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量子化把‘粒子’变成‘波’
(物质波等概念也要‘名正言顺’(3))
物理学在上世纪20年代建立了量子力学后,接着又在30年代开始建立量子场论。现在,量子力学和量子场论都是已得到许多实验事实验证过的完善理论,并且在科技上有很多方面的应用。
把经典理论(即非量子理论,如牛顿力学理论、狭义和广义相对论力学理论等)转变为量子理论的过程叫‘量子化’。例如,量子力学可视为把牛顿力学理论量子化的产物,量子场论可视为把狭义相对论力学理论量子化的产物;而量子引力理论则应是把广义相对论力学理论量子化的产物,可是由于出现很多困难,量子引力理论尚未建成。
‘量子化’有很丰富的内容,由于要涉及到很多量子力学和量子场论的知识,本文不可能全面介绍,故只讨论‘量子化’的下述两点表现:
1、‘量子化’可使物质粒子出现‘波性’(实为‘场性’)。
2、‘量子化’使物理量(如动量、能量、电磁势等等)变为‘算符’。
这两条表现都需要解释,先看第2条。
式(4)是薛定谔波动方程,它是把牛顿力学量子化的产物,式(5)是克莱因-高登波动方程,它是把狭义相对论力学量子化的产物。式(4,5)都是场方程,它们反映了‘量子化’可使物质粒子出现‘波性’。这里要注意,式(1,2)的关系只适用于质点,因之式(4,5)的关系也能只适用于质点。
为什么‘量子化’可使物质粒子出现‘波性’?为什么‘量子化’会使物理量变为‘算符’?这是初学量子力学时常会出现的问题,也是人们常常争论的问题;在后续博文中我们将进行讨论。
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GMT+8, 2024-9-1 07:16
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