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1、经典物理学的成就经典物理学的成就经典物理学的成就经典物理学的成就18751875年，德国基尔有一位名叫马克斯年，德国基尔有一位名叫马克斯年，德国基尔有一位名叫马克斯年，德国基尔有一位名叫马克斯 普朗克的年轻人犹豫不决，不知道这辈子普朗克的年轻人犹豫不决，不知道这辈子普朗克的年轻人犹豫不决，不知道这辈子普朗克的年轻人犹豫不决，不知道这辈子究竟是该从事数学还是该从事物理学。人究竟是该从事数学还是该从事物理学。人究竟是该从事数学还是该从事物理学。人究竟是该从事数学还是该从事物理学。人们由衷地劝他不要选择物理学，因为物理们由衷地劝他不要选择物理学，因为物理们由衷地劝他不要选择物理学，因为物理们由衷地劝
2、他不要选择物理学，因为物理学的重大问题都已得到解决。他们斩钉截学的重大问题都已得到解决。他们斩钉截学的重大问题都已得到解决。他们斩钉截学的重大问题都已得到解决。他们斩钉截铁地告诉他，下个世纪将是个巩固和提高铁地告诉他，下个世纪将是个巩固和提高铁地告诉他，下个世纪将是个巩固和提高铁地告诉他，下个世纪将是个巩固和提高的世纪，不是个革命的世纪。的世纪，不是个革命的世纪。的世纪，不是个革命的世纪。的世纪，不是个革命的世纪。以后物理学家的工作就是把一些数据小以后物理学家的工作就是把一些数据小以后物理学家的工作就是把一些数据小以后物理学家的工作就是把一些数据小数点后面多添加几位。数点后面多添加几位。数点后
3、面多添加几位。数点后面多添加几位。经典物理学的成就经典物理学的成就经典物理学的成就经典物理学的成就经典物理学的成就经典物理学的成就牛顿力学牛顿力学牛顿力学牛顿力学支配天体和力学对象的运动；支配天体和力学对象的运动；支配天体和力学对象的运动；支配天体和力学对象的运动；杨氏双缝实验杨氏双缝实验杨氏双缝实验杨氏双缝实验确定了光的波动性；确定了光的波动性；确定了光的波动性；确定了光的波动性；MaxwellMaxwell方方方方程程程程组组组组的的的的建建建建立立立立把把把把光光光光和和和和电电电电磁磁磁磁现现现现象象象象建建建建立立立立在牢固的基础上；在牢固的基础上；在牢固的基础上；在牢固的基础上；统
4、统统统计计计计力力力力学学学学的的的的建建建建立立立立将将将将个个个个体体体体规规规规律律律律与与与与集集集集体体体体规规规规律律律律联联联联系系系系在一起在一起在一起在一起.乐观情绪笼罩整个物理学界乐观情绪笼罩整个物理学界乐观情绪笼罩整个物理学界乐观情绪笼罩整个物理学界LaplaceLaplace拉普拉斯拉普拉斯拉普拉斯拉普拉斯(1749-1827(1749-1827，法国天文学家、数，法国天文学家、数，法国天文学家、数，法国天文学家、数学家学家学家学家):):给定了方程和初始条件，宇宙的一切都是可以预给定了方程和初始条件，宇宙的一切都是可以预给定了方程和初始条件，宇宙的一切都是可以预给定了
5、方程和初始条件，宇宙的一切都是可以预测的测的测的测的.经典物理学的成就经典物理学的成就经典物理学的困难经典物理学的困难两朵乌云两朵乌云经典物理学的困难经典物理学的困难经典物理学的困难经典物理学的困难年月日，伦敦的皇家研究所，举行了一场重要的科年月日，伦敦的皇家研究所，举行了一场重要的科年月日，伦敦的皇家研究所，举行了一场重要的科年月日，伦敦的皇家研究所，举行了一场重要的科学报告会。开尔文男爵的演讲学报告会。开尔文男爵的演讲学报告会。开尔文男爵的演讲学报告会。开尔文男爵的演讲在热和光动力理论上空的世纪在热和光动力理论上空的世纪在热和光动力理论上空的世纪在热和光动力理论上空的世纪乌云乌云乌云乌云。
6、岁的开尔文爵士以其特有的爱尔兰口音激动地作着结。岁的开尔文爵士以其特有的爱尔兰口音激动地作着结。岁的开尔文爵士以其特有的爱尔兰口音激动地作着结。岁的开尔文爵士以其特有的爱尔兰口音激动地作着结论：论：论：论：“动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯
7、然失色了”这两朵著名的乌云，分别指的是经典物理在这两朵著名的乌云，分别指的是经典物理在这两朵著名的乌云，分别指的是经典物理在这两朵著名的乌云，分别指的是经典物理在光以太光以太光以太光以太和和和和麦克斯韦玻麦克斯韦玻麦克斯韦玻麦克斯韦玻尔兹曼能量均分学说尔兹曼能量均分学说尔兹曼能量均分学说尔兹曼能量均分学说上遇到的难题，也就是指在上遇到的难题，也就是指在上遇到的难题，也就是指在上遇到的难题，也就是指在迈克尔逊莫雷实迈克尔逊莫雷实迈克尔逊莫雷实迈克尔逊莫雷实验验验验和和和和黑体辐射研究黑体辐射研究黑体辐射研究黑体辐射研究中的困境。中的困境。中的困境。中的困境。经典物理学的困难经典物理学的困难两朵乌
8、云两朵乌云经典物理学的困难经典物理学的困难经典物理学的困难经典物理学的困难MichelsonMorleyMichelsonMorley实验否定了实验否定了实验否定了实验否定了“以太以太以太以太”的存在的存在的存在的存在.黑黑黑黑体体体体辐辐辐辐射射射射的的的的实实实实验验验验结结结结果果果果与与与与基基基基于于于于经经经经典典典典统统统统计计计计理理理理论论论论中中中中能能能能量量量量均分假说导致的结论不相符合均分假说导致的结论不相符合均分假说导致的结论不相符合均分假说导致的结论不相符合.一一一一旦旦旦旦深深深深入入入入到到到到分分分分子子子子、原原原原子子子子领领领领域域域域，一一一一些些些
9、些实实实实验验验验事事事事实实实实和和和和经经经经典理论发生矛盾或无法理解。典理论发生矛盾或无法理解。典理论发生矛盾或无法理解。典理论发生矛盾或无法理解。为什么原子不坍塌；为什么原子不坍塌；为什么原子不坍塌；为什么原子不坍塌；光谱线为什么是分立的；光谱线为什么是分立的；光谱线为什么是分立的；光谱线为什么是分立的；钠蒸汽为什么会发射黄光，即有标志谱线；钠蒸汽为什么会发射黄光，即有标志谱线；钠蒸汽为什么会发射黄光，即有标志谱线；钠蒸汽为什么会发射黄光，即有标志谱线；重核会发生重核会发生重核会发生重核会发生 衰变衰变衰变衰变经典物理学的困难经典物理学的困难经典物理学的困难经典物理学的困难狭义相对论狭
10、义相对论及其基本结论及其基本结论爱爱因因斯斯坦坦1 19 90 05 5年年的的狭狭义义相相对对论论论论文文.Galilean相对性原理相对性原理GalileanGalilean相对性原理相对性原理相对性原理相对性原理TheThe lawslaws ofof mechanicsmechanics mustmust bebe thethe samesame inin allallinertialframesofreference.inertialframesofreference.Galilean变换变换问题问题问题问题同样的现象对于不同的观察者会如何表现？同样的现象对于不同的观察者会如何表现？
11、同样的现象对于不同的观察者会如何表现？同样的现象对于不同的观察者会如何表现？同样的现象在不同的同样的现象在不同的同样的现象在不同的同样的现象在不同的坐标系坐标系坐标系坐标系中如何描述？中如何描述？中如何描述？中如何描述？原则原则原则原则物理规律与参照系无关物理规律与参照系无关物理规律与参照系无关物理规律与参照系无关.Physicsindependentofcoordinates.Physicsindependentofcoordinates.Galilean变换变换力学相对性原理力学相对性原理力学现象对一切惯性系来说都具有相同的形式力学现象对一切惯性系来说都具有相同的形式力学现象对一切惯性系来
12、说都具有相同的形式力学现象对一切惯性系来说都具有相同的形式牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变经典力学的绝对时空观经典力学的绝对时空观经典力学的绝对时空观经典力学的绝对时空观对于不同空间地点不同时刻发生的事件对于不同空间地点不同时刻发生的事件对于不同空间地点不同时刻发生的事件对于不同空间地点不同时刻发生的事件狭义相对论的基本假设狭义相对论的基本假设麦克斯韦方程组不服从伽利略变换麦克斯韦方程组不服从伽利略变换麦克斯韦方程组不服从伽利略变换麦克斯韦方程组不服从伽利略变换爱因斯坦的狭义相对论基本假设爱
13、因斯坦的狭义相对论基本假设爱因斯坦的狭义相对论基本假设爱因斯坦的狭义相对论基本假设相对性原理相对性原理相对性原理相对性原理一切物理规律在任何惯性系中形式相同一切物理规律在任何惯性系中形式相同一切物理规律在任何惯性系中形式相同一切物理规律在任何惯性系中形式相同.光速不变原理光速不变原理光速不变原理光速不变原理:在任何惯性系中，光在真空中的速率都相同在任何惯性系中，光在真空中的速率都相同在任何惯性系中，光在真空中的速率都相同在任何惯性系中，光在真空中的速率都相同.EinsteinEinstein的的的的相对性原理相对性原理相对性原理相对性原理是是是是力学相对性原理力学相对性原理力学相对性原理力学相
14、对性原理的发展的发展的发展的发展一切物理规律力学规律Lorentz变换变换(transformation)为什么是线性关系?对称性Lorentz变换变换(transformation)Lorentz变换变换(transformation)Lorentz变换变换(transformation)Lorentz变换变换(transformation)Lorentz变换变换(transformation)前提条件：前提条件：前提条件：前提条件：OOOO 重合时，重合时，重合时，重合时，t=t=0,t=t=0,时钟校对好时钟校对好时钟校对好时钟校对好空间空间空间空间P P点在点在点在点在S S系中系中系
15、中系中t t时刻发生物理事件时刻发生物理事件时刻发生物理事件时刻发生物理事件？为什么把问题弄复杂了？为什么把问题弄复杂了？为什么把问题弄复杂了？为什么把问题弄复杂了？Lorentz变换的结论变换的结论同时的相对性同时的相对性同时的相对性同时的相对性在在在在 S S 系中系中系中系中不同地点不同地点不同地点不同地点同时发生同时发生同时发生同时发生的两事件，的两事件，的两事件，的两事件，在在在在 SS系中这系中这系中这系中这两个事件两个事件两个事件两个事件不是同时不是同时不是同时不是同时发生的发生的发生的发生的.在在在在 S S 系中系中系中系中相同地点相同地点相同地点相同地点同时发生同时发生同时
16、发生同时发生的两事件，在的两事件，在的两事件，在的两事件，在 SS系中这系中这系中这系中这两个事件两个事件两个事件两个事件还是同时还是同时还是同时还是同时发生的发生的发生的发生的.低速空间低速空间低速空间低速空间“同时性同时性同时性同时性”与参照系无关与参照系无关与参照系无关与参照系无关!长度缩短效应长度缩短效应长度缩短效应长度缩短效应方法：在某一参照系中测棒的长度棒，就要测量它方法：在某一参照系中测棒的长度棒，就要测量它方法：在某一参照系中测棒的长度棒，就要测量它方法：在某一参照系中测棒的长度棒，就要测量它的两端点在同一时刻的位置之间的距离的两端点在同一时刻的位置之间的距离的两端点在同一时刻
17、的位置之间的距离的两端点在同一时刻的位置之间的距离结论：结论：结论：结论：原长最长原长最长原长最长原长最长Lorentz变换的结论变换的结论时间膨胀时间膨胀时间膨胀时间膨胀在某惯性系中，同一地点先后发生的两个事件的时在某惯性系中，同一地点先后发生的两个事件的时在某惯性系中，同一地点先后发生的两个事件的时在某惯性系中，同一地点先后发生的两个事件的时间间隔，与在另一惯性系中观察（为发生在两个地点间间隔，与在另一惯性系中观察（为发生在两个地点间间隔，与在另一惯性系中观察（为发生在两个地点间间隔，与在另一惯性系中观察（为发生在两个地点的两个事件）的时间间隔的关系的两个事件）的时间间隔的关系的两个事件）
18、的时间间隔的关系的两个事件）的时间间隔的关系.结论：结论：结论：结论：原时最短原时最短原时最短原时最短Lorentz变换的结论变换的结论双生子佯谬双生子佯谬双生子佯谬双生子佯谬(twinparadoxtwinparadox)阿呆和阿瓜是双胞胎阿呆和阿瓜是双胞胎阿呆和阿瓜是双胞胎阿呆和阿瓜是双胞胎,阿呆坐宇宙飞船阿呆坐宇宙飞船阿呆坐宇宙飞船阿呆坐宇宙飞船以接近光速到太空旅行以接近光速到太空旅行以接近光速到太空旅行以接近光速到太空旅行,多年后回地球多年后回地球多年后回地球多年后回地球,却却却却赫然发现阿瓜比自己年老许多赫然发现阿瓜比自己年老许多赫然发现阿瓜比自己年老许多赫然发现阿瓜比自己年老许多,
19、可是根据可是根据可是根据可是根据狭义相对论狭义相对论狭义相对论狭义相对论,阿瓜也应该发现阿呆比自己阿瓜也应该发现阿呆比自己阿瓜也应该发现阿呆比自己阿瓜也应该发现阿呆比自己老许多老许多老许多老许多,究竟出了什么问题究竟出了什么问题究竟出了什么问题究竟出了什么问题?解答解答解答解答阿呆所处的参考系不是惯性参考系！阿呆所处的参考系不是惯性参考系！阿呆所处的参考系不是惯性参考系！阿呆所处的参考系不是惯性参考系！否则，阿呆回不来！否则，阿呆回不来！否则，阿呆回不来！否则，阿呆回不来！19711971年铯原子钟模拟实验完成，证实了年铯原子钟模拟实验完成，证实了年铯原子钟模拟实验完成，证实了年铯原子钟模拟实
20、验完成，证实了广义相对论效应广义相对论效应广义相对论效应广义相对论效应.时空图与因果关系时空图与因果关系以以以以(x,y,z,ctx,y,z,ct)为四个坐标轴，构成四维时空为四个坐标轴，构成四维时空为四个坐标轴，构成四维时空为四个坐标轴，构成四维时空.其中每个点称为其中每个点称为其中每个点称为其中每个点称为世界点世界点世界点世界点两个世界点之间的距离称为两个世界点之间的距离称为两个世界点之间的距离称为两个世界点之间的距离称为时空间隔时空间隔时空间隔时空间隔四维时空正交变换称为四维时空正交变换称为四维时空正交变换称为四维时空正交变换称为广义广义广义广义LorentzLorentz变换变换变换变
21、换，改变时间，改变时间，改变时间，改变时间间隔和空间间隔，间隔和空间间隔，间隔和空间间隔，间隔和空间间隔，但是但是但是但是不改变时空间隔不改变时空间隔不改变时空间隔不改变时空间隔.时空图与因果关系时空图与因果关系每个每个每个每个“现在现在现在现在/这里这里这里这里”的的的的时空点都有一个光锥时空点都有一个光锥时空点都有一个光锥时空点都有一个光锥,这这这这个时空点可能受到所有个时空点可能受到所有个时空点可能受到所有个时空点可能受到所有下方光锥内时空点下方光锥内时空点下方光锥内时空点下方光锥内时空点(“(“过过过过去去去去”)时空点的影响时空点的影响时空点的影响时空点的影响,而这而这而这而这个个个
22、个“现在现在现在现在”的时空点也的时空点也的时空点也的时空点也可能影响所有在上方的可能影响所有在上方的可能影响所有在上方的可能影响所有在上方的光锥内的时空点光锥内的时空点光锥内的时空点光锥内的时空点(“(“未来未来未来未来”).).在光锥外的时空点在光锥外的时空点在光锥外的时空点在光锥外的时空点(“(“其其其其他地方他地方他地方他地方”),),和和和和“现在现在现在现在”的的的的时空点没有因果关系时空点没有因果关系时空点没有因果关系时空点没有因果关系t tx xy y相对论动力学基本结论相对论动力学基本结论相对论动力学基本结论相对论动力学基本结论狭义相对论并没有推翻经典力学，只是给它限狭义相对
23、论并没有推翻经典力学，只是给它限定了一个适用范围定了一个适用范围.相对论对电动力学的改写相对论对电动力学的改写http:/zh.wikipedia.org/zh-cn/%E5%8B%9E%E4%BE%96%E8%8C%B2%E5%8D%94%E8%AE%8A%E6%80%A7http:/zh.wikipedia.org/zh-cn/%E9%BA%A6%E5%85%8B%E6%96%AF%E9%9F%A6%E6%96%B9%E7%A8%8B%E7%BB%84#.E9.A6.AC.E5.85.8B.E5.A3.AB.E5.A8.81.E6.96.B9.E7.A8.8B.E7.B5.84.E7.9A
24、.84.E5.8D.94.E8.AE.8A.E5.BD.A2.E5.BC.8F相对论应用趣闻相对论应用趣闻开始开始开始开始“不可能不可能不可能不可能”的旅程的旅程的旅程的旅程某星球离地球某星球离地球某星球离地球某星球离地球3030万光年，我们有生之年万光年，我们有生之年万光年，我们有生之年万光年，我们有生之年(按约按约按约按约8080年计年计年计年计算算算算)能否坐飞船到达那里？能否坐飞船到达那里？能否坐飞船到达那里？能否坐飞船到达那里？相对论应用趣闻相对论应用趣闻开始开始开始开始“不可能不可能不可能不可能”的旅程的旅程的旅程的旅程相对论带来的物理学方法革命相对论带来的物理学方法革命从相对论以
25、后，张量，微分几何等数学工具进入到物从相对论以后，张量，微分几何等数学工具进入到物从相对论以后，张量，微分几何等数学工具进入到物从相对论以后，张量，微分几何等数学工具进入到物理学领域理学领域理学领域理学领域.原因在于用张量方程表述的物理方程自动满足相对原因在于用张量方程表述的物理方程自动满足相对原因在于用张量方程表述的物理方程自动满足相对原因在于用张量方程表述的物理方程自动满足相对性原理性原理性原理性原理.除了实验判定外，现在又多了一种判定方法：如果除了实验判定外，现在又多了一种判定方法：如果除了实验判定外，现在又多了一种判定方法：如果除了实验判定外，现在又多了一种判定方法：如果一个理论不满足
26、相对论原理，就不会为大家所接受一个理论不满足相对论原理，就不会为大家所接受一个理论不满足相对论原理，就不会为大家所接受一个理论不满足相对论原理，就不会为大家所接受.相对论开启了将高维空间引入物理理论的先河相对论开启了将高维空间引入物理理论的先河相对论开启了将高维空间引入物理理论的先河相对论开启了将高维空间引入物理理论的先河.物理学家相信：就像一个生在二维空间的生物想方设物理学家相信：就像一个生在二维空间的生物想方设物理学家相信：就像一个生在二维空间的生物想方设物理学家相信：就像一个生在二维空间的生物想方设法理解三维空间一样，我们作为三维空间生物，正在法理解三维空间一样，我们作为三维空间生物，正
27、在法理解三维空间一样，我们作为三维空间生物，正在法理解三维空间一样，我们作为三维空间生物，正在试图理解高维空间，如果存在多维空间，它会如何投试图理解高维空间，如果存在多维空间，它会如何投试图理解高维空间，如果存在多维空间，它会如何投试图理解高维空间，如果存在多维空间，它会如何投影在三维世界？会有一些什么现象让我们觉得不可思影在三维世界？会有一些什么现象让我们觉得不可思影在三维世界？会有一些什么现象让我们觉得不可思影在三维世界？会有一些什么现象让我们觉得不可思议？议？议？议？相对论带来的物理学方法革命相对论带来的物理学方法革命二维空间生物眼中的三维世界二维空间生物眼中的三维世界二维空间生物眼中的
28、三维世界二维空间生物眼中的三维世界三维空间生物眼中的四维世界三维空间生物眼中的四维世界三维空间生物眼中的四维世界三维空间生物眼中的四维世界相对论应用趣闻相对论应用趣闻有用？无用？有用？无用？有用？无用？有用？无用？我们确实应该只学习将来有用的知识我们确实应该只学习将来有用的知识我们确实应该只学习将来有用的知识我们确实应该只学习将来有用的知识问题是：问题是：我们往往并不能准确知道哪我们往往并不能准确知道哪些知识将来可能用上。些知识将来可能用上。自我实现的预言？自我实现的预言？自证预言自证预言self-fulfillingprophecy相对论应用趣闻相对论应用趣闻GPSGPS卫星以每小时卫星以每
29、小时卫星以每小时卫星以每小时1400014000千米的速度绕地球飞行。千米的速度绕地球飞行。千米的速度绕地球飞行。千米的速度绕地球飞行。在地球上看在地球上看在地球上看在地球上看GPSGPS卫星，它们携带的时钟要走得比较慢，用狭卫星，它们携带的时钟要走得比较慢，用狭卫星，它们携带的时钟要走得比较慢，用狭卫星，它们携带的时钟要走得比较慢，用狭义相对论的公式可以计算出，每天慢大约义相对论的公式可以计算出，每天慢大约义相对论的公式可以计算出，每天慢大约义相对论的公式可以计算出，每天慢大约7 7微秒。微秒。微秒。微秒。受地球质量受地球质量受地球质量受地球质量的影响，在地球表面的时空要比的影响，在地球表面
30、的时空要比的影响，在地球表面的时空要比的影响，在地球表面的时空要比GPSGPS卫星所在的时空更加弯曲，卫星所在的时空更加弯曲，卫星所在的时空更加弯曲，卫星所在的时空更加弯曲，这样，从地球上看，这样，从地球上看，这样，从地球上看，这样，从地球上看，GPSGPS卫星上的时钟就要走得比较快，用广卫星上的时钟就要走得比较快，用广卫星上的时钟就要走得比较快，用广卫星上的时钟就要走得比较快，用广义相对论的公式可以计算出，每天快大约义相对论的公式可以计算出，每天快大约义相对论的公式可以计算出，每天快大约义相对论的公式可以计算出，每天快大约4545微秒。微秒。微秒。微秒。GPSGPS卫星时卫星时卫星时卫星时钟
31、每天还要快上大约钟每天还要快上大约钟每天还要快上大约钟每天还要快上大约3838微秒微秒微秒微秒不校正的话，不校正的话，不校正的话，不校正的话，GPSGPS系统每天将会累积大约系统每天将会累积大约系统每天将会累积大约系统每天将会累积大约1010千米千米千米千米的的的的定位误差定位误差定位误差定位误差量子论浅说量子论浅说现代文明的基石现代文明的基石预备知识预备知识重要常数重要常数重要常数重要常数PlanckPlanck常数常数常数常数预备知识预备知识物质波物质波物质波物质波物质波物质波物质波物质波物质波物质波微观粒子波粒二象性的统一微观粒子波粒二象性的统一微观粒子波粒二象性的统一微观粒子波粒二象性
32、的统一一切微观粒子都具有波粒二象性。一切微观粒子都具有波粒二象性。一切微观粒子都具有波粒二象性。一切微观粒子都具有波粒二象性。1.1.光子走哪个通道？光子走哪个通道？光子走哪个通道？光子走哪个通道？2.2.干涉图样是光子之间干涉的结果还是光子自身干涉图样是光子之间干涉的结果还是光子自身干涉图样是光子之间干涉的结果还是光子自身干涉图样是光子之间干涉的结果还是光子自身干涉的结果？干涉的结果？干涉的结果？干涉的结果？每一个光子只每一个光子只每一个光子只每一个光子只与它自己发生干涉！与它自己发生干涉！与它自己发生干涉！与它自己发生干涉！用电子进行的双用电子进行的双用电子进行的双用电子进行的双缝实验，得
33、到的缝实验，得到的缝实验，得到的缝实验，得到的结果也类似于此结果也类似于此结果也类似于此结果也类似于此.类似于性别比例问题！类似于性别比例问题！类似于性别比例问题！类似于性别比例问题！物质波物质波波函数波函数波函数波函数波函数方程？波函数方程？从牛顿力学到分析力学从牛顿力学到分析力学NewtonNewton力学力学力学力学LagrangeLagrange力学力学力学力学HamiltonHamilton力学力学力学力学从牛顿力学到分析力学从牛顿力学到分析力学HamiltonHamilton力学力学力学力学从牛顿力学到分析力学从牛顿力学到分析力学例：例：例：例：http:/ YY Y(t t)来表
34、示。来表示。来表示。来表示。HilbertHilbert空间空间空间空间:函数组成的空间函数组成的空间函数组成的空间函数组成的空间2.2.算符对应：每个动力学变量对应于一个作用在波函算符对应：每个动力学变量对应于一个作用在波函算符对应：每个动力学变量对应于一个作用在波函算符对应：每个动力学变量对应于一个作用在波函数数数数|Y YY Y(t t)上的线性算符：上的线性算符：上的线性算符：上的线性算符：A Ac c|Y YY Y(t t)=c=cA A|Y YY Y(t t)A A(|Y YY Y1 1(t t)+|Y YY Y2 2(t t)=)=A A|Y YY Y1 1(t t)+A A|Y
35、 YY Y2 2(t t)经典力学经典力学经典力学经典力学粒子在某个时刻的状态由粒子在某个时刻的状态由粒子在某个时刻的状态由粒子在某个时刻的状态由x x(t t),p,p(t t)给出，所有可能的给出，所有可能的给出，所有可能的给出，所有可能的状态构成相空间状态构成相空间状态构成相空间状态构成相空间,其他力学量由其他力学量由其他力学量由其他力学量由x,p x,p 的函数构成的函数构成的函数构成的函数构成.量子力学的基本假设量子力学的基本假设3.3.概率假设：如果粒子处于某一状态概率假设：如果粒子处于某一状态概率假设：如果粒子处于某一状态概率假设：如果粒子处于某一状态|Y YY Y ，设力学量，
36、设力学量，设力学量，设力学量 AA的本征值的本征值的本征值的本征值a a 对应的本征态为对应的本征态为对应的本征态为对应的本征态为|a a .对力学量对力学量对力学量对力学量 AA测量，只能测量，只能测量，只能测量，只能得到得到得到得到 AA的本征值之一的本征值之一的本征值之一的本征值之一.在测量中得到值在测量中得到值在测量中得到值在测量中得到值a a 的概率为的概率为的概率为的概率为P P(a a)=|)=|22，且粒子由状态，且粒子由状态，且粒子由状态，且粒子由状态|Y YY Y 变成变成变成变成AA的本征态的本征态的本征态的本征态|a a .4.4.波动方程：波函数波动方程：波函数波动方
37、程：波函数波动方程：波函数|Y YY Y(t t)服从薛定谔方程：服从薛定谔方程：服从薛定谔方程：服从薛定谔方程：经典力学经典力学经典力学经典力学:对力学量的测量由对力学量的测量由对力学量的测量由对力学量的测量由x x(t t),p,p(t t)给完全确定，给完全确定，给完全确定，给完全确定，且测量对粒子状态无影响且测量对粒子状态无影响且测量对粒子状态无影响且测量对粒子状态无影响,粒子状态随时间变化服从粒子状态随时间变化服从粒子状态随时间变化服从粒子状态随时间变化服从HamiltonHamilton正则正则正则正则方程方程方程方程量子力学的基本假设量子力学的基本假设基于波函数的几率解释，对波函
38、数有如下要求：基于波函数的几率解释，对波函数有如下要求：基于波函数的几率解释，对波函数有如下要求：基于波函数的几率解释，对波函数有如下要求：归一化归一化归一化归一化单值单值单值单值连续连续连续连续移动铁原子移动铁原子量子力学的几个结论量子力学的几个结论能量量子化能量量子化能量量子化能量量子化能量只能取能量只能取能量只能取能量只能取HamiltonHamilton算符的本征值算符的本征值算符的本征值算符的本征值.对于约束系统，如谐振子，无限深势阱，原子，对于约束系统，如谐振子，无限深势阱，原子，对于约束系统，如谐振子，无限深势阱，原子，对于约束系统，如谐振子，无限深势阱，原子，HamiltonH
39、amilton算符的本征值是分离的算符的本征值是分离的算符的本征值是分离的算符的本征值是分离的.角动量量子化角动量量子化角动量量子化角动量量子化势垒穿透势垒穿透势垒穿透势垒穿透(量子隧道效应量子隧道效应量子隧道效应量子隧道效应)量子力学的几个结论量子力学的几个结论不确定度关系不确定度关系不确定度关系不确定度关系(测不准原理测不准原理测不准原理测不准原理)如何理解几率波如何理解几率波如何理解几率波如何理解几率波M.玻恩真空是什么？真空是什么？量子泡沫量子泡沫量子泡沫量子泡沫（QuantumfoamQuantumfoam）与空头账户）与空头账户）与空头账户）与空头账户空头账户:资金快速进出见识一下
40、见识一下见识一下见识一下见识一下见识一下见识一下见识一下见识一下见识一下其他知识其他知识量子力学的路径积分形式量子力学的路径积分形式量子力学的路径积分形式量子力学的路径积分形式粒子由状态粒子由状态粒子由状态粒子由状态1 1到状态到状态到状态到状态2 2的可能路径无穷的可能路径无穷的可能路径无穷的可能路径无穷经典路径概率最大经典路径概率最大经典路径概率最大经典路径概率最大费米子和玻色子费米子和玻色子费米子和玻色子费米子和玻色子费米子费米子费米子费米子:自旋为自旋为自旋为自旋为h h的半奇数倍的粒子的半奇数倍的粒子的半奇数倍的粒子的半奇数倍的粒子玻色子：玻色子：玻色子：玻色子：自旋自旋自旋自旋为为
41、为为0 0或或或或 h h的整数倍的粒子的整数倍的粒子的整数倍的粒子的整数倍的粒子玻色子不受泡利不相容原理玻色子不受泡利不相容原理玻色子不受泡利不相容原理玻色子不受泡利不相容原理的限制，一个单粒子态可容纳的限制，一个单粒子态可容纳的限制，一个单粒子态可容纳的限制，一个单粒子态可容纳多个玻色子多个玻色子多个玻色子多个玻色子玻色凝聚玻色凝聚玻色凝聚玻色凝聚状态1状态2其他知识其他知识问题：问题：问题：问题：原子核为什么处于原子中心？原子核为什么处于原子中心？原子核为什么处于原子中心？原子核为什么处于原子中心？量子力学考虑相对论后得到量子力学考虑相对论后得到量子力学考虑相对论后得到量子力学考虑相对论后得到DiracDirac方程方程方程方程.为什为什为什为什 么电子能自发辐射？么电子能自发辐射？么电子能自发辐射？么电子能自发辐射？必须考虑电子与电磁场的相互作用必须考虑电子与电磁场的相互作用必须考虑电子与电磁场的相互作用必须考虑电子与电磁场的相互作用.量子电动力学量子电动力学量子电动力学量子电动力学.不完全人物榜不完全人物榜不完全人物榜不完全人物榜其他知识其他知识不完全人物榜不完全人物榜不完全人物榜不完全人物榜推荐读物：费恩曼物理学讲义第三卷上海科学技术出版社其他知识其他知识不完全人物榜不完全人物榜不完全人物榜不完全人物榜