《大学基础物理学》农科用教材自作ppt课件-10量子力学基础2.ppt
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海南大学海海纳纳百百川川大大道道致致远远第十章第十章量子力学基础量子力学基础（Quantummechanics）第十章量子力学基础海南大学海海纳纳百百川川大大道道致致远远第十章第十章量子力学基础量子力学基础（Quantummechanics）本章将深入到微观领域，介绍微观粒子运动的基本概念和规律。
微观粒子的突出的特点是具有明显的波粒二象性和量子性。
研究微观粒子运动规律的科学称量子力学，量子力学是近代物理的基础理论之一，由此导致了激光技术、半导体技术、核能技术等一大批新兴技术的产生。
因此，了解量子物理的基本概念对于了解现代科学技术是十分重要的。
引言海南大学海海纳纳百百川川大大道道致致远远第十章第十章量子力学基础量子力学基础（Quantummechanics）量子概念是量子概念是19001900年普朗克首先提出的，距今已年普朗克首先提出的，距今已有一百多年的历史有一百多年的历史.其间，经过爱因斯坦、玻尔、德其间，经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力，到大师的创新努力，到2020世纪世纪3030年代，就建立了一年代，就建立了一套完整的量子力学理论套完整的量子力学理论.量子力学量子力学宏观领域宏观领域经典力学经典力学现代物理的理论基础现代物理的理论基础量子力学量子力学相相对对论论量子力学量子力学微观世界的理论微观世界的理论起源于对波粒二相性的认识起源于对波粒二相性的认识海南大学海海纳纳百百川川大大道道致致远远第十章第十章量子力学基础量子力学基础（Quantummechanics）量子理论的诞生量子理论的诞生量子论的生日量子论的生日1900年年12月月14日。
日。
M.Planck：
在柏林物理学会上报告他的公式（普朗在柏林物理学会上报告他的公式（普朗克公式）的量子说明克公式）的量子说明辐射能量在吸收或发射时以整个辐射能量在吸收或发射时以整个量子进行，频率为量子进行，频率为的辐射振子的能量为的辐射振子的能量为E=h。
这就宣这就宣告了量子论的诞生。
告了量子论的诞生。
M.Planck,Ann.Physik,4（1901）553.量子力学是甚么？
量子力学是甚么？
量子力学是什么？
量子力学是什么？
量子力学，更广泛地说量子力学，更广泛地说量子理论，是研究微观世界量子理论，是研究微观世界物质运动和变化的基本规律的科学。
物质运动和变化的基本规律的科学。
由于我们宏观物质全是由微观物质组成的，宏观世界全由于我们宏观物质全是由微观物质组成的，宏观世界全部建立在微观世界上面。
因此，量子力学便无处不在、普部建立在微观世界上面。
因此，量子力学便无处不在、普遍适用。
遍适用。
海南大学海海纳纳百百川川大大道道致致远远第十章第十章量子力学基础量子力学基础（Quantummechanics）自从量子理论诞生以来，它的自从量子理论诞生以来，它的发展和应用一直广泛深刻地影发展和应用一直广泛深刻地影响、促进和触发人类物质文明响、促进和触发人类物质文明的大飞跃。
近的大飞跃。
近80年的人类全部年的人类全部历史可以作证。
历史可以作证。
如果还不信，举例，可以把如果还不信，举例，可以把所有学科名称前面冠以所有学科名称前面冠以“量子量子”二字，就会发现：
已经形成二字，就会发现：
已经形成或将要形成一门新的理论、一或将要形成一门新的理论、一门新的学问。
物理学内部就有门新的学问。
物理学内部就有很多这种情况。
不必说物理学很多这种情况。
不必说物理学中以量子力学为主要理论支柱中以量子力学为主要理论支柱的学科；单是直接添加这两个的学科；单是直接添加这两个字就形成新学问的就有：
字就形成新学问的就有：
光学光学量子光学量子光学电子学电子学量子电子学量子电子学电动力学电动力学量子电动力学量子电动力学统计力学统计力学量子统计力学量子统计力学经典场论经典场论量子场论量子场论在物理学之外也是大量的：
在物理学之外也是大量的：
化学化学量子化学量子化学生物学生物学量子生物学量子生物学宇宙学宇宙学量子宇宙学量子宇宙学网络网络量子网络量子网络信息论信息论量子信息论量子信息论计算机计算机量子计算机量子计算机就连投机家所罗斯的基金会也时髦的冠以就连投机家所罗斯的基金会也时髦的冠以“量量子子”二字：
二字：
“量子基金会量子基金会”自诞生起至今，它的势头自诞生起至今，它的势头海南大学海海纳纳百百川川大大道道致致远远第十章第十章量子力学基础量子力学基础（Quantummechanics）自诞生起至今，它的势头一百年（一百年（19012007）来总共颁发）来总共颁发NobelPrize101次次（其中（其中1916,1931,1934,1940,1941,1942共共6年未颁年未颁奖）单就物理奖而言：
直接由量子理论得奖奖）单就物理奖而言：
直接由量子理论得奖或与量子理或与量子理论密切相关而得奖的次数有论密切相关而得奖的次数有59次次（直接由量子理论得奖（直接由量子理论得奖26次）次）2005年，美国科学家罗伊年，美国科学家罗伊格劳伯、约翰格劳伯、约翰霍尔和德国科学家特奥多尔霍尔和德国科学家特奥多尔亨施。
他们因为亨施。
他们因为“对光学相干的量子理论的贡献对光学相干的量子理论的贡献”和对基于激和对基于激光的精密光谱学发展作出了贡献而获奖。
光的精密光谱学发展作出了贡献而获奖。
海南大学海海纳纳百百川川大大道道致致远远第十章第十章量子力学基础量子力学基础（Quantummechanics）自诞生起至今，它的势头Nature杂志杂志2000年总结年总结100年来在它上面发表的文章。
年来在它上面发表的文章。
从登载的数千篇文章中精选出从登载的数千篇文章中精选出21篇具有里程碑性的文章。
篇具有里程碑性的文章。
其中与量子力学有关的竟占其中与量子力学有关的竟占14篇。
篇。
量子理论自量子理论自20世纪世纪20年代创立以来，直到现在，已逐步年代创立以来，直到现在，已逐步成为核物理、粒子物理、凝聚态物理、超流和超导物理、成为核物理、粒子物理、凝聚态物理、超流和超导物理、半导体物理、激光物理等众多物理分支学科的共同理论基半导体物理、激光物理等众多物理分支学科的共同理论基础。
而且在量子理论的框架内建立了弱电统一的标准模型；础。
而且在量子理论的框架内建立了弱电统一的标准模型；量子理论进入了宇宙起源和黑洞理论。
量子理论进入了宇宙起源和黑洞理论。
总之，量子理论诞生后这总之，量子理论诞生后这80年来的发展，使得：
量子理年来的发展，使得：
量子理论成为整个近代物理学的共同理论基础。
论成为整个近代物理学的共同理论基础。
海南大学海海纳纳百百川川大大道道致致远远第十章第十章量子力学基础量子力学基础（Quantummechanics）自自20世纪世纪80年代以来，量子力学又有很大发展（除年代以来，量子力学又有很大发展（除BEC及及其应用这一大块之外）其应用这一大块之外）量子信息论和量子计算机：
量子信息论和量子计算机：
位位（bit）量子位量子位（qubit）既是既是Yes又是又是No：
|Yes+|No存贮器存贮器量子存贮器量子存贮器各个位不一定有确定各个位不一定有确定的状态的状态逻辑门逻辑门量子逻辑门量子逻辑门网网络络量子网络量子网络算法算法量子算法量子算法DeutschDFTShorGrover并并行计算、超高速、超大容量行计算、超高速、超大容量通讯通讯量子通讯量子通讯超大容量、天然保密超大容量、天然保密编码编码量子编码量子编码密码密码量子密码量子密码密钥密钥量子密钥量子密钥经典可克隆经典可克隆量子不可克隆量子不可克隆经典克隆是经典克隆是硬件克隆；量子克隆是软硬件全部克隆，硬件克隆；量子克隆是软硬件全部克隆，原理上不可能原理上不可能经典通讯的定域传播经典通讯的定域传播量子通讯的非定域量子通讯的非定域传播传播中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室37岁潘建伟教授和他岁潘建伟教授和他的同事杨涛、张强等在量子通信研究领域再获重大突破，首次成的同事杨涛、张强等在量子通信研究领域再获重大突破，首次成功实现了复合系统量子态的隐形传输及六光子纠缠态的操纵。
在功实现了复合系统量子态的隐形传输及六光子纠缠态的操纵。
在最新出版的英国最新出版的英国自然自然杂志在其子刊杂志在其子刊自然自然物理学物理学以封面以封面文章形式发表了该研究成果，这是我国科学家首次在该杂志发表文章形式发表了该研究成果，这是我国科学家首次在该杂志发表封面文章。
此前，潘建伟教授已经先后在封面文章。
此前，潘建伟教授已经先后在自然自然杂志发表了杂志发表了8篇篇论文，在论文，在物理评论快报物理评论快报杂志发表了杂志发表了16篇论文。
篇论文。
海南大学海海纳纳百百川川大大道道致致远远第十章第十章量子力学基础量子力学基础（Quantummechanics）当前量子力学的重要应用当前量子力学的重要应用量子生物学量子生物学量子生命科学量子生命科学量子神经网络量子神经网络量子化学量子化学量子材料科学量子材料科学量子信息科学量子信息科学量子计算机科学量子计算机科学BEC器件、原子器件器件、原子器件目前，它正在向材料科学、化学、生物目前，它正在向材料科学、化学、生物学、信息科学、计算机科学大规模渗透。
学、信息科学、计算机科学大规模渗透。
预预计不久的将来它将会成为：
计不久的将来它将会成为：
整个近代科学共整个近代科学共同的理论基础同的理论基础海南大学海海纳纳百百川川大大道道致致远远第十章第十章量子力学基础量子力学基础（Quantummechanics）量子力学的基础和逻辑框架（量子力学的基础和逻辑框架
（1）2两组基本实验：
波动性、粒子性实验两组基本实验：
波动性、粒子性实验1一个基本图象：
波粒二象性一个基本图象：
波粒二象性3三大基本特征：
或然、分立、不确定性三大基本特征：
或然、分立、不确定性5五大基本公设：
波函数、算符、测量、五大基本公设：
波函数、算符、测量、动力学方程、全同性原理动力学方程、全同性原理另有：
另有：
3测量过程的测量过程的3阶段：
纠缠分解、波包塌缩、阶段：
纠缠分解、波包塌缩、初态演化初态演化2两种因果律：
决定论的、或然的两种因果律：
决定论的、或然的1一个中心任务：
几率幅计算一个中心任务：
几率幅计算参考书参考书周世勋：
周世勋：
量子力学教程量子力学教程，高等教育出版社；内容精练。
，高等教育出版社；内容精练。
曾谨言：
曾谨言：
量子力学量子力学卷卷I，科学出版社；内容深入浅出，讲解详细。
，科学出版社；内容深入浅出，讲解详细。
张永德：
张永德：
量子力学量子力学，科学出版社，（，科学出版社，（2003年）。
年）。
钱伯初、曾谨言：
钱伯初、曾谨言：
量子力学习题精选与剖析量子力学习题精选与剖析（上上）,科学出版社。
科学出版社。
苏汝铿：
苏汝铿：
量子力学量子力学，高等教育出版社；内容丰富，包括不少量子力学的新进展。
，高等教育出版社；内容丰富，包括不少量子力学的新进展。
海南大学海海纳纳百百川川大大道道致致远远第十章第十章量子力学基础量子力学基础（Quantummechanics）物理学发展的总趋向：
物理学发展的总趋向：
*学科之间的大综合。
学科之间的大综合。
*相互渗透结合成边缘学科。
相互渗透结合成边缘学科。
生物物理、生物化学、物理化学、量子化学生物物理、生物化学、物理化学、量子化学量子电子学、量子统计力学、固体量子论。
量子电子学、量子统计力学、固体量子论。
二十世纪物理学中两个重要的概念：
二十世纪物理学中两个重要的概念：
场和对称性场和对称性从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出从经典物理学到量子力学过渡时期的三个重大问题的提出光电效应光电效应康普顿效应。
康普顿效应。
黑体辐射问题
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