简单的说,量子力学就是物理学中探索微观世界的理论,它描述了粒子如电子、原子核等的行为。量子力学试图用数学和物理概念来解释宇宙中最小的粒子是如何运作的。
量子力学认为,宇宙中最小的粒子是基本粒子,它们既不可分割也不可拆分,它们会以一种不可预测的方式在时空中穿梭。这些粒子能够在两个或更多的状态中互相转换,这个转换的过程通常称为量子跃迁。
量子力学还表明,宇宙中的粒子具有双重性,即它们既可以像粒子一样行动,又可以像波一样行动。这意味着相同的粒子可以在不同的实验条件下表现出不同的行为,而这种行为也取决于观察者的意识。
不是因为量子力学的不确定性原理表明,对于微观粒子而言,它的位置和动量是不能同时准确确定的,即存在一定的随机性和不确定性,这意味着世界并不是完全由预定的规律所支配。
此外,量子力学还提出了“测量即塌缩”原理,也就是说,在对微观粒子进行测量时,其状态会发生改变,而这个测量结果也是随机的。
这些探究表明,量子力学并未证明一切都是定数。
例如,目前的量子力学并未与爱因斯坦广义相对论相一致,如何将这两者进行统一成为一个整体则是研究的重点之一。
此外,量子计算等领域也有着广泛的应用前景,值得深入探讨和研究。
《量子力学》研究生科目考试大纲如下:
一.考试要求
量子理论是处理介观和微观领域问题的重要理论工具,在诸多高新科技领域得到了广泛应用。量子力学的许多基本概念和方法与经典物理迥然不同,对考生的要求是:
1.掌握量子力学的基本概念、基本原理和基本物理规律;
2.掌握量子力学处理问题的基本方法,能够运用这些方法处理微观粒子运动的一些基本问题,具有一定的公式推导能力;
3.能够灵活运用量子力学知识分析和解决较综合性问题。
二.考试内容
1 量子力学的诞生
经典物理学遇到的困难(黑体辐射、光电效应、康普顿效应、原子光谱等);量子理论的诞生(普朗克能量子假说、爱因斯坦光量子假说和玻尔的氢原子结构理论等),理解微观粒子运动的特殊性。
2 波函数与薛定諤方程
掌握波函数的统计解释,状态叠加原理,薛定諤方程,几率密度与几率流密度,波函数满足的自然条件和边界条件。
3 一维定态问题
掌握一维定态的一般性质,在给定的简单的位势下能正确求解定态薛定谔方程。
束缚态问题:方形势阱;函数势阱;线谐振子。
非束缚态问题:自由粒子;梯形位;方势垒;函数势垒。
4 力学量的算符表示
算符的概念及其运算规则;厄米算符的本征问题;坐标算符和动量算符的本征解;共同本征函数系;展开假定;不确定关系;力学量随时间的变化;对称性。
5 中心力场
掌握球方势阱、氢原子问题的求解方法、求解过程及结果。掌握角动量算符本征值问题的求解方法,理解对称性与简并度的关系。
6 表象理论
状态的表象;力学量和量子力学公式的矩阵表示;幺正变换;狄拉克符号;封闭关系;表象变换。
7 自旋与角动量加法
自旋;泡利矩阵;电磁场中的薛定谔方程;升降算符;角动量加法;精细结构和蔡曼效应。
8 近似方法
无简并微扰论(能量修正到二级,波函数修正到一级);简并微扰论(能量修正到一级);氢原子的斯塔克效应;变分法(基态、第一激发态),与时间有关的微扰论。
9 多体理论
全同性原理;泡利不相容原理;两个电子的自旋函数;对称波函数与反对称波函数。
三. 试卷结构
考试时间为180分钟,满分为150分。
题型结构
基本概念、原理等基础知识 (约50分)
一般性问题的分析,求解 (约70分)
灵活运用所学知识求解综合性问题 (约30分)
四. 参考书目
1.井孝功.《量子力学》、《量子力学习题解答》.哈尔滨工业大学出版社, 2009 年 修订版。
3.曾谨言. 《量子力学教程》. 高等教育出版社,2003年。