运动状态。该状态的光子如同有“心电感应”，能使需要传输的量子态“超时空穿越”，在一个地方神秘消失，不需要任何载体的携带，又在另一个地方瞬间出现。在“超时空穿越”中它传输的不再是经典信息，而是量子态携带的量子信息，这些量子信息是未来量子通信网络的组成要素。

此前，IBM团队的6名工程师证明，远距传输完全可以实现，至少从理论上来讲是这样。但必须注意的是，“原对象”在此过程中将消失——因为远距传输可不是“传真机”，你原来那份“文件”是会被它销毁的。其貌似“复制”原物体的过程，实际也是对原物体的一种改变。

2009年，美国马里兰州立大学联合量子研究所的科

学家进行的“量子信息处理”的实验中，成功地实现了从一个原子到1米外的一个容器里的另一个原子的量子隐形传输。尽管在实验中是一个原子转变成另一个原子，由第二个原子扮演起第一个原子的角色，与“原物传送”的概念不同，但原子对原子的传输，却对于研制超密超快的量子计算机和量子通信具有重大意义。

没错，远距传输并不仅在传输物体这一目标上才有价值，在达到这一目的之前，通往“圣域”的各项研究也被证明在其他多重领域大有作为。而所有的量子力学研究，甚至人类所有的科学活动，亦同此理。

量子力学发展简史

量子力学发展简史 摘要： 相对论是在普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入能量子概念的基础上发展起来的，爱因斯坦提出光量子假说、运用能量子概念使量子理论得到进一步发展。玻尔、德布罗意、薛定谔、玻恩、狄拉克等人为解决量子理论遇到的困难，进行了开创性的工作，先后提出电子自旋概念，创立矩阵力学、波动力学，诠释波函数进行物理以及提出测不准原理和互补原理。终于在1925 年到1928年形成了完整的量子力学理论，与爱因斯坦的相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。 关键词：量子力学，量子理论，矩阵力学，波动力学，测不准原理 量子力学是研究微观粒子（如电子、原子、分子等）的运动规律的物理学分 支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础，是现代物理学的两大基本支柱。经典力学奠定了现代物理学的基础，但对于高速运动的物体和微观条件下的物体，牛顿定律不再适用，相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。量子力学认为在亚原子条件下，粒子的运动速度和位置不可能同时得到精确的测量，微观粒子的动量、电荷、能量、粒子数等特性都是分立不连续的，量子力学定律不能描述粒子运动的轨道细节，只能给出相对机率，为此爱因斯坦和玻尔产生激烈争论，并直至去世时仍不承认量子力学理论的哥本哈根诠释。 量子力学是一个物理学的理论框架，是对经典物理学在微观领域的一次革命。 它有很多基本特征，如不确定性、量子涨落、波粒二象性等，在原子和亚原子的微观尺度上将变的极为显著。爱因斯坦、海森堡、玻尔、薛定谔、狄拉克等人对其理论发展做出了重要贡献。原子核和固体的性质以及其他微观现象，目前已基本上能从以量子力学为基础的现代理论中得到说明。现在量子力学不仅是物理学中的基础理论之一，而且在化学和许多近代技术中也得到了广泛的应用。上世纪末和本世纪初，物理学的研究领域从宏观世界逐渐深入到微观世界；许多新的实验结果用经典理论已不能得到解释。大量的实验事实和量子论的发展，表明微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性（参见波粒二象性），微观粒子的运动不能用通常的宏观物体运动规律来描写。德布罗意、薛定谔、海森堡，玻尔和狄拉克等人逐步建立和发展了量子力学的基本理论。应用这理论去解决原子和分子范围内的问题时，得到与实验符合的结果。因此量子力学的建立大大促进了原子物理。固体物理和原子核物理等学科的发展，它还标志着人们对客观规律的认识从宏观世界深入到了微观世界。量子力学是用波函数描写微观粒子的运动状态，以薛定谔方程确定波函数的变化规律，并用算符或矩阵方法对各物理量进行计算。因此量子力学在早期也称为波动力学或矩阵力学。量子力学的规律用于宏观物体或质量和能量相当大的粒子时，也能得出经典力学的结论。在解决原子核和基本粒子的某些问题时，量子力学必须与狭义相对论结合起来（相对论量子力学），并由此逐步建立了现代的量子场论。

第18章 量子力学简介

第十八章量子力学简介 1905年，爱因斯坦提出光量子假说，提出光具有波粒二象性。应用光量子与物质相互作用时遵守能量守恒原理，得到光电效应方程，完满解释了光电效应。1913年，玻尔在角动量量子化假设，定态假设和跃迁假设基础上建立了氢原子理论，完满解释了氢原子光谱规律。从1900年普朗克提出量子假说，到玻尔理论以及后来对它的修正，一般认为是旧量子论。旧量子论理论结构上的特点是量子化条件加经典理论，其理论结构本身的不协调使它具有各种缺陷。也正因为如此，旧量子论能解决的问题很有限，当时已发现的很多问题不能给出满意的解释。 1924年法国科学家德布罗意在著名论文《量子理论的研究》中提出物质波假设，把爱因斯坦提出的光的波粒二象性观念扩展到运动粒子，提出实物粒子具有波粒二象性，为量子力学的建立奠定了基础。1924年，海森伯创立了矩阵力学；1926年薛定谔创立了波动力学，薛定谔证明了矩阵力学和波动力学两种量子理论是等价的。1933年，狄拉克提出了量子力学的第三种表达方式：“路径积分量子化形式”。 §18-1德布罗意假设不确定关系 一、德布罗意假设 根据所学过的内容，我们可以说，光的干涉和衍射等现象为光的波动性提出了有力的证据，而新的实验事实——黑体辐射、光电效应和康普顿效应则为光的粒子性（即量子性）提供了有力的论据。在1923年到1924年，光的波粒二象性作为一个普遍的概念，已为人们所理解和接受。法国物理学家路易·德布罗意认为，如同过去对光的认识比较片面一样，对实物粒子的认识或许也是片面的，二象性并不只是光才具有的，实物粒子也具有二象性。德布罗意说道：“整个世纪以来，在光学上，比起波动的研究方面来，是过于忽视了粒子的研究方面；在物质粒子理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把关于粒子的图象想的太多，而过分地忽视了波的图象？”德布罗意把光中对波和粒子的描述，应用到实物粒子上，作了如下假设： 每一运动着的事物粒子都有一波与之相联系，粒子的动量与此波波长关系如同光子 情况一样，即 h p λ =（18-1） h h p mv λ==（18-2）

探究量子力学在生活中的应用

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/897471005.html, 探究量子力学在生活中的应用 作者：李晓雨 来源：《中文信息》2017年第10期 摘要：量子力学是现代物理学的重要的学科分支，它主要用于描述微观事物，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。在许多现代技术装备中，量子效应起了重要的作用。本文将围绕量子力学的应用来进行详细阐述。 关键词：量子力学量子效应实际应用 中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）10-0-01 前言 量子力学是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。[1] 在许多现代技术装备中，量子物理学的效应起了重要的作用。从激光、电子显微镜、原子钟到核磁共振的医学图像显示装置，都极大地依靠了量子力学的原理和效应。对半导体的研究导致了二极管和三极管的发明，最后为现代的电子工业铺平了道路。在核武器的发明过程中，量子力学的概念也起了关键的作用。 一、量子力学在晶体管中的应用 在日常生活中，人们所使用的大多数电子产品都会包含有二极管、三极管等半导体构成的电子元器件，而这些半导体的器件所使用到的原理都是基于量子力学。 1.二极管的应用 二极管是一种由半导体材料构成的电子元器件，它的特性是单向导通，也就是电流只可以从二极管的一个方向流过。具体来讲就是当电流正向流过二极管时，它相当于导线，电阻无限趋近于0；而当电流反向时，电路相当于断路，其电阻无限大。由于它的这种特性，人们经常将它用作开关，通过电流方向来控制电路的通断。举个最为常见的例子，发光二极管是一种特殊的二极管，被广泛应用于各种电子设备的指示灯、各种仪表的指示器以及照明。发光二极管具有的特点主要有：安全、高效率、环保、寿命长、响应快、体积小、结构牢固。因此，发光二极管是一种符合绿色照明要求的光源。

科学十大难题

宇宙是由什么构成的？ 近十年来，科学家已经发现构成恒星、行星甚至人体的基本物质只占整个宇宙中所有物质的百分之五。其它的则属于科学家们刚刚才了解到的暗物质和暗能量。 那么暗物质是由什么构成的，它存在于何处？而什么又是暗能量？研究者希望能找到答案。 意识的生物基础是什么？ 早在17世纪，法国哲学家兼数学家勒奈·笛卡尔就指出思想和身体是完全分离的。之后，其他哲学家对意识自然属性看发就一直存在争论。 今天的科学家则指出意识是来自大脑内部的神经细胞组织极其特性。并以此观点来对笛卡尔观点提出挑战。而分解这些特性和过程的实验性工作目前才刚刚开始。 格雷格·米勒在《科学》杂志的这期特刊上写道：“即便如果实验的结果不能为意识是如何从神经细胞的一片混乱中产生提供更深入的认识，它也能为此问题的下一轮提供参考。” 人类的寿命到底能延长到多长？ 如前，在对酵母、蠕虫以及老鼠进行寿命延长实验使一些科学家相信人类很快就能够很容易地超越目前100多岁的寿命记录。而另一些科学家则认为人类寿命有可能更为有限。珍妮弗·寇瑞恩在《科学》上所发表的一篇相关文章中指出，无论延长还是有限，人类寿命能够得到延长的可能性“可能会带来深远的社会效应”。 地球内部是如何活动的？ 革命性的大陆板块漂移学说——即认为地壳是有不同的板块构成的，板块的相互作用形成了目前的地表形态——所涉及的深度并不够深。里查德·A·克尔写道：“剩下的还有6300公里厚的岩石以及构造板快下面的铁元素，它们的搅动推动着我们这颗行星的热能发动机内部的工作。” 随科学家不断采用更先进的设备对地球内部进行探索，研究者已经发现地球地壳下面的这台发动机是如此吸引人且复杂。先进的地震成像技术、对矿物质的研究以及用电脑模拟的方法将有可能为研究地球内部轰鸣声提供线索。 我们在宇宙中是孤独的吗？

量子力学的发展综述

量子力学的发展综述 量子力学是对经典物理学在微观领域内的一次革命，是现代物理学的基础，它从根本上否定了牛顿物理学。本文带大家再次回到那个伟大的年代，再次简要回顾下那场史诗般壮丽的革命。 标签：量子力学发展量子多世界解释 量子理论的中心思想是一切东西都是由不可预言的量子构成，但这些粒子的统计行为遵循一种可以预言的波动图样。简简单单的一句话，深入研究起来确实那样令人困惑，整个20世纪的物理学家们就是在不断的量子的迷雾中摸索着。现在我们也要沿着他们的航线领略一下量子理论奇。 一、量子的创生 19世纪末，物理学界取得了一系列举世瞩目的成就，当人们为所谓的物理学大厦已经根深蒂而感到皆大欢喜时，几个悬而未决的谜题却一直困扰着高瞻远虑的物理学家们[1]。“在物理学阳光灿烂的天空中飘浮着两朵小乌云”这句话在几乎每一本关于物理学史的书籍中被反复提到，具体一些的话，指的是人们在迈克尔—莫雷实验和黑体辐射研究中的困境。这两朵乌云带来的狂风暴雨，远远超出了人们的想象：第一朵乌云，最终导致了相对论革命的爆发;第二朵乌云，最终导致了量子论革命的爆发。1900年，普朗克在解决黑体辐射问题时，做了一个假定，“必须假定，能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。”普通的一个假设，却推翻自牛顿以来200多年，曾被认为坚固不可摧毁的物理世界。这与有史以来的一切物理学家的观念截然相反，自牛顿和伽利略以来，一切自然的过程都被当成是连续不间断的，是微积分的根本基础，牛顿、麦克斯韦那庞大的体系，都是建立在这个基础之上，从没有人怀疑过这个物理学的根基。1900年12月14日，量子的诞辰，这一天，量子这个幽灵从普朗克的方程中脱胎而出。这个幽灵拥有彻底的革命性和无边的破坏力，物理学构成的精密体系被摧毁成断壁残垣，甚至推动量子论的某些科学家最终也站到了它的对立面。量子论这场前所未有的革命，从这个叫马克思·普朗克的男人这里开始了。 二、量子力学的建立和论战 量子这个概念已经诞生了，然而他的创造者普朗克却抛弃了它，不断地告诫人们，不到万不得已不要使用，不要胡思乱想。不怪普朗克本人畏首畏尾，实在是量子这个概念太过惊世骇俗，但是接下来一系列的成就证明了它的价值：1.为了解释光电效应，1905年爱因斯坦提出光量子论，揭示了光的波粒二象性;2.玻尔结合原子的核式结构模型和量子论，1913年提出了氢原子理论;3.德布罗意从光量子理论得到启发，于1923年提出物质波假说;4.海森堡抛弃了玻尔的轨道概念，建立了矩阵力学（1925年）[2]。海森堡建立矩阵力学标志着量子力学的建立，但是刚诞生的矩阵力学立刻受到了挑战：薛定谔于1926年把物质波的思想加以发展，建立了波动力学。矩阵力学？波动力学？全新的量子论建立不到一

物理与人类_量子力学应用举例汇总

1、氢原子的电子轨道的半径是多大？ (2.00 分)
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A．0.50? B．0.53? C．0.63? D．0.60?
2、光缆的原理是什么？ (2.00 分)
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A．光的衍射 B．光的折射 C．光的干涉 D．光的全反射
3、人类第一支激光器诞生是在哪一年： (2.00 分)
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A．1956 年 B．1960 年 C．1976 年 D．1990 年
4、海森堡测不准原理是指对于哪种粒子测不准？ (2.00 分)
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A．一群电子 B．原子 C．单个粒子 D．分子
正确答案： C 5、在激光诞生之前作为长度基准的单色性最好的是什么？ (2.00 分)
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A．氩灯 B．氪灯 C．氙灯

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D．氦灯
6、超导是指电子在运动的过程中什么保持不变？ (2.00 分)
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A．动量 B．方向 C．速率 D．振幅
正确答案： A 7、曾作为长度基准的单色性最好的氪灯（Kr86）的谱线宽度为： (2.00 分)
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A．6544 B．6328 C．6057 D．6133
8、人类历史上第一次触及到了宇宙的一个极限原理是什么？ (2.00 分)
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A．波粒二象性 B．光电效应 C．电磁感应 D．测不准原理
正确答案： D 9、Tc 超过多少，首次突破液氮温度 77 K： (2.00 分)
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A．23K B．50K C．90K D．100K
10、将超导温度几乎同时实现 90K 的实验室分别是哪几个国家的？ (2.00 分)
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A．中国，美国，英国

世界自然科学名著

世界自然科学名著综合 彭加勒《科学与假设》《科学与方法》 维纳《控制论》 李约瑟《中国科学技术史》 诺依曼《计算机和人脑》 贝塔朗菲《一般系统论：基础、发展、应用》 申农《通信的数学理论》 普利高津《结构、耗散和生命》 数学 欧几里得《几何原本》 阿基米德《论螺线》《论浮体》《论球和圆柱》 刘徽《九章算术注》 祖冲之《大明历》 笛卡尔《几何学》 费马《平面与立体轨迹引论》 莱布尼茨《一种求极大、极小值与切线的新方法》 欧拉《无穷分析引论》《分析力学》 拉格朗日《分析力学》《解析函数论》 高斯《算术研究》《关于曲面的一般研究》 黎曼《单复变函数的一般理论基础》《关于几何基础的假设》 康托尔《超穷数理论基础》 希尔伯特《几何基础》 华罗庚《统筹方法平话及补充》《优选法平话及其补充》 陈省身《陈省身文集》 陈景润《大偶数表为一个素数及一个不超过二个素数的乘积之和》 丘成桐《微分几何》 物理学 吉尔伯特《论磁》 惠更斯《摆动的时钟》《论光》 牛顿《自然哲学的数学原理》《光学》 法拉第《电学实验研究》 焦耳《论热功当量》《关于伏打电产生的热》 亥姆霍兹《论力的守恒》《声学》 开尔文《涉及空气弹性及其效果的新物理——力学实验》《论热的动力学理论》 麦克斯韦《电磁学通论》《论法拉第的力线》 伦琴《论一种新的射线》 赫兹《论电动力学理论》《论电动力学作用的传播速度》 普朗克《关于正常光谱中能量分布定律的理论》 卢瑟福《放射学》《新炼金术》 玻尔《论原子和分子的组成》 薛定谔《生命是什么？》《作为本征值问题的量子化》 德布罗意《量子理论的研究》 爱因斯坦《狭义相对论》《广义相对论的基础》

量子力学史简介

近代物理学史论文题目：量子力学发展脉络及代表人物简介 姓名： 学号： 学院： 2016年12月27

量子力学发展脉络 量子力学是研究微观粒子运动的基本理论，它和相对论构成近代物理学的两大支柱。可以毫不犹豫的说没有量子力学和相对论的提出就没有人类的现代物质文明。而在原子尺度上的基本物理问题只有在量子力学的基础上才能有合理地解释。可以说没有哪一门现代物理分支能离开量子力学比如固体物理、原子核粒子物理、量子化学低温物理等。尽管量子力学在当前有着相当广阔的应用前景，甚至对当前科技的进步起着决定性的作用，但是量子力学的建立过程及在其建立过程中起重要作用的人物除了业内人对于普通得人却鲜为人知。本文主要简单介绍下量子力学建立的两条路径及其之间的关系及后续的发展，与此同时还简单介绍了在量子力学建立过程中起到关键作用的人物及其贡献。 通过本文的简单介绍使普通人对量子力学有个简单认识同时缅怀哪些对量子力学建立其关键作用的科学家。 旧量子理论 量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的旧量子论包括普朗克量子假说、爱因斯坦光电效应光电子假说和波尔的原子理论。 在19世纪末，物理学家存在一种乐观情绪，他们认为当时建立的力学体系、统计物理、电动力学已经相当完善，而剩下的部分不过是提高重要物理学常数的观测精度。然而在物理的不断发展中有些科学家却发现其中存在的一些难以解释的问题，比如涉及电动力学的以太以及观测到的物体比热总小于能均分给出的值。对黑体辐射研究的过程中，维恩由热力学普遍规律及经验参数给出维恩公式，但随后的研究表明维恩公式只在短波波段和实验符合的很好，而在长波波段和实验有很大的出入。随后瑞利和金森根据经典电动力学给出瑞利金森公式，而该公式只在长波波段和实验符合的很好，而在短波波段会导致紫外光灾。普朗克在解决黑体辐射问题时提出了一个全新的公式普朗克公式，普朗克公式和实验数据符合的很好并且数学形式也非常简单，在此基础上他深入探索这背后的物理本质。他发现如果做出以下假设就可以很好的从理论上推导出他和黑体辐射公式：对于一定频率f的电磁辐射，物体只能以hf为单位吸收

世界自然科学十大发现

世界自然科学十大发现 牛顿运动定律 牛顿运动定律是由伊萨克·牛顿发明的牛顿第一运动定律即惯性定律、牛顿第二运动定律和牛顿第三运动定律三大经典力学基本运动定律的总称。该定律指出物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。 微生物 微生物由荷兰的透镜制造商列文·虎克17世纪末发现，约两个世纪后，法国科学家巴斯德提出了疾病的微生物理论，这一理论又使医生攻克了多种疾病：伤寒、小儿麻痹症及白喉等。 盘尼西林(青霉素) 青霉素（Benzylpenicillin / Penicillin）又被称为青霉素G、peillin G、盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、苄青霉素钾。青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。 细菌理论 广义的细菌即为原核生物是指一大类细胞核无核膜包裹，只存在称作拟核区的裸露DNA的原始单细胞生物，包括真细菌和古生菌两大类群。狭义的细菌为原核微生物的一类，是一类形状细短，结构简单，多以二分裂方式进行繁殖的原核生物，是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体，是大自然物质循环的主要参与者。 遗传法则 描述从一个基因到相应蛋白质的信息流的途径。遗传信息贮存在DNA中，DNA被复制传给子代细胞，信息被拷贝或由DNA转录成RNA，然后RNA翻译成多肽。不过，由于逆转录酶的反应，也可以以RNA为模板合成DNA。 地动说(日心说) 日心说，也称为地动说，是关于天体运动的和地心说相立的学说，它认为太阳是银河系的中心，而不是地球。哥白尼提出的日心说，推翻了长期以来居于宗教统治地位的地心说，实现了天文学的根本变革。

量子力学的发展史及其哲学思想

十九世纪末期,物理学理论在当时看来已发展到相当完善的阶段.那时,一般的物理现象都可以从相应的理论中得到说明:物体的机械运动比光速小的多时,准确地遵循牛顿力学的规律;电磁现象的规律被总结为麦克斯韦方程;光的现象有光的波动理论,最后也归结为麦克斯韦方程;热的现象理论有完整的热力学以及玻耳兹曼,吉不斯等人建立的统计物理学.在这种情况下,当时有许多人认为物理现象的基本规律已完全被揭露,剩下的工作只是把这些基本规律应用到各种具体问题上,进行一些计算而已。 这种把当时物理学的理论认作”最终理论”的看法显然是错误的,因为:在绝对的总的宇宙发展过程中,各个具体过程的发展都是相对的,因而在”绝对真理的长河中,人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识具有相对的真理性.”生产力的巨大发展,对科学试验不断提出新的要求，促使科学试验从一个发展阶段进入到另一个新的发展阶段。就在物理学的经典理论取得上述重大成就的同时，人们发现了一些新的物理现象，例如黑体辐射，光电效应，原子的光谱线系以及固体在低温下的比热等，都是经典物理理论所无法解释的。这些现象揭露了经典物理学的局限性，突出了经典物理学与微观世界规律性的矛盾，从而为发现微观世界的规律打下基础。黑体辐射和光电效应等现象使人们发现了光的波粒二象性；玻尔为解释原子的光谱线系而提出了原子结构的量子论，由于这个理论只是在经典理论的基础上加进一些新的假设，因而未能反映微观世界的本质。因此更突出了认识微观粒子运动规律的迫切性。直到本世纪二十年代，人们在光的波粒二象性的启示下，开始认识到微观粒子的波粒二象性，才开辟了建立量子力学的途径。 量子力学诞生和发展的过程，是充满着矛盾和斗争的过程。一方面，新现象的发现暴露了微观过程内部的矛盾，推动人们突破经典物理理论的限制，提出新的思想，新的理论；另一方面，不少的人（其中也包括一些对突破经典物理学的限制有过贡献的人），他们的思想不能（或不完全能）随变化了的客观情况而前进，不愿承认经典物理理论的局限性，总是千方百计地企图把新发现的现象以及为说明这些现象而提出的新思想，新理论纳入经典物理理论的框架之内。虽然本书中不能详细叙述这个过程。尽管这些新现象在十九世纪末就陆续被发现，而量

量子力学讲义

量子力学的通俗讲座 一、粒子和波动 我们对粒子和波动的概念来自直接的经验。和粒子有关的经验对象：小到石子大到天上的星星等；和波动有关的经验对象：最常见的例子是水波，还有拨动的琴弦等。但这些还不是物理中所说的模型，物理中所谓粒子和波动是理想化的模型，是我们头脑中抽象的对象。 1.1 粒子的图像 在经典物理中，粒子的概念可进一步抽象为：大小可忽略不计的具有质量的对象，即所谓质点。质量在这里是新概念，我们可将其定义为包含物质量的多少，一个西瓜，比西瓜仔的质量大，因为西瓜里包含的物质的量更大。 为叙述的简介，我们现在可把粒子等同于质点。要描述一个质点的运动状态，我们需要知道其位置和质量（x,m ），这是一个抽象的数学表达。 但我们漏掉了时间，时间也是一个直观的概念，这里我们可把时间描述为一个时钟，我们会发现当指针指到不同位置时，质点的位置可能不同，于是指针的位置就定 义了时刻t 。有了时刻 t ，我们对质点的描述就变成了（x,t,m ），由此可定义速度v ，现在我们对质点运动状态的描述是（x,v,t,m ）。 在日常经验中我们还有相互作用或所谓力的概念，我们在地球上拎起不同质量物体时肌肉的紧张程度是不同的，或者说弹簧秤拎起不同质量物体时弹簧的拉伸程度是不同的。 以上我们对质量、时间、力等的定义都是直观的，是可以操作的。按照以上思路进行研究，最终诞生了牛顿的经典力学。这里我们可简单地用两个公式：F=ma （牛顿第二定律） 和 2 GMm F x （万有引力公式） 来代表牛顿力学。前者是质点的运动方程，用数学的语言说是一个关于位置x 的二阶微分方程，所以只需要知道初始时刻t=0时的位置x 和速度v 即可求出以后任意时刻t 质点所处的位置，即x(t)，我们称之为轨迹。 需要强调的是一旦我们知道t=0时x 和v 的精确值（没任何误差），x(t)的取值也是精确的，即我们得到是对质点未来演化的精确预测，并且这个求 解对t<0也精确成立，这意味着我们还可精确地反演质点的历史。这些结论都是由数学理论严格保证的，即轨迹是一根理想的线。 经典的多粒子系统

量子力学基础及应用

第X章量子力学基础及应用 X.1 量子力学的起源 电子、原子、分子和光子等微观粒子，具有波粒二象性的运动特征，它们表现的行为，在一些场合显示粒性，在另一些场合又显示波性。人们对这种波粒二象性的认识是和20世纪物理学的发展密切联系的，是20世纪初期20多年自然科学发展的集中体现。1900年以前，物理学的发展处于经典物理学阶段，它由Newton（牛顿）的力学，Maxwell（麦克斯韦）的电磁场理论，Gibbs（吉布斯）的热力学和Boltzmann（玻耳兹曼）的统计物理学等组成这些理论构成一个相当完善的体系，当时常见的物理现象都可以由此得到说明。但是事物总是不断向前发展的，人们的认识也是不断发展的。在经典物理学取得上述成就的同时，通过实验又发现了一些新现象，它们是经典物理学理论无法解释的下面简要讨论黑体辐射、光电效应、电子波性等几个经典物理学无法解释的现象，以说明微观粒子的运动特征。 1. 黑体辐射 黑体是一种能全部吸收照射到它上面的各种波长辐射的物体。带有一个微孔的空心金属球，非常接近于黑休，进入金属球小孔的辐射，经过多次吸收、反射，使射入的辐射实际上全部被吸收。当空腔受热时，空腔壁会发出辐射，极小部外通过小孔逸出，黑体是理想的吸收体，也是理想的发射体，若把几种物体加热到同一温度，黑体放出的能量最多。用棱镜把黑体发射的各种频率的辐射分开，就能在指定狭窄的频率范围内测量黑体辐射的能量。若以E v表示黑体在单位时间、单位表面积上辐射的能量。则E v d v表示频率在v~v+d v范围内、单位时间、单位表面积上辐射的能量。以E v对v作图，得能量分布曲线。图1.1.1示出不同温度下实验观测到的黑体的能量分布曲线。

最新神灵世界的自然科学--自然辩证法

神灵世界中的自然科学 “宗教是人民的鸦片。” ——马克思 对上帝的信仰既不属于知识，也不属于道德，而是属于情感。也就是说，上帝只是我们心理上的情感安慰。人在情感方面都有软弱的时候，这时他需要一种依托。 ——施莱尔马赫 神学＝信仰和敬畏。 哲学＝理性和思辨。 科学＝推理和论证。 哲人对宗教和信仰的观点道出了困扰人类多年的矛盾，科学与宗教，主观体验与理性思辨。在恩格斯的著作一开头,就写道:“当我们要寻找极端的幻想、盲从和迷信时,如果不到那种象德国自然哲学一样竭力把客观世界嵌入自己主观思维的框子里的自然科学派册中寻找,而到那种单凭经验、非常蔑视思维、实际上走到了极端缺乏思想的地步的相反的派别中去寻找,那么我们就大致不会犯什么错误。 现代化产生了人与自然、精神与物质、传统与现代的二元对立，容易滋生荒谬感、虚无感和孤独感。科学家滑入神灵的世界，正是因为他们强烈的求知欲，旺盛的探索精神，当他们所探索的真相因为手段，技术和理论支持的滞后无法进行下去，他们必然要逼迫自己寻找一个突破口，一个让他们维护科学家的自尊并可以说服自己的解释，这就是神学。英国大百科全书关于灵学的条目中写道:“欺诈问题侵袭着这个领域。在心灵研究的历史上夹杂着一些可耻的人和事。例如有借此谋取钱财的,有关心死后生存的。在美国和英国就发生过这样的情况。” 在恩格斯的这篇大作中，重点的批判对象是当时三位走入歧途的科学家：阿尔弗勒德·华莱士、威廉·克鲁克斯、策耳纳。恩格斯指出这些人为了研究降神现象,带来了许多物理仪器,但是没有带来“主要的仪器,即怀疑地批判的头脑”,因而没有使自己的头脑“始终保持工作能力”。 （1）第一个重点批评对象华莱士是“和达尔文同时提出物种通过自然选择发生变异的理论”的功勋卓著的动物学家兼植物学家。 这位伟大的科学家华莱士（1823-1913），1875年他出版《论奇迹和现代唯灵论》，热心催眠术、灵学。他同意生物进化的现象，但认为人类的智慧是藉着超自然的力量才得以进化的。认为我们的肉体是经过自然选择而定型的，但心智的开发却有赖于某种超自然力量的作用。关于人类特质的进化论，只有在看不到的心灵世界才能找到解释。华莱士始终相信这个世界是为了人类而创造的，所有植物和动物的进化都是由一个超自然的智慧所设计好的。 现在看来，对于一个科学家而言，华莱士相信降神术明显是走入了歧途，而对于他相信催眠颅相学也是走入了歧途则需要加以说明，因为后者往往更容易披上科学的外衣。催眠颅相学是当时催眠学说和颅相学拼凑而成的江湖骗术。当时的催眠的学说是动物磁力说，由奥地利医生麦斯默尔（1734—1815）提出，即认为人的身体内有一种神秘的“动物磁力”，可

量子力学的发展进程

量子力学的发展进程 黑体2014 摘要：简述了量子力学的发展进程。量子力学是近代物理学的重要组成部分,是研究微观粒子(分子、原子、原子核、基本粒子等)运动规律的一种基础理论。它是本世纪二十年代在总结大量实验事实和旧量子论的基础上建立起来的。它的发展曾经引起物理思想上的巨大变革,它产生的影响,绝不局限于物理学和化学这两门学科,而且还涉及人类认识本身的种种基本问题。因此对它的发展进程进行研究有着特别的重要意义。笔者想在这篇文章中对量子力学的发展进程作一简要的回顾,并就自己在学习周世勋《量子力学教程》这门课程中一些疑惑和感想做一说明。 关键词：量子力学；进程；学习心得

The development process of quantum mechanics Abstract:Briefly describes the development process of quantum mechanics. It is an important part of modern physics, quantum mechanics is the study of microscopic particles (molecules, atoms, nuclei, elementary particles, etc.) a basic theory of the motion law. It is in the 20 s of this century in summing up a lot of experimental facts and the old quantum theory established on the basis of it. Its development has caused physical and ideological change, the impact of it, not limited to the physics and chemistry, the two subjects, but also the basic problem of human cognition itself. So the study of its development process has a special significance. In this article the development process of quantum mechanics makes a brief review of, and in their learning Zhou Shixun in the course of the quantum mechanics course some doubts and thoughts. Key words:Quantum mechanics; Process; The learning

《量子力学》课程教学大纲

《量子力学》课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：量子力学 所属专业：物理学专业 课程性质：专业基础课 学分：4 （二）课程简介、目标与任务； 课程简介： 量子理论是20世纪物理学取得的两个（相对论和量子理论）最伟大的进展之一，以研究微观物质运动规律为基本出发点建立的量子理论开辟了人 类认识客观世界运动规律的新途径，开创了物理学的新时代。 本课程着重介绍《量子力学》（非相对论）的基本概念、基本原理和基本方法。课程分为两大部分：第一部分主要是讲述量子力学的基本原理（公 设）及表述形式。在此基础上，逐步深入地让学生认识表述原理的数学结构， 如薛定谔波动力学、海森堡矩阵力学以及抽象表述的希尔伯特空间的代数结 构。本部分的主要内容包括：量子状态的描述、力学量的算符、量子力学中 的测量、运动方程和守恒律、量子力学的表述形式、多粒子体系的全同性原 理。第二部分主要是讲述量子力学的基本方法及其应用。在分析清楚各类基 本应用问题的物理内容基础上，掌握量子力学对一些基本问题的处理方法。 本篇主要内容包括：一维定态问题、氢原子问题、微扰方法对外场中的定态 问题和量子跃迁的处理以及弹性散射问题。 课程目标与任务： 1. 掌握微观粒子运动规律、量子力学的基本假设、基本原理和基本方 法。 2．掌握量子力学的基本近似方法及其对相关物理问题的处理。 3．了解量子力学所揭示的互补性认识论及其对人类认识论的贡献。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 本课程需要学生先修《电磁学》、《光学》、《原子物理》、《数学物理方法》和《线性代数》等课程。《电磁学》和《光学》中的麦克斯韦理论最终统一 了光学和电磁学；揭示了任意温度物体都向外辐射电磁波的机制，它是19 世纪末人们研究黑体辐射的基本出发点，对理解本课程中的黑体辐射实验及 紫外灾难由于一定的帮助。《原子物理》中所学习的关于原子结构的经典与 半经典理论及其解释相关实验的困难是导致量子力学发展的主要动机之一。 《数学物理方法》中所学习的复变函数论和微分方程的解法都在量子力学中 有广泛的应用。《线性代数》中的线性空间结构的概念是量子力学希尔伯特 空间的理论基础，对理解本课程中的矩阵力学和表象变换都很有助益。 （四）教材与主要参考书。 [1] 钱伯初, 《理论力学教程》, 高等教育出版社; （教材） [2] 苏汝铿, 《量子力学》, 高等教育出版社; [3] L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Non-relativistic Quantum Mechanics; [4] P. A. M. Dirac, The Principles of Quantum Mechanics, Oxford University Press 1958; 二、课程内容与安排 第一章微观粒子状态的描述 第一节光的波粒二象性 第二节原子结构的玻尔理论 第三节微观粒子的波粒二象性 第四节量子力学的第一公设：波函数 （一）教学方法与学时分配：课堂讲授；6学时 （二）内容及基本要求 主要内容：主要介绍量子力学的实验基础、研究对象和微观粒子的基本特性及其状态描述。 【重点掌握】： 1.量子力学的实验基础：黑体辐射；光电效应；康普顿散射实验；电子晶体衍射

达尔文提出生物进化论成为震撼世界的大事,被誉为19世纪自然科学的三大发现之一

达尔文提出生物进化论成为震撼世界的大事，被誉为19世纪自然科学的三大发 现之一 1855年时的达尔文，此时他46岁 地球上生存着几百万种动物和植物。这么多的生物，它们是从哪儿来的呢？有人说，是上帝创造的；有人说，是天生就有的；也有人说，是逐步进化发展而来的。自古以来众说纷纭，莫衷一是。19世纪英国伟大的博物学家达尔文（1809～1882）第一次科学地回答了这个问题。达尔文认为：生物是从简平到复杂、从低级到高级逐步发展而来的。生物在进化过程中，不断地进行着生存斗争，进行着自然选择。这一进化理论合理地解释了自然界中生物的进化发展过程，因此被称为19世纪自然科学的三大发现之一。 达尔文年轻时喜欢在户外采集植物，观察动物，他对博物学格外有兴趣。博物学是当时自然科学的总称。达尔文在剑桥大学获得学位后不久，恰好有条英国皇家海洋调查船“小猎犬”号，要出发环航世界，测定贸易路线。达尔文申请在“小猎犬”号上当一名博物学者，随船考察。达尔文在这艘船上生活了将近5年之久。每航行到一个地方，他就尽量采集岩石、植物和动物的标本，还写了许多笔记。在达尔文时代，以前的老观念是：物种是不变的，各个物种间互不关联，彼此没有血统关系。而达尔文在对大展生物现象进行考察之后，认为物种是可变的，而且不同的物种有共同的祖光。达尔文得出了这样一个重要的结论：某个物种只要条件比其他物种优越，哪怕是略见优越，电会有很好的机会生存下来，并且繁殖后代。这就是著名的“自然选择”理论。生物间的生存斗争，生物与环境的斗争，最终的结果一定是强者或是适应者可继续生存，这叫作“适者生存”，它是“自然选择”理论的精髓。 动物和人有着很大的悬殊，可达尔文认为：人类起源于“某些原始细胞”，后来逐渐进化，变成了鱼、两栖动物。哺乳动物，再经过进化变成古代世界的类人猿，后来又进化成今

量子力学的应用.

XINYU UNIVERSITY 量子力学 作业题目 量子力学的应用 二级学院 新能源科学与工程学院 专 业 材料物理 班 级 学 号 学生姓名 联系方式 成 绩 批阅老师

量子力学的应用 摘要：在许多现代技术装备中，量子力学的效应起了重要的作用。从激光、电子显微镜、原子钟到核磁共振的医学图像显示装置，都关键地依靠了量子力学的原理和效应。对半导体的研究导致了二极管和三极管的发明，最后为现代的电子工业铺平了道路。在核武器的发明过程中，量子力学的概念也起了一个关键的作用。其次，量子力学作为材料科学的基础,在材料领域中有广泛而且重要的作用,诸如半导体、激光、红外、光电子、液晶、敏感及磁性材料等。尤其对半导体材料、磁性材料等有着决定性的影响,直接导致了这些材料领域的产生。 关键词:量子力学材料科学磁性材料应用

量子力学的应用 一引言: 在许多现代技术装备中，量子力学的效应起了重要的作用。从激光、电子显微镜、原子钟到核磁共振的医学图像显示装置，都关键地依靠了量子力学的原理和效应。对半导体的研究导致了二极管和三极管的发明，最后为现代的电子工业铺平了道路。在核武器的发明过程中，量子力学的概念也起了一个关键的作用。其次，量子力学作为材料科学的基础,在材料领域中有广泛而且重要的作用,诸如半导体、激光、红外、光电子、液晶、敏感及磁性材料等。尤其对半导体材料、磁性材料等有着决定性的影响,直接导致了这些材料领域的产生。 二量子力学的应用 （1）量子力学在研究微观粒子中的应用 量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。 量子力学表明，微观物理实在既不是波也不是粒子，真正的实在是量子态。真实状态分解为隐态和显态，是由于测量所造成的，在这里只有显态才符合经典物理学实在的含义。微观体系的实在性还表现在它的不可分离性上。量子力学把研究对象及其所处的环境看作一个整体，它不允许把世界看成由彼此分离的、独立的部分组成的。关于远隔粒子关联实验的结论，也定量地支持了量子态不可分离性的观点。 （2）量子力学在能量回收中的应用

量子力学的发展及应用

量子力学论文题目: 量子力学发展历史及应用领域 学生姓名武术 专业电子科学与技术 学号_ 222009322072082 班级2009 级 2班 指导教师张济龙 成绩 _ 工程技术学院 2011年12 月

量子力学发展历史及应用领域 武术 西南大学工程技术学院，重庆 400716 摘要:量子力学发展至今已有一百年了，它发展的道路并不是一帆风顺的。这一百年虽是艰难的，但是辉煌的。此后，人们发现量子力学与现代科技的联系日益紧密，它的发展潜力是不能低估的。本文从两个部分逐次论述了量子力学的发展及应用。第一部分是量子力学的发展，这部分阐述了早期量子论。第二部分是量子力学的应用，这部分阐明了量子力学在固体物理和信息科学中的应用。 关键词：早期量子论；量子力学的发展；量子力学的应用 量子力学诞生至今一百年。经过一百年的发展，它由原子层次的动力学理论，已经向物理学和其他学科以及高新技术延伸。而事实上，它已超出物理学范围；它不仅是现代物质科学的主心骨，又是现代科技文明建设的主要理论基础之一。 建立在量子概念的量子力学及其物理诠释，促使人类的思想观念产生根本性转变；虽然这新概念很抽象，但就目前文明的空前繁荣而言，量子力学所产生的影响是相当广泛的。而看看量子力学的前沿性进展新貌，则会感到心驰神往。 量子力学可谓是量子理论的第二次发展层次，第一次常称作早期量子论，第三次就是量子场论。本文除了论述这三个层次以外，又说了它在现代物理乃至现代物质科学中的地位，阐述了它应用的状况。 一.量子力学的发展 19世纪末20世纪初，人们认为经典物理发展很完美的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个的发现了。经典力学时期物理学所探讨的主要是用比较直接的实验研究就可以接触到的物理现象的定理和理论。牛顿定理和麦克斯韦电磁理论在宏观和慢速的世界中是很好的自然规律。而对于微观世界的

《世界十大考古发现》读后感

《世界十大考古发现》读后感 从现在延续到几千年甚至几万年前去寻找人类的踪迹，考古学家们费尽心思，先后找到了各个独立王朝中十大谜一般的历史痕迹。《世界十大考古发现》这本书，给我们介绍了最鲜为人知的史前文明，并且配发了许多全彩图片，针对这十个谜团进行了详尽的描述。每个古迹由许多小题目组成，每个小题目娓娓地诉说了一个个离奇的故事，一段段神秘的历史…… 人们只习惯了解有哪些古迹，其实不大去详细地了解有关他们的细节问习题。所以这本书对此作了详尽的描述。比如，有突然毁灭却又昌盛一时的玛雅文明、曾是“人间天堂”的摩亨佐。达罗却不知何故消逝变成了群葬数千人的墓地、藏有食人怪物却一夜之间被地震和洪水推毁的克诺索斯迷宫、埃及的图坦卡蒙陵墓、因绝世美女海伦而沦为废墟的特洛群城、曾有数百尊臣石像的复活节岛、被火山灰掩埋的庞贝古城、密林中的吴高窟、失落的印加古城马丘比丘、血腥斩首之王的陵墓西潘王陵。以上十大古迹充满迷人的吸引力，把你带进远古的呼唤，具有神奇的魅力，不信，你随我走进玛雅文明看看…… 古玛雅从发现至今，有许多遗迹充满疑团。公元前2500年，玛雅人竟能建造宏伟的金字塔、先进的天文台和神庙宫殿。他们不仅在手工业、农业上有很大的成就，在科学领域也有很高的地位。他们的数学观念和计算方法比欧洲人早800多年，其中有一个金字塔的台阶基数恰好是365级。 还有，在一棵大橡树下发掘出来的一个水晶头骨无任何加工痕迹，

而且当光线照在头骨的任何部位上，都能从眼窝处发射出去。他们的太阳历算作18个月，每月20天，再加上5天禁日，全年正好是365天。他们将一年的金星历定位584天，而现在定位583.92天。更令人奇异的是玛雅这座古老的城市中的居民却似乎在一夜之间全部消失了，无人知晓其中奥秘。 这本书里写了很多此类震惊世人的谜团，阅读它，你可以踏上考古的征程，感受远古的呼唤。这些文明古迹，是历史长河中的绝唱，即便经历了漫长的岁月的残酷洗礼，即便被遗忘了上千年，当再度被发现时，他们仍然是那么灿烂，仍然令人们为之惊叹称奇。

量子力学原理及其应用

量子力学原理及其应用 师燕光电8班2012059080029 量子力学是近代自然科学的最重要的成就之一.在量子力学的世界里，一个 量子微观体系的状态是由一个波函数来描述的,而非由粒子的位置和动量描述， 这就是它与经典力学最根本的区别。这是被爱因斯坦和玻尔用“上帝跟宇宙玩掷骰子”来形容的学科，也是研究“极度微观领域物质”的物理学分支，它带来了许许多多令人震惊不已的结论——例如科学家们发现，电子的行为同时带有波和粒子的双重特征（波粒二象性），但仅仅是加入了人类的观察活动，就足以立刻改变它们的特性；此外还有相隔千里的粒子可以瞬间联系（量子纠缠）：不确定的光子可以同时去向两个方向（海森堡测不准原理）；更别提那只理论假设的猫既死了又活着（薛定谔的猫）?? 诸如以上，这些研究结果往往是颠覆性的，因为它们基本与人们习惯的逻辑思维相违背。以至于爱因斯坦不得不感叹道：“量子力学越是取得成功，它自身就越显得荒诞。” 直到现在，与一个世纪之前人类刚刚涉足量子领域的时候相比，爱因斯坦的观点似乎得到了更为广泛的共鸣。量子力学越是在数理上不断得到完美评分，就越显得我们的本能直觉竟是如此粗陋不堪。人们不得不承认，虽然它依然看起来奇异而陌生，但量子力学在过去的一百年里，已经为人类带来了太多革命性的发明创造。正像詹姆斯·卡卡廖斯在《量子力学的奇妙故事》一书引言中的所述：“量子力学在哪？你不正沉浸于其中吗。” 一、量子计算机 量子力学的海森堡测不准原理决定了粒子的位置和动量是不能同时确定的( )。当计算机芯片的密度很大时（即很小）将导致很大, 电子不再被束缚, 产生 量子干涉效应，而这种干涉效应会完全破坏芯片的功能。为了克服量子力学对计算机发展的限制,计算机的发展方向必然和量子力学相结合，这样不仅可以越过 量子力学的障碍,而且可以开辟新的方向。量子计算机就是以量子力学原理直接 进行计算的计算机.保罗·贝尼奥夫在1981 年第一次提出了制造量子计算机的理论。量子计算机的存储和读写头都以量子态存在的，这意味着存储符号可以是0、1 以及它们的叠加。 近年来的种种试验表明，量子计算机的计算和分析能力都超越了经典计算机。它具有如此优越的性质正在于它的存储读取方式量子化。对量子计算机的原理分析可知，以下两个个特性是令量子计算机优越性的根源所在：存储量大，速度高；可以实现量子平行态。 随着现代科学技术的发展，量子计算机也会逐渐走向现实研制和现实运用。量子计算机不但于未来的计算机产业的发展紧密相关,更重要的是它与国家的保密、电子银行、军事和通讯等重要领域密切相关。实现量子计算机是21 世纪科学技术的最重要的目标之一。 二、晶体管 美国《探索》杂志在线版给出的真实世界中量子力学的一大应用，就是人们早已不陌生的晶体管。1945 年的秋天，美国军方成功地制造出世界上第一台真空管计算机ENIAC。据当时的记载，这台庞然大物总重量超过30 吨，占地面积接近一个小型住宅，总花费高达100 万美元。如此巨额的投入，注定了真空管这种