薛定谔定律是什么

人气:114 ℃/2023-02-22 10:47:03

大家好,世界的定律千千万,有很多表面就能懂,但有一些就是很难理解,导致我们就会很好奇,最近突然冒出一个薛定谔定律,听起来很高大上的样子,那么它究竟是什么意思呢?一起来看看吧。

简单地说,薛定谔定律,又叫薛定谔的猫,就是一只猫在一个密封箱子里面,箱子里面有有毒的水,那么猫有没有喝这口水,外面不知道,所以,此刻猫生死叠加状态的,也就是随机的。

“薛定谔的猫”是由奥地利物理学家薛定谔于1935年提出的有关猫生死叠加的著名思想实验,是把微观领域的量子行为扩展到宏观世界的推演。这里必须要认识量子行为的一个现象——观测。微观物质有不同的存在形式,即粒子和波。通常,微观物质以波的叠加混沌态存在;一旦观测后,它们立刻选择成为粒子。实验是这样的,在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。之后,有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。

根据经典物理学,在盒子里必将发生这两个结果之一,而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。在量子的世界里,当盒子处于关闭状态,整个系统则一直保持不确定性的波态,即猫生死叠加。猫到底是死是活必须在盒子打开后,外部观测者观测时,物质以粒子形式表现后才能确定。这项实验旨在论证量子力学对微观粒子世界超乎常理的认识和理解,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。

埃尔温·薛定谔还为此在20世纪20年代中期创立了被称为量子力学分支中的一个方程。后来被称之为薛定谔现六光子薛定谔猫态

方程:▽2ψ(x,y,z)+(8π2m/h2)[E-U(x,y,z)]ψ(x,y,z)=0

思想实验告诉我们:除非进行观测,否则一切都不是确定的,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。爱因斯坦和少数非主流派物理学家拒绝接受由波尔及其同事创立的理论结果。量子力学告诉我们,存在一个中间态,猫既不死也不活,直到进行观察看看发生了什么。爱因斯坦认为,量子力学只不过是对原子及亚原子粒子行为的一个合理的描述,这是一种唯象理论,它本身不是终极真理。他说过一句名言:“上帝不会掷骰子。”他不承认薛定谔的猫的非本征态之说,认为一定有一个内在的机制组成了事物的真实本性。爱因斯坦花了数年时间企图设计一个实验来检验这种内在真实性是否确在起作用,但没有完成这种设计就去世了。

以上内容就是关于薛定谔定律的全部内容,希望能帮助到不了解的小伙伴。

薛定谔定律是什么意思

五分钟彻底搞懂“薛定谔方程”,看后绝对不在迷惑了

我主要围绕微观世界的不确定性、叠加态等概念来讲解,其中主要讲解了爱因斯坦对微观世界的理解,以及哥本哈根学派对微观世界的解释。其实通过前面的文章我们可以看出,微观世界的确和我我们宏观世界差距非常大,由于人类几千年来都生活在宏观世界里,所以积累起来的经验和直觉一旦放到微观世界,我们就会觉得非常不可思议。但是诚如爱因斯坦提出狭义相对论时一个道理,也是一个非常反常识的理论,最后被证明居然是正确的,这也是人类第一次通过理性战胜直觉的巨大进步。

微观世界里面有几个奇特的现象,那就是微观世界具有“不确定性”,但是同时我们也知道不确定不等于不可研究,也不等于无规律,因为微观的“不确定”特点恰好就是微观世界的规律,所以我们只要掌握住了这个规律,一样可以研究微观世界来为人类服务,这个规律我们如何描述呢?那就是薛定谔方程。

可以这么说,牛顿定律在宏观世界里几乎是无所不能,那么“薛定谔方程”就是微观世界的“牛顿力学”,只不过微观世界一般人不会直接观看到,所以对薛定谔这个人感觉没有牛顿名气大,下面我正式给出薛定谔方程的形式。

咋看之下我相信大部分朋友都是直接蒙圈,这里面很多数学符号都很陌生,这和前面我给出爱因斯坦广义相对论“场方程”是一个效果,看后马上蒙圈。不过这里我还是要对比下,以前我写狭义相对论时,其实只要你懂速度公式v=s/t,其实任何人都是可以理解狭义相对论的。但是广义相对论和薛定谔方程,则不是一般人可以看懂,因为要理解这个方程,必须要学习高等数学,里面有很多概念比如“二阶”、“偏微分”、“非线性”、“拉普拉算符”、“定态”、“哈密顿量”、“复数”等等,陌生概念太多了,这里就不一一列举了,这里我也不打算多对每个陌生概念依次做解释,因为之前写广义相对论场方程时,已经不少网友表示枯燥无味,所以我直接解释这个方程是用来干啥即可。

首先你要明白薛定谔方程的解是一个“函数”,请注意我们以往解一个方程都是求出一个值,比如5x=20,我们可以算出解x=4。但是你要明白,薛定谔方程出来的解不是一个定值而是一个函数,函数就意味着说有x和y,一旦x值变化了,y值也要变化,比如函数y=x*2 3。

而且你还要明白,求解出来的薛定谔方程的解不仅仅是一个函数,而且函数y是复数不是实数,实数我们都知道可以是1、2、1/3、根号2等等,但是复数可以是:1 3i(如果不懂啥时复数,可以去自己查查资料,这里就不解释),要表示一个复数,就必须用平面上的一个点,而不是数轴上的一个点,所以薛定谔方程的解,也就是波函数它的x是数轴上的一个点,但是y是一个平面上的点。由于y不是实数而是复数,所以这个解的函数图像就不太方面画出来,不过如果我们把y进行降维,只考虑实数上的的函数图像(也就是把真实的函数图像映射到实数平面上来)你会发现下图,其中x是一个粒子的位置,y的物理含义暂时不说。

其实由于我们的空间是三维的,刚刚的图只是二维,还有一个维度我们没用上,所以为了更直观的看到波函数的图像,我们可以把y依然保留再复数域,那么函数就是一个三维的图像,如下图所示,其中x依然是一个粒子的位置信息,y的含义还是暂时不说。

请注意这个图是一个三维的,所以你要把它当成一个三维图,不要在当成平面图来看,图像就好像是一圈一圈的环线一样围绕x轴旋转,中间部位比较胖,两端比较瘦。

这里要注意的是,薛定谔方程解出来的波函数,是一个与时间有关的函数,所以每一个时刻都有一个像上面一样的函数图,且每个时刻函数图都不一样。所以要完整的表达波函数,相当于要把每一个时刻的波函数图像画出来,然后把所有函数图串起来才是一个完整的波函数图像,如下图所示。

有了波函数我们能干啥呢?毫无疑问就是为了预测粒子的将来,就好像牛顿力学一样,我们可以根据平抛一个小球的初始信息,计算出将来任意一时刻小球的状态。但是由于微观世界具有不确定性,所以我们只能根据初始信息,计算出一个微观粒子将来某时刻“处于某种状态”的概率。所以波函数的作用就是用来求“概率”的。

刚刚上面所有的波函数的图像,其实是一个微观粒子的“位置波函数”图像,因为横坐标x是粒子的位置,如果把横坐标x换成粒子的速度,其实也能得出微观粒子的“速度波函数”图像,这个后面再谈。位置波函数自然就是用来预测一个微观粒子的位置信息。

当我们通过薛定谔方程,解出了一个位置波函数,那么t=1时,这个位置波函数就可以画出来,粒子处于任何可能的位置对应的概率值就都能求出来。当t=2时,这个位置波函数又会变成另外一幅图,粒子处于任何可能的位置对应的概率值又可以重新求出来。所以你要想知道未来粒子的状态,先明确到底要想知道哪个时刻的状态,然后把对应的位置波函数一画,粒子所有位置对应的概率都求出来了,这就是量子力学描述微观世界中一个粒子将来如何运动的方式。

当然本篇文章只是对薛定谔方程做了一个大概的讲解,薛定谔方程实际内涵可比刚刚讲的多的多,而且本篇文章我故意不说波函数Y的物理含义,其实之所以不说,是因为薛定谔本人自己都不清楚这个Y到底是啥物理含义,只知道x坐标可以是粒子位置,也可以是粒子速度,所以有一句搞笑的话叫:薛定谔不懂“薛定谔方程”。

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