量子力学课程总结36页PPT

单粒子行为还是单粒子“系综”的行为？ Von Neumann定理：(d>1)
n
变态变为量子态的方程式，或反之 无相互作用的分开(I)和(II)
无相互作用的分开(I)和(II)
希望能预言某些新的与量子力学结果不同的东西，因为只有这样，才能通过新的实验来检查隐变数理论是否正确，一个成功的隐变数
• 证实由隐变态给出的结果在一定条件下能回 理论，不但应该能解释量子力学可以解释的现象，而且能预言更多更新的现象，而这些新的预言是否成立，依赖于实验。
课程总结
课程总结
课程总结
课程总结
➢量子力学近年来的发展 • 更多的应用 • 量子纠缠和量子信息 • 量子计算 •…
课程总结
欲知后事如何，且聽高等量子力学分解
聰明纍
機關算盡太聰明，反算暸卿卿性命。生前心已 碎，死后性空靈。傢富人寧，終有個傢散人 亡各奔騰。枉費暸，意懸懸半世心；好一似， 蕩悠悠三更夢。忽喇喇似大廈傾，昏慘慘似 燈將盡。呀！一場辛苦忽悲辛。嘆人世，終 難定！
课程总结
Von Neumann定理：(d>1) • 若<1>=1；<cA>=c<A>；若A非负，则
<A>≥0；<A+B+C+…>=<A>+<B>+<C>+… 则必存在<ΔD^2>≠0的可观测量D
课程总结
Gleason修正：(d>2，A,B,C对易算符)
课程总结
➢定域隐变数理论及Bell不等式 • 引入隐变数{λn},(n=1,2,…)，规定它们可能取
新編 “聰明纍”
慾將“變數”說分明，反誤暸卿卿性命。“糾 纏”非“定域”，量子性空靈。天地人靈， 難道是，隂陽互補兩昇騰？枉費暸，先賢門 半世心，依舊是，白濛濛一天霧！休斷言已 “大廈”傾，莫奢談“認識”已盡。呀！算 它“完備”又如何？想“測準”，終難定！

贝尔不等式实验
总结词
验证量子纠缠的非局域性
详细描述
贝尔不等式实验是用来验证量子纠缠特性的重要实验。通过测量纠缠光子的偏 振状态，实验结果违背了贝尔不等式，证明了量子纠缠的非局域性，即两个纠 缠的粒子之间存在着超光速的相互作用。
原子干涉仪实验
总结词
验证原子波函数的存在
详细描述
原子干涉仪实验通过让原子通过双缝，观察到干涉现象，证明了原子的波函数存在。这个实验进一步 证实了量子力学的预言，也加深了我们对微观世界的理解。
量子力学的意义与价值
推动物理学的发展
量子力学是现代物理学的基础之一，对物理学的发展产生了深远 的影响。
促进科技的创新
量子力学的发展催生了一系列高科技产品，如电子显微镜、晶体 管、激光器等。
拓展人类的认知边界
量子力学揭示了微观世界的奥秘，拓展了人类的认知边界。
量子力学对人类世界观的影响
01 颠覆了经典物理学的观念
量子力学在固体物理中的应用
量子力学解释了固体材料的电子 结构和热学性质，为半导体技术 和超导理论的发现和应用提供了
基础。
量子力学揭示了固体材料的磁性 和光学性质，为磁存储器和光电 子器件的发展提供了理论支持。
量子力学还解释了固体材料的相 变和晶体结构，为材料科学和晶
体学的发展提供了理论基础。
量子力学在光学中的应用
复数与复变函数基础
01
复数
复数是实数的扩展，包含实部和虚部，是量子力 学中描述波函数的必备工具。
02
复变函数
复变函数是定义在复数域上的函数，其性质与实 数域上的函数类似，但更为丰富。
泛函分析基础
函数空间
泛函分析是研究函数空间的数学分支，函数空间中的元素称为函数或算子。

3 量子力学的未来发展趋势
展望量子力学未来的发展方向，如量子电路和低温技术的发展。
量子力学的未来与展望
1
量子计算机的发展
了解量子计算机将成为下一代计算机技术。
2
人工智能和量子计算的结合
探讨人工智能和量子计算在未来如何相互影响。
3
量子电路和低温技术的发展
展望量子电路将如何进一步发展，以及低温技术对于研究微观世界的重要作用。
微观粒子的波粒二象性
1
波函数的物理意义
2
专注于了解波函数带有的物理意义并学
会如粒二象性及 其相关的现象。
爱因斯坦的思考
探究爱因斯坦对波粒二象性的思考是如 何推动量子力学的发展的。
微观世界的测量与不确定性原理
态叠加和态坍缩
了解什么是态叠加和德布罗意波 函数，并学会如何从测量中得到 真实的测量结果。
《量子力学总结》PPT课 件
让我们一起探索量子力学：一门探索微观粒子本质的神秘学问。
量子力学介绍
经典与量子
量子力学描述了微观世界行为，与经典力学有很大区别。了解它们之间的不同。
发展历程
自普朗克、波尔、薛定谔、海森堡到费曼，跟随量子力学从诞生到今天发展的历程。
基本概念
了解量子力学最基本的概念，如波粒二象性、不确定性原理、量子纠缠。
不可知原理和不确定性原理 量子计算的基础
学习测量和不确定性原理对我们 理解微观世界至关重要的原因。
了解量子计算机能够做哪些传统 计算机不能做的事情。
微观的量子力学现象
1 原子光谱学和电子自旋共振
了解如何利用量子力学理论为科学家最初不得不研究的问题提供答案。
2 超导和量子隧道效应
深入理解量子力学在材料科学中的应用。

Light beam
metal
electric current
11
能量量子化的假设
造成以上难题的原因是经典物理学认为 能量永远是连续的。
如果能量是量子化的，即原子吸收或发 射电磁波，只能以“量子”的方式进行， 那末上述问题都能得到很好的解释。
12
能量量子化概念对难题的解释
原子寿命 ①原子中的电子只能处于一系列分立的能级之中。
18
当 kT hc（高频区）
E(, T)

2hc2 5
e hc
kT
Wein公式
当 kT hc（低频区）
E(, T)

2c 4
kT
Rayleigh–Jeans公式
19
能量量子化概念对难题的解释
对光电效应的解释
如果电子处于分立能级且入射光的能 量也是量子化的，那么只有当光子的能 量（E =hυ）大于电子的能级差，即E =hυ > En－Em时，光电子才会产生。如 果入射光的强度足够强，但频率υ足够 小，光电子是无法产生的。
2 , k 2 / ,
得到 d 2 0,所以，t x(t)
dk 2 m
物质波包的观点夸大了波动性的一面，抹杀 了粒子性的一面，与实际不符。
45
（2）第二种解释：认为粒子的衍射行为是大 量粒子相互作用或疏密分布而产生的行为。 然而，电子衍射实验表明，就衍射效果 而言， 弱电子密度＋长时间＝强电子密度＋短时间 由此表明，对实物粒子而言，波动性体 现在粒子在空间的位置是不确定的，它是以 一定的概率存在于空间的某个位置。
2
这面临着两个问题：
1、信号电磁波所覆盖的区域包括大量的 元件，每个元件的工作状态有随机性，但 器件的响应具有统计性；

详细描述
量子计算和量子通信是量子力学的重要应用之一，具有比传统计算机和通信更高的效率和安全性。
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式，具有比传统计算机更快的计算速度和更高的安全性。量子通信是一种基于量子力学原理的通信方式，可以保证通信过程中的安全性和机密性。这两个应用具有广泛的应用前景，包括密码学、金融、人工智能等领域。
薛定谔方程
广泛应用于原子、分子和凝聚态物理等领域，可以用于描述物质的量子性质和现象。
薛定谔方程的应用
哈密顿算符与薛定谔方程
03
量子力学中的重要概念
是量子力学中的一种重要运算符号，用于描述量子态之间的线性关系，可以理解为量子态之间的“距离”。
狄拉克括号
是一种量子化方法，通过引入正则变量和其对应的算符，将经典物理中的力学量转化为量子算符，从而建立量子力学中的基本关系。
描述量子系统的状态，可以通过波函数来描述。
量子态与波函数
量子态
一种特殊的函数，可以表示量子系统的状态，并描述量子粒子在空间中的概率分布。
波函数
波函数具有正交性、归一性和相干性等性质，可以用于计算量子系统的性质和演化。
波函数的性质
一种操作符，可以用于描述物理系统的能量和动量等性质。
哈密顿算符
描述量子系统演化的偏微分方程，可以通过求解该方程得到波函数和量子系统的性质。
量子优化
量子优化是一种使用量子计算机解决优化问题的技术。最著名的量子优化算法是量子退火和量子近似优化算法。这些算法可以解决一些经典优化难以解决的问题，如旅行商问题、背包问题和图着色问题等。然而，实现高效的量子优化算法仍面临许多挑战，如找到合适的启发式方法、处理噪声和误差等。
量子信息中的量子算法与量子优化
解释和预测新材料的物理性质，如超导性和半导体性质等。

23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！

量子力学课程总结
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈

To see a world in a grain of sand and a heaven in a wild flower Hold infinite in the palm of your hand and eternity in an hour.
一粒沙里有一个世界 一朵花里有一个天堂 把无穷无尽握于手掌 永恒宁非是刹那时光 (荷兰，乌仑贝克，1925年电子自旋发现者）
一． 黑体辐射问题
黑体：一个物体能全部吸收辐射在它上面的电磁波而无反 射。 热辐射：任何物体都有热辐射。 当黑体的辐射与周围物体处于平衡状态时的能量分布：
热力学+特殊假设→维恩公式, (长波部分不一致). 经典电动力学+统计物理学→瑞利金斯公式（短波部分完 全不一致） 二．光电效应
光照在金属上有电子从金属上逸出的现象，这种电子叫光 电子。光电效应的规律： （1）存在临界频率 ； （2）光电子的能量只与光的频率有关，与光强无关，光 频率越高，光电子能量越大，光强只影响光电子数目。光 强越大，光电子数目越多。
1921诺贝尔物理学奖
• A.爱因斯坦 • 对现代物理方面的
贡献，特别是阐明 光电效应的定律
二、爱因斯坦光量子理论
爱因斯坦在普朗克能量子论基础上进一步提出光量 子（或光子）的概念。辐射场是由光量子组成的，光 具有粒子特性，既有能量，又有动量。
光是以光速 c 运动的微粒流，称为光量子（光子）
光子的能量 h 说明光具有微粒性
m m0
1
v2 c2
h
n
c
h 0
c
n0
X
mv
0
2h m0c
sin2
2
康普顿散射公式
c
h m0c

1
21
二、氢原子
势能
U
e2 4 0 r
+
r
定态薛定谔方程
2 2 e 2 U E 2m 4 0 r
用球坐标 x r sin cos 通过分离变量将方程分解为 y r sin sin 分别与变量r、、有关的3 y z r cos 个方程。 r z O x 方程有解的条件直接引出了 微观领域里的量子化条件。
To 41
作者 余 虹 22
2019/4/1
1、能量量子化
量子理论：具有确定能量的原 子不辐射电磁波；仅当电子在 不同的“轨道”跃迁或者说在 不同的能级间跃迁时才辐射。 频 率满足 氢原子
6 5
P. S. 4 3 B. S. L. S. -13.6 eV 2 第一
激发态
h En Em
En
x
2019/4/1
作者 余 虹
17
二、势垒穿透 U0 势 垒
1 量 子 理 论 2 3
经 典 理 论
1.E >U0的粒子， 越过势垒。 2.E <U0的粒子， 不能越过势垒。
a
1.E > U0 的粒子，也存在被弹回的概 率—— 反射波。 2.E < U0 的粒子，也可能越过势垒到达3 区—— 隧道效应。 2a 2 m (U 0 E ) 穿透概率
驻波
16
作者 余 虹
一维无限深势阱中粒子的能级、波函数和概率密度
wn n En
n=3
2
En
E 3 9 E1
n
2 3 3 sin x a a
w3
w2
n=2 n=1
E 2 4 E1

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2、原子核外电子运动区域与电子能量的关系：
电子能量高在离核远的区域内运动，电子能量低在离核近 的区域内运动 ，把原子核外分成七个运动区域，又叫电 子层，分别用n=1、2、3、4、5、6、7…表示，分别称 为K、L、M、N、O、P、Q…，n值越大，说明电子离核 越远，能量也就越高。
电子层序数（n） 1 2 3 4 5 6 7
1、原子核外电子的分层排布
原子核
电子层
+2
+10
He
核电荷数 Ne
该电子层 上的电子
+18
Ar
+1 +8
+12
H
O第4页/共21页
Mg
原子结构示意图
为了形象地表示原子的结构，人们就创
造了“原子结构示意图”这种特殊的图形。
第3层 第2层
原子核
第1层
原子核带正电
核电荷数
+ 15 2 8 5
K层 L层 M层
Mg 失 2e-
Mg2+（带2个单位正电荷）
2、活泼非金属元素的原子容易得到电子 变为带负电荷的阴离子，阴离子所带负电 荷的数目等于原子得到的电子的数目。
O 得 2e-
O2（- 带2个单位负电荷）
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问题解决：氧化镁的形成
宏观：氧气和金属镁反应生成氧化镁，氧化 镁是氧元素与镁元素相结合的产物。
一些元素的原子得失电子的情况
元素
Na Mg O Cl
化合价
原子最外层电 失去（或得到）
子数目
电子的数目
2
6
-1
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问题解决
原子
①最外层电子数﹤4时，容易失去电子

Thank you
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
量子力学课程总结
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿