Friday, August 29, 2014

bellbasis 束缚态的时候,电子可以存在的态是分立的(薛定谔方程的解),意味着不是任何能量的光子都能使得电子从一个态变成另一个态,那么大多数时候也就没法辐射了

圆周率谐音 回复日期:2010-07-18 20:34:10
  
  首先,你还是要从概率上理解量子力学,而不是波动上。通常的机械波,比如水的表面波,是一个一个挨在一起的水分子震荡,形成的宏观的波动图样。
  概率波(你所说的物质波)是单个粒子在空间中出现的概率幅度对应的图样。不是说这个粒子必须一扭一扭地前进。
  
  我们说概率波,说的是复数的概率波形势,概率波的实际观测量都是绝对值的平方,所以有的时候我们看不见波动效应,只是因为概率波绝对值平方是看不出周期规律的。
  
  举个例子,你观测水表面波的时候,波的振幅对应量子力学的粒子的波函数振幅,但是波上每个质点的能量,对应量子力学观测量。你计算一下能量(平均振幅平方)就发现水面的能量分布式均匀的,没有波的形状。
  
  而发生干涉时,水面有的地方振幅永远是0,就是这里的能量也永远是0,画成能量分布图样,就出现干涉条文了。
  
  所以,根本作用的是波的振幅及其相位(波函数),观测结果是振幅平方的分布,所以相互作用的时候是先叠加波函数,再绝对值平方,这个时候就出现干涉了。
  
  静止只是自由运动的一个变换而已(换个参考系而已)没有特殊性。这是物理学基本原理。

作者:bellbasis 时间:2010-07-22 16:06:20
    作者:bellbasis 回复日期:2010-07-22 03:09:45
    bellbasis你也一定程度的认可“高斯波包”对应粒子实在,可怪侠不这么认为,这可不能含糊,这是个很根本的问题,不仅仅是个认知论问题,而是从根本上认知世界的出发点的问题,他是对构建什么更本质性场论以及物理何去何从的方向性问题。当今在科学界对“高斯波包”的认可度能占几成呢?
  
  
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  ....................在粒子物理里面,探测器观测到的物理量都是这种高斯波包……因为探测器的精度是有限的。
  
  袁前辈的意思是,一个函数可以fourier展开成平面波叠加,例如delta(x)展开成exp(ipx)的叠加,无穷个动量各不相同的平面波叠加。这只是一种数学手段。我们是否观测到这种平面波(哪个动量分量)取决于我们是否需要测量动量……如果不需要的话,跟本不需要展开。我不知道你对fourier展开有多少了解,但是这和量子力学无关,这只是一种数学而已,在电子电路里面经常用到(当然还有laplace变换),你先想一想这种变换在电路中对电信号的处理,能不能理解,能不能通过你的逻辑。高斯波包的fourier对应变换是高斯波包,所以我们能同时测量坐标和动量(一定精度上)。
  
  另外,我觉得你的问题还是没有理解静止的定义,delta(x)和delta(p)的区别在哪里。如果我们不谈论delta(x),就没有以上问题了。还有,我强调无论粒子以什么波形出现,那只是概率分布图样,不是粒子就是那个样子的……
 
 
楼主圆周率谐音 时间:2010-07-22 17:38:16

  作者:bellbasis 回复日期:2010-07-22 16:06:20
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  在一般意义上可用数学方式无穷级数展开,但这里好像不是首先对一个成型函数的展开,而是直接假想出的一种跟数学无穷级数类似的数学模型,当然也只有这样,才能所谓解决类似孤波子不散的理论基础.所以在这里一切都好像本末倒置了,而按你说的,它是对一个什么样子函数实施无穷级数展开的呢?
  
作者:bellbasis 时间:2010-07-22 19:19:35
    作者:bellbasis 回复日期:2010-07-22 16:06:20
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    在一般意义上可用数学方式无穷级数展开,但这里好像不是首先对一个成型函数的展开,而是直接假想出的一种跟数学无穷级数类似的数学模型,当然也只有这样,才能所谓解决类似孤波子不散的理论基础.所以在这里一切都好像本末倒置了,而按你说的,它是对一个什么样子函数实施无穷级数展开的呢?
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  能使用这个模型,来自于量子力学的基本假设之一,x p的对易关系(p的算符化)。
  如果承认这点,后面的都是自然的事情了。
  
  我觉得你一直没明白一件事情,粒子还是粒子,一个粒子不会“散开“即使是平面波。
  散开的是粒子出现的概率分布,不是粒子本身。
 
 
楼主圆周率谐音 时间:2010-07-22 19:41:32

  作者:bellbasis 回复日期:2010-07-22 19:19:35
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  你可能理解错了我说的"散开"这个意思了.
  用于表示能量消散,产生辐射,损失能量,只要涉及到波的稳定,这是首当其中考虑的.
作者:bellbasis 时间:2010-07-22 20:09:32
  作者:圆周率谐音 回复日期:2010-07-22 19:41:32
    作者:bellbasis 回复日期:2010-07-22 19:19:35
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    你可能理解错了我说的"散开"这个意思了.
    用于表示能量消散,产生辐射,损失能量,只要涉及到波的稳定,这是首当其中考虑的.
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  关于能量变化的问题,量子力学认为,最基本的是粒子态,当态不变的时候,能量也不变,能量的变化(态的变化)必然来自于外界的相互作用。辐射的产生来自于,比如一磁场中运动的电子,时刻和磁场(光子)交换着能量。电子的态发生连续变化,那么可能产生辐射。
  束缚态的时候,电子可以存在的态是分立的(薛定谔方程的解),意味着不是任何能量的光子都能使得电子从一个态变成另一个态,那么大多数时候也就没法辐射了。
  
  也许你对量子力学的一些基本假设产生疑问?那么只能说实验证明了这些假设的正确,
 
 
作者:bellbasis 时间:2010-07-22 20:19:24
  你试试这个逻辑
  
  量子力学基本原理-》薛定谔方程的解-》电子可以存在的状态(其他状态概率为0)-》氢原子情况下是分立的状态的概率分布||自由电子情况下是连续平面波状态的概率分布(只有这里才出现了波)
  
  所以物质波只是一种早期想法,只是量子力学的一个解。你要问氢原子情况下的相速度是没什么意思的,氢原子情况下是只是一种特殊的分布而已。当然这时粒子的速度是可以求得的,但是和平面波没有什么直接关系。
楼主圆周率谐音 时间:2010-07-22 20:24:50

  
  作者:bellbasis 回复日期:2010-07-22 20:09:32
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    你说"<束缚态的时候,电子可以存在的态是分立的(薛定谔方程的解),意味着不是任何能量的光子都能使得电子从一个态变成另一个态,那么大多数时候也就没法辐射了。>
  这句话是你说的么,不敢相信了.完了,你怎么又用"大多数时候"呢
    
    你说<也许你对量子力学的一些基本假设产生疑问?那么只能说实验证明了这些假设的正确>
  我的那一句话让你得到了我对量子力学产生怀疑的印象了.不过我确实有爱因斯坦的心素.
作者:bellbasis 时间:2010-07-22 20:31:52
  束缚态的时候,电子可以存在的态是分立的(薛定谔方程的解),意味着不是任何能量的光子都能使得电子从一个态变成另一个态,那么大多数时候也就没法辐射了。
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  少数的时候是光子能量刚好等于能级的差别……
 
 


作者:bellbasis 时间:2010-07-22 20:41:28
    作者:bellbasis 回复日期:2010-07-22 20:31:52
        少数的时候是光子能量刚好等于能级的差别……
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    如果用刚好这个说法的化,世界上没有刚好的能级光子来碰的,所以,也就不可能发生态的跳跃
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  我们不可能完全处于绝对精确的那种能级的本征态(实际上是有宽度的,不过和能级之间的宽度相比很小而已),还有实验精度问题。而入射光子也不是单纯平面波,其动量是一个高斯分布,涵盖了需要跃迁能级的区间就可以了。

科学研究早期的摸索阶段用一些类比是很正常的,但是类比不是等同,你明白这点就可以了。其中最大的不同在于,机械波必须有介质,是介质中物质的相互作用效应,但是概率波不需要“介质“它只是概率分布而已。

作者:bellbasis 时间:2010-07-22 21:12:40
  那么请问你,除了数学形式之外,量子力学哪里必须要用波的概念了?
  定态的解无非是列出方程之后解方程而已。其解是驻波形式而已。其他更多情况下的解都不是驻波或者平面波形式,非要用波的概念去强行理解这些解么?那只是一种概率分布图样而已。
 
 
bellbasis 时间:2010-07-27 23:51:45
    作者:袁士霄 回复日期:2010-07-27 17:22:07
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    薛定谔定态方程的建立确实没有直接借助当时由驻波计算出的各种能级公式,这一点我确实说错了,但薛定谔在建立薛定谔定态方程的时候使用了,Ψ(x,t) = ψ(x)f(t),而ψ(x)f(t)的数学形式所形成的图像Ψ(x,t) 应该是一个驻波数学图形,所以薛定谔也毕竟是根据当时依据驻波定态的思维模式,殊途同归,并有摘取别人成果果实的嫌疑,而建立的定态薛定谔方程。请你给进一步评述。
  
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  关于薛定谔方程的建立,先猜出自由粒子对应平面波,然后根据H=P^2/2M ,猜出p对应的算符和t对应的算符。得出自由粒子薛定谔方程。这个时候,你也学可以说借鉴了波,(自由粒子是平面波么),但是引入势能项之后,方程的解就五花八门什么都可以了,平面波或者驻波很多时候就没法解释了。所以楼主有疑问。这个时候,就是纯粹的解方程了,和什么波没什么关系了。
  
  所以当量子理学体系完善以后。我们喜欢用算符做基本假设,而不是平面波做基本假设。因为算符的基本假设逻辑上更根本。平面波只是一个解,驻波也只是一个解,更多时候是非常复杂的乱七八糟函数的解。
 
 
作者:bellbasis 时间:2010-07-28 01:07:36
  作者:圆周率谐音 回复日期:2010-07-28 00:11:20
    作者:bellbasis 回复日期:2010-07-27 23:51:45
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    方程是人脑思维判断推理的继续,但方程必须有很多的基本数学原理来构建。但人们单靠数学原理也能解决很多的问题,比如民间有很多的数字数学游戏,他们虽然不懂方程,但只要足够聪明,他们也能得出结果,而我们知道这类问题使用方程一般再简单不过了,这就说明方程这个工具的威力,但这种威力跟其建构方程的原理是两码事。
  
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  实际上是这个思路:
  1: 观测实验,觉得粒子有波动性,猜测自由粒子是平面波,并做一些简单预言。
  2: 通过平面波,和薛定谔方程(H|psi>=E|psi>,这个方程很抽象,解决不了任何问题),猜测这个抽象方程的现实对应,即p为坐标的偏微分,E为时间的偏微分。即确定力学量和算符的对应关系。
  3:写出H的一般形式,即H包含任何形式的势能。利用偏微分算符,原则上可以解出任何波函数的解,但是这个解不一定是平面波或者驻波,可以是任何东西(引入势能是经典力学哈密顿量要求的,必须有动能项和势能项,你的一切分歧都来此于此,但是这一项是经典要求,不是量子要求)。
  4:实验验证一些复杂的解,比如氢原子,比如谐振子,等等,发现和实验相符。
  5:确立力学量对应算符作为基本原理。
  
  
  类比一下这个逻辑:
  1, 牛顿看见重物下落
  2, 牛顿认为万有引力
  3, 牛顿观察开普勒3定律觉得万有引力是平方反比(不记得是不是这样了)
  4, 牛顿确定万有引力公式
  5, 万有引力公式作为牛顿力学基本原理之一
  
  最初得到定律的时候,需要一些启发性思维和类比(比如你所说的数字游戏),(比如波动的引入)但是不代表一开始的启发性思维就是整个理论框架的基础。苹果,开普勒3定律都是基本定律描述现象的一个子集,但是他们不能描述其他的东西,所以不是基本的。所以说平面波和驻波有他们存在的地方,但是绝对不是基本的。试图用这个解释一切,是不可能的。
  
  在接触未知世界的时候,第一次观察(接触)会让我们有很多灵感,对于暂时不能列出方程描述的东西,我们会用类比去描述未知事物,但是当充分了解之后,必然有更基本的概念,第一次看见的东西仅仅是微不足道的一小部分而已。你理解了么?
  
  所以你跟着物质波的思路历程,经历的只是发现定律的原初思维,而不是看见了完整的量子力学框架。其实很多科普的手法就是如此的(因为框架总是要涉及方程,方程总是枯燥的),比如非常经典的时空的弯曲用一个膜来描述,但是你能用一个重物和膜去真正计算出黑洞的引力场么?无论你怎么摆弄那个重物恐怕都不行吧。
 
 
理论的最初设想不一定总是正确的,只要在当时的条件有其先进性就可以了(比如日心说)。后来完善理论后,不一定要字字按照当时的原初设想去理解。理解其核心就可以了。比如物质波,其核心就是微观物质运动规律和波类似(自由态下),但是并不需要用这句话去解释所有的束缚态。
  薛定谔方程的关键不是驻波,而是平面波,恰恰是平面波给出力学量对应算符,驻波引入势能,已经不是最简单的猜想了。
 
 
量子力学基本原理有很多表述,我前面贴的是我喜欢的一种,其他的表述之间可以互相推导。但是没有用物质波作为基本原理的(因为物质波描述只是一种“现象”,比如苹果会下落的描述,但是苹果会下落不是基本原理)。
  光子的,喀什米尔效应算一个么,但是那个倒是没什么好分析的。实际上很多束缚态是非常复杂的。能解析解的很多要求高度对称或者做了很大近似。大多数时候我们研究的是散射态(碰撞),相互作用能量和自身动能相比越大,求解越难(比如静止原子核内部的强相互作用),因为微扰很难收敛或者就不收敛。所以这些方面很多时候都是无解或者有经验公式,唯像理论来解释
 
 
 http://baike.baidu.com/view/69349.htm
  1我想这个解释挺好的。
  2束缚态我懂得不多。
  3两个质子/反质子可以形成质子偶素,但是我不懂之间怎么计算。前面说过,束缚态是非常难计算的。光子应该不会形成这种现象。光子和光子不会发生直接相互作用(电磁场叠加原理)。唯像理论很多,但是我知识不够不懂,但其大致也就是猜一种形式然后看看能不能描述实验而已。所谓唯像理论就是诸如F=uN(摩擦力公式)这样的。能给出一定信息,但是并不是根本描述,只是一种总结。
  矩阵力学(用矩阵描述力学形式) 和用波动方程描述量子体系:
  量子力学的基本是态,描述一个粒子的状态,比如用一句话:
  一个自旋为上,坐标为x,的粒子。两个状态参量,自旋,坐标,|x,s>
  量子力学描述的是状态的变化,比如变到|x2,s2>
  是如何变化的。
  矩阵力学就是把这样的尖括号看成向量,作用其上的算符看成矩阵,做形式推导。
  优点是非常简洁,概念清晰,但是到最后如果真的要计算x的分布,还是要解方程,或者说解方程解出一组解,作为态矢量的基,然后在这个基础上做组合推导。这就是矩阵力学。比如角动量理论。球谐函数每个都要很bt的解方程解出来,但是当你解出一组之后,对于个问题只需要研究是这些基的什么样的组合,只要用矩阵力学就可以简单推导,不需要重新解方程。
  波动力学虽然上来就可以解出解,但是很多时候不需要知道具体解的形式,解方程就累赘了。
  他们的共同之处在于,波动力学对应一个本征矢求解,矩阵力学研究本征矢量的组合,都是研究同一个空间中态-》态是如何变化的,都可以用基本原理解释,推导出

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