量子力学

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简介

量子力学是一种在日常生活中无处不在的科学现象，从激光到集成电路等等。许多现实中的技术都依赖于量子效应才能正常工作。量子力学对于理解单个原子通过共价键结合的方式也至关重要，尤其是在形成分子时。诸如激光、电信、磁共振成像、GPS和原子钟等实时组件都利用量子力学技术来实现正常运作。

什么是量子力学？

量子力学可以定义为处理光和物质在原子和亚原子水平上行为的物理学分支。该分支概述和描述了原子和分子的基本特性。它还解释了电子、质子、中子、夸克和胶子如何借助电磁辐射相互作用。

图1：薛定谔波动力学

量子力学主要在处理原子或亚原子水平上的光和物质时遵循空间和时间的原理（Erwin-schrodinger-wave-model，2022）。

波粒二象性和概率原理也应用于量子力学，它描述了物质在现实中的相对性。例如，计算机和手机的整个工作过程都遵循量子力学的原理。

关于薛定谔的猫悖论的讨论

薛定谔的猫悖论是一个著名的实验，用于描述量子力学在现实中的作用。在量子力学的初始阶段，人们认为量子力学表明，在仔细观察之前，没有粒子具有明确的特性。同样的概念也用于薛定谔的猫悖论实验中。在这个实验中，一只猫被困在一个装有氰化钾的盒子里，看看如果猫意外打开盒子并食用它会发生什么。经过一段时间观察后，人们得出结论，在这个实验中关于猫是否食用氰化钾存在两种可能性（Kramers，2018）。

第一种可能性是，猫可能意外打开盒子并食用了氰化钾，最终死于其影响。第二种可能性是猫可能没有打开装有氰化钾的盒子，当外部盒子打开时，它将像以前一样活着。

图2：薛定谔的猫悖论

通过这个实验，人们得出结论，在测试者打开盒子之前，人们无法确定盒子里发生了什么，以及猫在盒子里是死是活。

同样，量子力学在这里表示，在打开并观察以检查结果的真实性之前，波粒之间存在纠缠。此外，在这里可以看到波粒的二象性，在揭开盒子之前，猫存活或死亡的可能性各占一半（Researchgate，2022）。

因此，当物理系统停止处于其叠加态时，它可以变成一种可能性或另一种可能性，直到实时进行观察。

量子力学的公式

量子力学的工作过程依赖于不同的原理以及在多种情况下不同的公式。当这种现象在现实中发生时，描述量子力学的量化过程彼此不同。主要的是，它遵循波函数概率密度公式，用以下公式表示：

$$\mathrm{\rho = \lvert \Psi \rvert _2 = \Psi * \Psi}$$

同样，爱因斯坦的光电方程也清晰地解释了量子力学的概念。光电方程的公式为$\mathrm{Kmax = hf + \phi}$（Mermin，2018）。量子力学的工作过程也遵循氢原子光谱的公式，用$\mathrm{1/\lambda = R(1/n^{2}_{j - 1/n^{2}_i}), n_j \lt n_i}$表示。此外，偶极矩势的公式也应用于量子力学，用以下公式表示：

量子力学的应用

量子力学几乎存在于人们的日常生活中，尤其是在日常电器中。首先，量子力学用于计算机和智能手机，因为它们处理无线电波才能工作。此外，量子力学作为电信和激光工作原理的主要机制出现，因为它们都依赖于现实中的波长（Windows2universe，2022）。此外，它还用于制造原子钟和GPS系统。此外，磁共振成像的工作过程完全基于日常生活中量子力学的现象。简而言之，从烤面包机、荧光灯、生物罗盘到晶体管、激光器和显微镜，量子力学无处不在。

结论

简而言之，量子力学是一种科学现象，它使人们能够计算可以在现实中看到的物理系统的行为和特性。通常，它可以应用于不同物理系统的创建，处理分子、原子和亚原子粒子的特性概述。

常见问题

Q1. 根据量子力学的定律，粒子可以同时存在于两个地方吗？

根据量子力学的规则，两个粒子可以同时存在于多个区域，直到它们被仔细观察。根据观察结果，一个粒子可能同时存在于不同位置。

Q2. 量子粒子是否源于虚无？

在量子力学中，有时，较高能量的形成会影响粒子从看似虚无中的起源。量子场的波动可以帮助创建源于虚无的虚粒子。

Q3. 人类是否可以实时处于叠加态？

量子力学的常规“工作原理”表明，像人类和鸡蛋这样较大的粒子由于其巨大的尺寸而无法出现在叠加态中。因此，人类可能无法实时存在于叠加态中。