什么是量子力學(xué)

究竟是什么機制使空腔的原子產(chǎn)生出所觀察到的黑體輻射能量分布，對此問題的研究導(dǎo)致了量子物理學(xué)的誕生。? ?
1900年１２月１４日Planck 提出：?????? ?如果空腔內(nèi)的黑體輻射和腔壁原子處于平衡，那么輻射的能量分布與腔壁原子的能量分布就應(yīng)有一種對應(yīng)。作為輻射原子的模型，Planck 假定：
（1）原子的性能和諧振子一樣，以給定的頻率 v 振蕩；
（2）黑體只能以 E = hv 為能量單位不連續(xù)的發(fā)射和吸收輻射能量，????? 而不是象經(jīng)典理論所要求的那樣可以連續(xù)的發(fā)射和吸收輻射能量。

量子力學(xué)是研究微觀粒子（如電子、原子、分子等）運動規(guī)律的理論。原子核和固體的性質(zhì)以及其他微觀現(xiàn)象，目前已基本上能從以量子力學(xué)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代理論中得到說明?，F(xiàn)在量子力學(xué)不僅是物理學(xué)中的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學(xué)和許多近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。

上世紀(jì)末和本世紀(jì)初，物理學(xué)的研究領(lǐng)域從宏觀世界逐漸深入到微觀世界；許多新的實驗結(jié)果用經(jīng)典理論已不能得到解釋。大量的實驗事實和量子論的發(fā)展，表明微觀粒子不僅具有粒子性，同時還具有波動性（參見波粒二象性），微觀粒子的運動不能用通常的宏觀物體運動規(guī)律來描寫。德布羅意、薛定諤、海森堡，玻爾和狄拉克等人逐步建立和發(fā)展了量子力學(xué)的基本理論。應(yīng)用這理論去解決原子和分子范圍內(nèi)的問題時，得到與實驗符合的結(jié)果。因此量子力學(xué)的建立大大促進了原子物理。固體物理和原子核物理等學(xué)科的發(fā)展，它還標(biāo)志著人們對客觀規(guī)律的認(rèn)識從宏觀世界深入到了微觀世界。

量子力學(xué)是用波函數(shù)描寫微觀粒子的運動狀態(tài)，以薛定諤方程確定波函數(shù)的變化規(guī)律，并用算符或矩陣方法對各物理量進行計算。因此量子力學(xué)在早期也稱為波動力學(xué)或矩陣力學(xué)。量子力學(xué)的規(guī)律用于宏觀物體或質(zhì)量和能量相當(dāng)大的粒子時，也能得出經(jīng)典力學(xué)的結(jié)論。在解決原子核和基本粒子的某些問題時，量子力學(xué)必須與狹義相對論結(jié)合起來（相對論量子力學(xué)），并由此逐步建立了現(xiàn)代的量子場論。

量子力學(xué)是研究微觀粒子的運動規(guī)律的物理學(xué)分支學(xué)科，它主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，它與相對論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。量子力學(xué)不僅是近代物理學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，而且在化學(xué)等有關(guān)學(xué)科和許多近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。

量子力學(xué)的基本原理包括量子態(tài)的概念，運動方程、理論概念和觀測物理量之間的對應(yīng)規(guī)則和物理原理。

在量子力學(xué)中，一個物理體系的狀態(tài)由波函數(shù)表示，波函數(shù)的任意線性疊加仍然代表體系的一種可能狀態(tài)。狀態(tài)隨時間的變化遵循一個線性微分方程，該方程預(yù)言體系的行為，物理量由滿足一定條件的、代表某種運算的算符表示；測量處于某一狀態(tài)的物理體系的某一物理量的操作，對應(yīng)于代表該量的算符對其波函數(shù)的作用；測量的可能取值由該算符的本征方程決定，測量的期待值由一個包含該算符的積分方程計算。

波函數(shù)的平方代表作為其變數(shù)的物理量出現(xiàn)的幾率。根據(jù)這些基本原理并附以其他必要的假設(shè)，量子力學(xué)可以解釋原子和亞原子的各種現(xiàn)象。

關(guān)于量子力學(xué)的解釋涉及許多哲學(xué)問題，其核心是因果性和物理實在問題。按動力學(xué)意義上的因果律說，量子力學(xué)的運動方程也是因果律方程，當(dāng)體系的某一時刻的狀態(tài)被知道時，可以根據(jù)運動方程預(yù)言它的未來和過去任意時刻的狀態(tài)。

但量子力學(xué)的預(yù)言和經(jīng)典物理學(xué)運動方程(質(zhì)點運動方程和波動方程)的預(yù)言在性質(zhì)上是不同的。在經(jīng)典物理學(xué)理論中，對一個體系的測量不會改變它的狀態(tài)，它只有一種變化，并按運動方程演進。因此，運動方程對決定體系狀態(tài)的力學(xué)量可以作出確定的預(yù)言。

但在量子力學(xué)中，體系的狀態(tài)有兩種變化，一種是體系的狀態(tài)按運動方程演進，這是可逆的變化；另一種是測量改變體系狀態(tài)的不可逆變化。因此，量子力學(xué)對決定狀態(tài)的物理量不能給出確定的預(yù)言，只能給出物理量取值的幾率。在這個意義上，經(jīng)典物理學(xué)因果律在微觀領(lǐng)域失效了。

據(jù)此，一些物理學(xué)家和哲學(xué)家斷言量子力學(xué)擯棄因果性，而另一些物理學(xué)家和哲學(xué)家則認(rèn)為量子力學(xué)因果律反映的是一種新型的因果性——幾率因果性。量子力學(xué)中代表量子態(tài)的波函數(shù)是在整個空間定義的，態(tài)的任何變化是同時在整個空間實現(xiàn)的。

20世紀(jì)70年代以來，關(guān)于遠(yuǎn)隔粒子關(guān)聯(lián)的實驗表明，類空分離的事件存在著量子力學(xué)預(yù)言的關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)是同狹義相對論關(guān)于客體之間只能以不大于光速的速度傳遞物理相互作用的觀點相矛盾的。于是，有些物理學(xué)家和哲學(xué)家為了解釋這種關(guān)聯(lián)的存在，提出在量子世界存在一種全局因果性或整體因果性，這種不同于建立在狹義相對論基礎(chǔ)上的局域因果性，可以從整體上同時決定相關(guān)體系的行為。

量子力學(xué)用量子態(tài)的概念表征微觀體系狀態(tài)，深化了人們對物理實在的理解。微觀體系的性質(zhì)總是在它們與其他體系，特別是觀察儀器的相互作用中表現(xiàn)出來。

量子力學(xué)表明，微觀物理實在既不是波也不是粒子，真正的實在是量子態(tài)。真實狀態(tài)分解為隱態(tài)和顯態(tài)，是由于測量所造成的，在這里只有顯態(tài)才符合經(jīng)典物理學(xué)實在的含義。微觀體系的實在性還表現(xiàn)在它的不可分離性上。量子力學(xué)把研究對象及其所處的環(huán)境看作一個整體，它不允許把世界看成由彼此分離的、獨立的部分組成的。關(guān)于遠(yuǎn)隔粒子關(guān)聯(lián)實驗的結(jié)論，也定量地支持了量子態(tài)不可分離性的觀點。

人們對觀察結(jié)果用經(jīng)典物理學(xué)語言描述時，發(fā)現(xiàn)微觀體系在不同的條件下，或主要表現(xiàn)為波動圖象，或主要表現(xiàn)為粒子行為。而量子態(tài)的概念所表達的，則是微觀體系與儀器相互作用而產(chǎn)生的表現(xiàn)為波或粒子的可能性。