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1矩阵力学与波动力学的关系? 2简述一下牛顿的物理体系? 尽量详

发布时间:2019-07-24 22:33 来源:未知 编辑:admin

  1、波动力学和矩阵力学是等价的,只是表述方式不同,但是波动力学更易于接受,薛定谔使用波函数描述粒子,并给出的薛定谔方程是偏微分方程,更为当时的物理学家所熟悉,而海森堡把力学量和算符都用矩阵表示,并给出海森堡方程,是一个算符方程(是在海森堡绘景下的),后来薛定谔证明了这两种表述是等价的。

  2、这个问题也就是经典力学是怎样的,其实就是牛顿三定律加上万有引力定律啦,所有的经典力学内容都在这里,只是应用在不同方面、结合不同的模型就衍生出不同的分支,像流体力学,刚体力学等等~~

  展开全部1922年初夏,21岁的海森堡(W.Heisenberg)来听玻尔的演讲。海森堡原打算做一名数学家。玻尔的报告使他兴奋不已,会后他与玻尔讨论了很长时间。他被原子理论问题完全迷住了,决定改做理论物理。玻尔也喜欢上了这个敢于争论的学生,邀请他到哥本哈根工作。

  1924年海森堡完成了博士论文之后,来到了哥本哈根,与玻尔开始了“别具一格”的协作,投入了量子理论的研究。海森堡对原子结构的看法与玻尔完全不同。他认为电子轨道近于幻想,因为没有人能看到它们。唯一可以从实验测量的,是原子内部发出的光的频率和振幅。海森堡决定放弃模型假设,直接对可以测量的这些数所构成的数组进行研究。

  与玻尔合作一年之后,海森堡回到了德国,做玻恩(Born)的助手。1925年5月,由于花粉过敏症,海森堡到北海的赫戈兰岛上休假。岛上的清新空气诱发了他的灵感。经过一个昼夜的艰苦工作,他发现了那些数组满足的代数关系,它们的乘法与普遍的数的乘法不同,不能交换次序,或称不可对易。于是他写了一篇论文,建立起了一套新的体系。休假回来之后,他和玻恩进行了讨论。玻恩马上认出,他的这套体系是当时物理学家们还不熟悉的矩阵代数。海森堡与玻恩及他的学生约当三个人又经过了三个月的精心研究,发展了这一体系,建立起了处理量子理论的新的数学框架,人们称之为矩阵力学。海森堡的密友,与其同龄的青年人泡利(Pauli)解决了用矩阵力学计算氢原子光谱的问题,得到了与玻尔相同的结果。

  与矩阵力学发展的同时,量子理论的另一种形式也在发展。爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子模型引起了法国德布罗意(deRroglie)亲王的极大兴趣。他在分析了光量子说中共同存在的波粒二种性质的同时,研究了原子内电子定态轨道对应的分立的整数与波动现象中驻波的特征的类似,从而大胆地假设:既然光作为电磁波同时具有粒子性,电子作为一个物质粒子也应该有的时候表现为一个波。仿照爱因斯坦的做法,他导出了电子的能量与它相应的波的频率及动量与波长的关系,用它们成功地解释了玻尔的原子量子化条件。1924年德布罗意把这些结果写成了自己的博士论文。论文答辩委员会对他的结果持怀疑态度,不知道该怎样评价,决定征询爱因斯坦的意见。爱因斯坦表示了极大的兴趣,认为这篇论文的内容有一些极为重要的发现。1927年,贝尔实验室的戴维逊从实验上证实了德布罗意德的想法。于是德布罗意的博士论文成了物理学史上的一篇最著名的博士论文,也得迄今唯一的一篇获诺贝尔奖的博士论文。

  瑞士苏黎士的一些例行的学术讨论会使量子力学取得了另一个新的重大进展。在一次讨论会结束之前,主持人德拜环顾四周,想找一个下次讨论会的报告人。当时,德布罗意的惊人发现的消息刚刚传来,人们对其细节知之甚少。德拜的眼光停在了苏黎士大学薛定锷(E.Schrdinger)教授的身上说:“ 薛定锷教授,你是不是愿意讲一讲德布罗意的工作?”。薛定锷点了点头,表示他愿意。

  在下一次例会上,薛定锷阐述了德布罗意如何用电子的物质波的驻波,解释玻尔原子模型中稳定的电子轨道。报告结束时,德拜对他说:“薛定锷教授,看来有点怪,你讲了半天波动但却没有给出任何波动方程。”这个评述促使薛定锷开始思考怎样去建立一个这样的方程。几个星期以后,当薛定锷就同一个题目给出第二次报告时,开场白就是:“德拜教授建议应当有一个波动方程。现在,我已经把它找到了。”

  不久,人们就清楚地认识到薛定锷做出了一个重大的发现。薛定锷方程一经发表,立即受到了普遍的注意,迅速闻名于世。主要原因在于他使用的数学方法是微分方程,物理学家都非常熟悉。在解决具体问题时,比海森堡的方法容易得多。人们很快地把薛定锷的新理论应用到了各个方面。薛定锷自己计算了氢原子光谱,得到了与玻尔相同的结果。他还证明了矩阵力学与波动力学完全等价。1926年初他所发表的一系列文章,标志着量子力学的一种新的形式——波动力学的诞生。

  至此,量子理论无疑已经取得了突破性的进展,但随之产生了许多新的疑难问题困扰着理论物理学家。德布罗意的物质波其实质究竟是什么?薛定锷方程中这个波用一个波函数ψ来描写,ψ究竟代表什么?对这个根本性问题,当时没有任何人能够给出准确的回答,其中包括薛定锷本人。薛定锷认为:波函数本身代表一个实在的和物理的可观测量,它描述物质的分布,粒子可以想象为一个波包。但这种看法有着难以克服的困难,因为即使原来的波包很窄,理论分析表明,它将随时间很快地弥散。也就是说电子会越来越“胖”,这是与实验尖锐矛盾的。

  1926年玻恩仔细地研究了这个问题。他认为德布罗意的“物质波”或薛定锷方程中的波函数并不代表实在的物理量的波动,而是描绘粒子在空间分布几率的一种几率波。波函数绝对值的平方给出的是发现粒子在给定位置出现的几率。这是一种把粒子性与波动性统一起来得到的认识。量子力学的描写是一种统计性的,而不再是为人们所熟悉的决定论性的。经典物理学是满足决定论的。比如按照牛顿力学,只要知道了原子内某一时刻电子的位置和它的动量,就能完全确定以后任何时刻电子的位置及其动量。而量子力学只能告诉我们,某一时刻电子在原子内部各个不同位置的出现几率。知道了所有这些几率分布的知识,我们可以预知以后任何时刻电子的几率分布。

  1927年海森堡发现的测不准关系进一步说明了量子力学这种怪异行为。按照测不准关系,在原子这样小的尺度内,粒子的位置和它的动量是不可能同时精确测定的。假设我们试图以任意高的精确度去测量一个电子的位置,你将会发现,它的动量的不确定程度会是无穷大,我们绝不会知道这个电子朝哪个方向飞,速度多大。反之,如果我们确知电子的动量,它的位置在哪里我们将一无所知。与此同时,玻尔对经典和量子物理学的矛盾也进行了认真的思考,提出在原子范围内应该放弃经典物理学的决定论,代之以波动性和粒子性两种互不相容而又互相补充的新观点。

  量子力学带来的翻天复地的变化,并不是人人都欢迎的。即使是曾经做出过重大贡献的爱因斯坦,对于几率解释和以玻尔为首的哥本哈根学派的观点也拒不接受,总想用决定论的说法代替它。在1927年布鲁赛尔召开的索尔维会议上,玻尔与爱因斯坦就量子力学的解释问题进行了激烈的论战。每天的早餐桌上,爱因斯坦总要向玻尔提出一个经过精心思考而认为足以使玻尔陷入矛盾的关于测不准关系的反例,玻尔和他的学生们立即加以研究,直到在爱因斯坦的批评中挑出毛病为止。但是这时爱因斯坦已经另外想好了一个事例。最后,爱因斯坦不得不承认他没有能够找到任何充足有力的反例。但是他在给玻恩的一封私人信件中说,他依然坚信“上帝是不掷骰子的。”

  到二十年代末,新量子力学的解释逐渐完备,其应用研究极度兴盛起来。化学键、顺磁、铁磁等许多长时间悬而未决的现象都得到了很好的解释。许多新的研究领域在量子力学的基础之上蓬勃地发展起来。

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