經(jīng)典力學與量子力學芻議

王雨瀟山東省鄒城市鄒城一中高二38班

經(jīng)典力學與量子力學芻議

王雨瀟
山東省鄒城市鄒城一中高二38班

經(jīng)典力學研究的主要對象是宏觀粒子，而量子力學主要研究的對象是微觀粒子。經(jīng)典力學與量子力學兩者之間在概念與原理上都有很大的區(qū)別，但兩者同樣是研究物體的運動，也共同推動著物理學研究的發(fā)展與深入。

經(jīng)典力學；量子力學；關系；發(fā)展

一、引言

經(jīng)典力學是一種以牛頓運動定律為基礎的，研究物體在宏觀世界與低速狀態(tài)下運動狀態(tài)及運動規(guī)律的重要學術，經(jīng)典力學在物理學領域是一個最早被接受為力學的基本綱領。量子力學是關于反映微觀粒子結(jié)構(gòu)與粒子運動規(guī)律的科學，適用于微觀世界與高速狀態(tài)的運動。量子力學的出現(xiàn)給物理學研究帶來了新的進展與巨大的變革，人們通過量子力學對物質(zhì)的運動有了更深一步的認識，讓人們認識到物體的運動并不是絕對的，而是相對的。

可以說，經(jīng)典力學在整個物理學研究歷史中起到承上啟下的關鍵地位，而量子力學則在現(xiàn)代物理學中處于核心地位。對于經(jīng)典力學與量子力學之間的關系進行研究分析，有助于我們進一步的認識物體運動的一般規(guī)律與特殊規(guī)律。

二、經(jīng)典力學與量子力學之間的關系

（一）經(jīng)典力學與量子力學的研究對象分析

經(jīng)典力學研究的主要對象是宏觀世界中的現(xiàn)實物體，為了方便問題的處理，通常會將現(xiàn)實問題看作是一個具有質(zhì)量、體積的質(zhì)點，經(jīng)典力學研究的問題就是關于該質(zhì)點運動狀態(tài)及運動規(guī)律，問題涉及到的參量包括速度、坐標、質(zhì)量、能量等。量子力學研究的主要對象是微觀世界中的粒子，包括原子、原子核、分子以及其他的微觀粒子，研究的問題是微觀粒子的運動規(guī)律。

從某種角度來看，量子力學的規(guī)律既在微觀現(xiàn)象中有明顯的體現(xiàn)，同時在某些宏觀現(xiàn)象中也有體現(xiàn)，最常見的例子就是超導現(xiàn)象、金屬中的量子氣運動等，因此，宏觀與微觀之間并不存在明顯的、絕對的分界線。物理學領域?qū)W者常會根據(jù)量子效應的反應程度來對經(jīng)典力學與量子力學進行判斷，一般用來判斷區(qū)分的依據(jù)是普朗克常數(shù)h=6.62*10-34焦耳·秒。如果普朗克常數(shù)對于研究的對象來說非常重要、不可忽略，就會將研究的對象看作是微觀粒子，對于運動問題的描述與研究也會用量子力學來解決；而如果普利常數(shù)對于研究的對象來說可以忽略不計，那么可以將研究的對象看作是宏觀粒子，對運動問題的描述與研究就可以用經(jīng)典力學來解決。

（二）經(jīng)典力學與量子力學研究的運動軌跡

由愛因斯坦提出的相對論、波粒二象性以及海森堡、薛定諤創(chuàng)立的量子力學組成的現(xiàn)代物理學和經(jīng)典物理學有很大區(qū)別，量子力學描述了一個充滿不確定性與模糊性的微觀世界，在這個微觀世界中不存在源于因果律的確定性，只存在相關性與概率。在量子力學的規(guī)則中一切都是相對的，包括其運動狀態(tài)與運動軌跡。

宏觀粒子的運動是沿著一定軌道進行的，其運動規(guī)律容易被發(fā)現(xiàn)。而量子力學存在著波粒二象性、量子糾纏、量子疊加、量子吸引、量子干擾等特性，微觀粒子的運動不沿任何軌道進行的，通常要經(jīng)過不斷的統(tǒng)計、實驗才能總結(jié)出其運動情況，一般描述微觀粒子在空間中的運動狀態(tài)通常用概率密度分布函數(shù)來表示，概率密度分布函數(shù)表達式為：p=波函數(shù)ψ（x）^2，表示的是粒子在微觀空間某處出現(xiàn)的概率。

（三）經(jīng)典力學與量子力學的表述方法

對于微觀粒子運動狀態(tài)、運動規(guī)律的研究，相比對宏觀粒子的研究復雜度很大。宏觀粒子沒有波動性，只有粒子性，按照經(jīng)典力學理論，宏觀粒子在任意時刻都會有一定的位置與速度，因此，其運動狀態(tài)可以用坐標——時間的變化規(guī)律來表述。

而微觀粒子具有波粒二象性，其運動狀態(tài)要用波函數(shù)來表述，只有用馬克斯·玻恩提出的幾率波函數(shù)，才能將微觀粒子的“原子性”與波的“疊加性”相統(tǒng)一。幾率波函數(shù)是關于時間與空間的函數(shù)，表達式為Ψ=Ψ（x，y，z，t），其中x、y、z表示空間坐標，t表示時間。

（四）經(jīng)典力學與量子力學的過渡

量子力學被認為擁有比經(jīng)典力學更為普遍的規(guī)律，雖然兩者的理論與研究的對象有很大區(qū)別，但兩者之間并不是不可逾越的。當量子力學達到一定條件，可以過渡為經(jīng)典力學，我們將滿足量子力學向經(jīng)典力學過度的條件稱為量子力學宏觀過度條件。物理學上證明量子力學向經(jīng)典力學過渡問題的實踐包括：用薛定諤方程在一定條件下轉(zhuǎn)化為哈密頓方程，諧振子、氫原子能級在n→∞時，會有量子問題過渡為經(jīng)典問題等。

三、量子力學的未來發(fā)展分析

量子力學一直是社會科學研究的重點領域，量子力學在半導體的應用，量子力學在制造二極管中的應用，以及量子計算機的猜想，都不是陌生的話題。隨著社會的進步與科學技術的不斷發(fā)展，IBM、微軟、谷歌等國外巨頭，包括我國的阿里巴巴等互聯(lián)網(wǎng)巨頭也紛紛涉足相關領域，我國的“墨子號”量子號年初交付使用，可以說全人類正在迎來量子力學、量子計算的競賽。就目前而言歐美巨頭對于量子相關的研究處于領先位置。由此看來，量子力學、量子計算將是科技產(chǎn)業(yè)的下一個競爭高地。

結(jié)語

對于運動狀態(tài)、運動規(guī)律的研究，一直是物理學領域不斷探索的課題，本文只是簡單的對經(jīng)典力學與量子力學進行了淺層分析，還沒有深入到經(jīng)典力學與量子力學的本質(zhì)。不過通過分析，我們知道了經(jīng)典力學與量子力學的區(qū)別與聯(lián)系，更重要的是知道了兩者之間存在過渡關系，便于我們在解決物理問題時，靈活的對經(jīng)典力學與量子力學進行轉(zhuǎn)換，大大簡化問題的處理過程。

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