葱一根 - one sat on Nostr: 量子力学的基本性质 ...
量子力学的基本性质
在本节中，我将介绍量子力学的常见特性，如光电效应、波粒二象性、概率、测不准原理、自旋态、隧穿、叠加、观察者效应和量子纠缠。
附注：那么，什么是量子物理学中的量子？当物理学家使用量子或量子一词(源自拉丁语的量子根，意为数量或多少)时，他们说，他们所描述的任何事物都是某种事物(如光或能量)的最小单位，再也不能划分为较小的单位。任何涉及量子的数学计算，都不能进一步将量子细分为小于整数的任何东西。
量子力学或量子物理学包括量子粒子的性质和作用以及相互作用。这也是涉及量子特性和粒子的研究领域的名称。几乎每个人都会互换使用这两个词。
虽然我们的整个现实是由量子粒子和行为组成的，但量子力学发生在非常非常微小的元素物体上，如光子、夸克、电子和原子。如果一个元素物体表现出量子特性，它就被称为量子粒子。已知的最小粒子通常表现出量子特性。量子特性可能发生在较大的物体上，在所谓的宏观水平上，但科学尚未发展到理解它是否一致，如果它是，它是如何做到的。理解非常小的物体的行为是如何转变和影响更大的事物的，这是广受欢迎的，所谓的万物统一理论的最终目标。
附注：宏观层次包括任何比微观层次的原子和亚原子粒子更大的物体，但通常被解释为从肉眼可以检测到的物体开始。大多数科学家都认为，人眼可以探测到头发丝那么宽（或0.4毫米）的物体，或大约100,000个元素原子。
光子与量子力学
你会经常读到关于光子（最初被爱因斯坦称为能量量子）在量子力学实验中的应用。光子是光的最小可分单位，具有量子特性。它们非常小。至少需要一百个光子，几乎是瞬间发出的，一般人的眼睛才能看到，这也是微弱的闪烁光。我们通常看到的任何光束或图像都包含数百万到数万亿光子。
量子物理学家经常使用单个（或相对少量）的光子或其他基本粒子进行实验，因为通过使用少量的光子或其他基本粒子，科学家可以消除其他不必要的混乱，否则只会使他们的实验、结果和数学证明复杂化。在研究辐射、电磁波和光电效应（爱因斯坦因此在1921年获得他所得到的唯一的诺贝尔奖）时，使用光子的实验首次发现了量子性质的早期证明。爱因斯坦的工作对建立量子理论至关重要。甚至他对量子力学反证的工作也提高了我们的认识。
很长一段时间以来，科学家们已经能够产生单个质子，在实验中将它们沿着不同的路径发送，并使用称为光电倍增管的光敏设备来测量发生了什么。光电倍增器能够获取一个检测到的光子，并将其乘以足够多的其他光子，从而可以触发电流，来记录和确认初始检测到的单个光子。可以把它想象成倒下的多米诺骨牌。一张倒下的多米诺骨牌会导致很多其他多米诺骨牌倒下。由于所有这些原因，当你阅读量子物理实验时，你会经常读到光子（和类似的基本量子粒子）。使用单个电子、原子和分子的实验也很常见。我们来讨论一下那些实验证明了什么。
光电效应
20世纪初，普朗克、爱因斯坦等人对光电效应的理解和量化，为现代量子力学的形成奠定了基础。我们看到的可见光，只是电磁辐射的一种类型和范围，跨越了所谓的电磁波谱。电磁波谱描述了所有类型的电磁辐射，包括我们可以看到的可见光和所有我们看不到的类型（如X射线、微波、伽马波和无线电波）。不同类型的电磁辐射主要因波长（例如可见光的波长为 400 至 700 纳米（ nm ）， X 射线为0.10至 10 纳米）、频率（通常以每秒周数测量，称为赫兹）、强度、方向和其他特性而不同。所有类型的电磁辐射在一条相对直线上运动，如果没有阻碍（物体、重力等），速度是光速（真空中是299,792,458米每秒）。
注意：频率和波长可以通过光速相互转换，实际上是同一个变量。
光有动量和能量（但没有质量）。普朗克和爱因斯坦意识到，当光（或其他形式的电磁辐射）照射到其他材料时，材料通常会从光子到材料的能量转移中发射电子（总是带负电荷），如图1.1所示。光的强度越高，发射的电子越多。光电效应发生在光线照射到大多数材料上时，但最容易观察到的是当光线照射到金属和其他高导电性材料上时。光电效应是太阳能电池将太阳能转化为电能的过程。光电效应也是数码相机工作和记录图像的基本方式。
图1.1光子击中一种材料，然后发射电子
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在本节中，我将介绍量子力学的常见特性，如光电效应、波粒二象性、概率、测不准原理、自旋态、隧穿、叠加、观察者效应和量子纠缠。
附注：那么，什么是量子物理学中的量子？当物理学家使用量子或量子一词(源自拉丁语的量子根，意为数量或多少)时，他们说，他们所描述的任何事物都是某种事物(如光或能量)的最小单位，再也不能划分为较小的单位。任何涉及量子的数学计算，都不能进一步将量子细分为小于整数的任何东西。
量子力学或量子物理学包括量子粒子的性质和作用以及相互作用。这也是涉及量子特性和粒子的研究领域的名称。几乎每个人都会互换使用这两个词。
虽然我们的整个现实是由量子粒子和行为组成的，但量子力学发生在非常非常微小的元素物体上，如光子、夸克、电子和原子。如果一个元素物体表现出量子特性，它就被称为量子粒子。已知的最小粒子通常表现出量子特性。量子特性可能发生在较大的物体上，在所谓的宏观水平上，但科学尚未发展到理解它是否一致，如果它是，它是如何做到的。理解非常小的物体的行为是如何转变和影响更大的事物的，这是广受欢迎的，所谓的万物统一理论的最终目标。
附注：宏观层次包括任何比微观层次的原子和亚原子粒子更大的物体，但通常被解释为从肉眼可以检测到的物体开始。大多数科学家都认为，人眼可以探测到头发丝那么宽（或0.4毫米）的物体，或大约100,000个元素原子。
光子与量子力学
你会经常读到关于光子（最初被爱因斯坦称为能量量子）在量子力学实验中的应用。光子是光的最小可分单位，具有量子特性。它们非常小。至少需要一百个光子，几乎是瞬间发出的，一般人的眼睛才能看到，这也是微弱的闪烁光。我们通常看到的任何光束或图像都包含数百万到数万亿光子。
量子物理学家经常使用单个（或相对少量）的光子或其他基本粒子进行实验，因为通过使用少量的光子或其他基本粒子，科学家可以消除其他不必要的混乱，否则只会使他们的实验、结果和数学证明复杂化。在研究辐射、电磁波和光电效应（爱因斯坦因此在1921年获得他所得到的唯一的诺贝尔奖）时，使用光子的实验首次发现了量子性质的早期证明。爱因斯坦的工作对建立量子理论至关重要。甚至他对量子力学反证的工作也提高了我们的认识。
很长一段时间以来，科学家们已经能够产生单个质子，在实验中将它们沿着不同的路径发送，并使用称为光电倍增管的光敏设备来测量发生了什么。光电倍增器能够获取一个检测到的光子，并将其乘以足够多的其他光子，从而可以触发电流，来记录和确认初始检测到的单个光子。可以把它想象成倒下的多米诺骨牌。一张倒下的多米诺骨牌会导致很多其他多米诺骨牌倒下。由于所有这些原因，当你阅读量子物理实验时，你会经常读到光子（和类似的基本量子粒子）。使用单个电子、原子和分子的实验也很常见。我们来讨论一下那些实验证明了什么。
光电效应
20世纪初，普朗克、爱因斯坦等人对光电效应的理解和量化，为现代量子力学的形成奠定了基础。我们看到的可见光，只是电磁辐射的一种类型和范围，跨越了所谓的电磁波谱。电磁波谱描述了所有类型的电磁辐射，包括我们可以看到的可见光和所有我们看不到的类型（如X射线、微波、伽马波和无线电波）。不同类型的电磁辐射主要因波长（例如可见光的波长为 400 至 700 纳米（ nm ）， X 射线为0.10至 10 纳米）、频率（通常以每秒周数测量，称为赫兹）、强度、方向和其他特性而不同。所有类型的电磁辐射在一条相对直线上运动，如果没有阻碍（物体、重力等），速度是光速（真空中是299,792,458米每秒）。
注意：频率和波长可以通过光速相互转换，实际上是同一个变量。
光有动量和能量（但没有质量）。普朗克和爱因斯坦意识到，当光（或其他形式的电磁辐射）照射到其他材料时，材料通常会从光子到材料的能量转移中发射电子（总是带负电荷），如图1.1所示。光的强度越高，发射的电子越多。光电效应发生在光线照射到大多数材料上时，但最容易观察到的是当光线照射到金属和其他高导电性材料上时。光电效应是太阳能电池将太阳能转化为电能的过程。光电效应也是数码相机工作和记录图像的基本方式。
图1.1光子击中一种材料，然后发射电子
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