2第五篇量子现象和量子规律 第17章量子力学的基本原理 本章共3讲
? 本章共3讲 第五篇 量子现象和量子规律 第17章 量子力学的基本原理
§17.2不确定关系(续) 位置与动量的不确定关系 时间和能量的不确定关系 粒子能量的不确定量与其寿命的不确定量互相制约。 △E·△M≥hh 105×10-34Js 2丌 解释原子谱线宽度: 基态E稳定M→∞,△E→0,E确定 E 激发态E不稳定 M≠0,△E≥,E不确定 能级宽度:△E
一.位置与动量的不确定关系 §17.2 不确定关系(续) 二. 时间和能量的不确定关系 1 05 10 J s 2 34 = = − . h Et 粒子能量的不确定量与其寿命的不确定量互相制约。 解释原子谱线宽度： E E0 m I Im 2 基态E0稳定 t → ,E → 0,E0确定 激发态E不稳定 E不确定 t t 0, E , 能级宽度: E
E→E跃迁,辐射谱线宽度 △E (E+)-E o(E4E、 )-E0 △ h 应用举例:/Y粒子的发现 1966-1974年,丁肇中与里特克实验小组,分别在美国布鲁克 海文国立实验室和斯坦福直线加速器中心,用不同方法独立发现 同一种静质量很大的新粒孑判据:m=E/c2,△t=?),用能量不确 定关系确定寿命:能量不确定度为0.063MeV 6.63×1034 2aE=2x×63×10×1.6×10-19≈1×100 由此证明存在第四种夸克(粲夸克c),为大 统一理论提供实验基础。丁肇中、里特克共同 获得1976年诺贝尔物理学奖
E → E0 跃迁，辐射谱线宽度 h E E E h E E E 0 0 ) 2 ) ( 2 ( − − − − + 应用举例： J / 粒子的发现 1966—1974年，丁肇中与里特克实验小组，分别在美国布鲁克 海文国立实验室和斯坦福直线加速器中心，用不同方法独立发现 同一种静质量很大的新粒子(判据：m=E/c2，△t =? ),用能量不确 定关系确定寿命：能量不确定度为0.063MeV。 E h t 2 4 19 34 2 6.3 10 1.6 10 6.63 10 − − = 1 0 10 s −20 . 由此证明存在第四种夸克（粲夸克c） ，为大 统一理论提供实验基础。丁肇中、里特克共同 获得1976年诺贝尔物理学奖
练习已知:电子处于某能级M=103s,E-En=339V, 求:该能级能量的最小不确量△E 由该能级跃迁到基态,辐射光子礼及△ 解:1)△EM≥h h1055×1034 △E≥ =1055×10-(J) 10 659×10(ev) hc 2)E-Eo=hv △ c (E-E0)2 △E=713×10-(m) c6.63×103×3×10 367×10-(m) E-E 339×1.6×10-19
练习 已知：电子处于某能级 10 s, 3.39e V, 0 8 = − = − t E E 求： 该能级能量的最小不确定 量E 由该能级跃迁到基态，辐射光子及 解：1） 1.055 10 (J) 10 1.055 10 26 8 34 − − − = = t E Et 6.59 10 (eV) −6 = 2） hc E − E0 = h = 3.67 10 (m) 3.39 1.6 10 6.63 10 3 10 7 1 9 3 4 8 0 − − − = = − = E E hc 7.13 10 (m) ( ) 15 2 0 − = − = E E E hc
不确定关系的物理实质 1说明用经典方式来描述微观客体是不可能完全准确 的,经典模型不适用于微观粒子。 借用经典手段来描述微观客体时,必须对经典概念的 相互关系和结合方式加以限制 不确定关系就是这种限制的定量关系 △·Px≥h,△E·M≥h 注意:不确定(测不准)关系不是实验误差, 不是由于理论不完善或仪器不准确引起的。 它来自微观粒子的本性
三、不确定关系的物理实质 注意：不确定（测不准）关系不是实验误差， 不是由于理论不完善或仪器不准确引起的。 它来自微观粒子的本性。 1.说明用经典方式来描述微观客体是不可能完全准确 的，经典模型不适用于微观粒子。 借用经典手段来描述微观客体时，必须对经典概念的 相互关系和结合方式加以限制 不确定关系就是这种限制的定量关系 x px , Et
2.给出了宏观与微观物理世界的界限,经典粒子模型 可应用的限度 Ax·x≥h,△E·M≥h 若在所研究的问题啦是可忽略的小量: 即可认为→0,则 由△x和△ △E和△t 可同时取零 和 E和t 可同时确定 该问题可用经典力学处理,否则要用量子力学处理
2.给出了宏观与微观物理世界的界限，经典粒子模型 可应用的限度 由 E t x px 和 和 可同时取零 E t x px 和 和 可同时确定 该问题可用经典力学处理，否则要用量子力学处理。 即可认为 则 若在所研究的问题中 是可忽略的小量， 0, , → x px , Et
3,互补原理哥本哈根精神 为什么宏观世界与微观世界遵循的规律有如此巨大的 差别? 观测行为在被测事件中所引起的那部分原则上不 可控制的干扰是讨论原子现象时起决定作用的一个 特征” 海森伯 测量反映着客体、仪器和观察者的相互作用 宏观世界:可不计及“测量”对被测对象状态的影响。 1)认为自然过程是连续的,原则上可把测量干扰连续减 小,限制在所需的测量精度內。 2)认为客体与仪器的相互作用服从因果决定论,可以估 算和控制干扰,修正测量值
3 .互补原理——哥本哈根精神 为什么宏观世界与微观世界遵循的规律有如此巨大的 差别？ “观测行为在被测事件中所引起的那部分原则上不 可控制的干扰是讨论原子现象时起决定作用的一个 特征” ——海森伯 宏观世界：可不计及“测量”对被测对象状态的影响。 1）认为自然过程是连续的，原则上可把测量干扰连续减 小，限制在所需的测量精度内。 2）认为客体与仪器的相互作用服从因果决定论，可以估 算和控制干扰，修正测量值。 测量——反映着客体、仪器和观察者的相互作用
微观世界:不能不计及测量行为产生的干扰 1)以“量子化”取代连续性,作用量子h的存在规 定了千扰的下限,无法超越。 2)以概率性描述取代“决定论”,使对测量的干扰 不可控制,不可预测,不能校正。 不同的实验装置决定了不同的可测量,显示出客体某 些方面的特性而抑制其它方面的特性 电子 电子 显示粒子性 显示浪动性 抑制波动性 抑制粒子性
微观世界：不能不计及测量行为产生的干扰。 1）以“量子化”取代连续性，作用量子 h 的存在规 定了干扰的下限，无法超越。 2）以概率性描述取代“决定论”，使对测量的干扰 不可控制，不可预测，不能校正。 不同的实验装置决定了不同的可测量，显示出客体某 些方面的特性而抑制其它方面的特性 显示粒子性 抑制波动性 显示波动性 抑制粒子性
类比: 弹簧的两个影子:一个是浪 另一个是圆。如果只能从影子 去认知这个弹簧,你会认为它 是什么呢? 量子现象不只属于被观测的客体,而是属于客体和 仪器整体,反映的不仅仅是客体的存在和性质,而 且是客体和仪器的“关系”。 类比: 相对论中,长度、寿命、质量的测量结果反映了客体与作为参考 的惯性系间的关系。 仅在“课堂”条件下观察,不可能了解某同学在运动方面的特长。 犹如“瞎子摸象”,我们得出的各种结论不是互相排斥 对立的,而是互相补充协调的,共同揭示客体的属性
量子现象不只属于被观测的客体，而是属于客体和 仪器整体，反映的不仅仅是客体的存在和性质，而 且是客体和仪器的“关系”。 弹簧的两个影子：一个是波， 另一个是圆。如果只能从影子 去认知这个弹簧，你会认为它 是什么呢？ 类比： 相对论中，长度、寿命、质量的测量结果反映了客体与作为参考 的惯性系间的关系。 仅在“课堂”条件下观察，不可能了解某同学在运动方面的特长。 类比： 犹如“瞎子摸象”，我们得出的各种结论不是互相排斥、 对立的，而是互相补充协调的，共同揭示客体的属性
微观客体的本来面目究竟如何?已超出经验范围,用经 典概念和语言来描述只能是互补性的,不确定关系就是 对互补原理的数学表述。 必须记住,我们所观察的并不是自然本身,而是自然向 我们的探索方法所暴露的一面。 一海森伯 “在我们对大自然的描述中,目的不是去揭露所有现象 的真谛,而只是尽我们所能去追踪经验中种种不同方 面之间的关系。 物理学不告诉我们世界是什么,而是告诉我们关于 世界我们能谈论些什么” 尔 4爱因斯坦的不同观点(自学§175)
必须记住，我们所观察的并不是自然本身，而是自然向 我们的探索方法所暴露的一面。 －－－海森伯 微观客体的本来面目究竟如何？已超出经验范围，用经 典概念和语言来描述只能是互补性的，不确定关系就是 对互补原理的数学表述。 “物理学不告诉我们世界是什么，而是告诉我们关于 世界我们能谈论些什么” ——玻尔 “在我们对大自然的描述中，目的不是去揭露所有现象 的真谛，而只是尽我们所能去追踪经验中种种不同方 面之间的关系。“ 4.爱因斯坦的不同观点（自学 §17.5）