PHYS1904面向具有深厚物理學(xué)背景并有興趣學(xué)習(xí)更高級(jí)主題的高成就學(xué)生。它與 PHYS1902 共享講座和輔導(dǎo)課程，包括流體、電和磁以及量子物理主題的模塊。實(shí)驗(yàn)室部分的特點(diǎn)是與學(xué)院一個(gè)研究小組的研究人員一起執(zhí)行一個(gè)研究項(xiàng)目。這門(mén)課程中量子物理學(xué)是一大難點(diǎn)，今天就把它單拎出來(lái)進(jìn)行講解。

一、什么是量子理論?

量子理論是解釋亞原子現(xiàn)象的基礎(chǔ)理論。這一理論基本上解釋了物質(zhì)和能量在原子層次上的性質(zhì)和行為。

一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)典物理學(xué)通常用于解釋宏觀層次上的物理現(xiàn)象。然而，量子理論進(jìn)一步解釋了發(fā)生在亞原子層次上的現(xiàn)象。量子理論與廣義相對(duì)論一起，是物理學(xué)的廣泛而重要的領(lǐng)域，提供了一種新的看待世界的方式。

二、量子理論的發(fā)展

在20世紀(jì)初，一位名叫馬克斯·普朗克的德國(guó)物理學(xué)家提出了他的量子假設(shè)，他解釋了來(lái)自一個(gè)發(fā)光體的輻射在溫度升高時(shí)如何從紅色變成橙色再到藍(lán)色。這一現(xiàn)象也被稱為黑體輻射。

在他的實(shí)驗(yàn)中，他發(fā)現(xiàn)能量存在于單一單位中，就像物質(zhì)一樣，而不是連續(xù)的電磁波?；谶@一假設(shè)，能量是可量化的。發(fā)現(xiàn)這些單位是量子假設(shè)的主要前提。

后來(lái)，普朗克制定了一個(gè)數(shù)學(xué)方程，包括一個(gè)數(shù)字來(lái)表示能量的個(gè)別單位。他稱之為量子。有了這個(gè)方程，他進(jìn)一步鞏固了關(guān)于這一發(fā)現(xiàn)的假設(shè)。普朗克在1918年因他的假設(shè)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而，三十年的時(shí)間內(nèi)，不同研究人員的進(jìn)展都有助于對(duì)量子理論的現(xiàn)代理解。

1905年，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦進(jìn)一步發(fā)展了這一理論，他提出輻射，除了能量外，也以類似的方式進(jìn)行量子化。他還使用這一假設(shè)來(lái)解釋光電效應(yīng)。

1924年，法國(guó)物理學(xué)家路易·德布魯意提出，在亞原子層次上，物質(zhì)和能量的行為沒(méi)有太大的區(qū)別。在這個(gè)層次上，它們都可以作為波動(dòng)或粒子來(lái)表現(xiàn)。這一假設(shè)被稱為波粒二象性原理。

同樣，在1926年，奧地利物理學(xué)家埃爾溫·薛定諤還提出了粒子波函數(shù)的偏微分方程。他的方程還描述了量子狀態(tài)的時(shí)間演化。

隨著年月的推移，1927年，維爾納·海森伯提出，粒子的兩個(gè)互相關(guān)的性質(zhì)，如位置和力的精確同時(shí)測(cè)量是不可能的。這導(dǎo)致了海森伯不確定性原理的發(fā)展。

三、量子理論的影響和應(yīng)用

在上個(gè)世紀(jì)的確立后，許多研究人員一直在努力發(fā)展量子理論的新版本。其中一些著名的包括尼爾·玻爾的哥本哈根解釋和多世界或多元宇宙理論。在三十多年的時(shí)間里，還有不同的理論解釋。

不管怎樣，如今，量子理論的原則被應(yīng)用在許多領(lǐng)域。量子力學(xué)本身用于解釋宇宙的各種特征，以及揭示亞原子粒子(如質(zhì)子、電子、中子、光子等)的個(gè)體行為。

除了物理學(xué)，量子力學(xué)還在化學(xué)中得到應(yīng)用，其應(yīng)用被稱為量子化學(xué)。量子力學(xué)為化學(xué)鍵合過(guò)程提供了定量的洞察，現(xiàn)代計(jì)算化學(xué)中的大多數(shù)計(jì)算都基于量子力學(xué)。

更重要的是，大多數(shù)現(xiàn)代技術(shù)都基于量子理論，其中量子效應(yīng)具有重要作用。

量子理論的其他應(yīng)用包括：

- 量子光學(xué)

- 量子計(jì)算

- 發(fā)光二極管

- 超導(dǎo)磁體

- 光放大器和激光器

- 晶體管

- 半導(dǎo)體

- 磁共振成像

- 電子顯微鏡

常見(jiàn)問(wèn)題解答：量子理論

Q1 定義量子理論。

量子理論是一種物理學(xué)理論，基于將輻射能量分為有限的量子，用于解釋需要在原子或分子尺度上進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的各種過(guò)程。

Q2 誰(shuí)發(fā)展了量子理論?

量子理論的奠基人是馬克斯·普朗克。他因他的量子理論工作而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。阿爾伯特·愛(ài)因斯坦也被視為量子理論的先驅(qū)之一，因?yàn)樗谒墓怆娦?yīng)理論中將光(光子)描述為能量量子，為此他于1921年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

Q3 解釋海森伯的不確定性原理。

海森伯的不確定性原理規(guī)定，不可能完全準(zhǔn)確地知道粒子(如光子或電子)的位置和速度，越是確定粒子的位置，我們就越不了解其速度，反之亦然。這一原理是由德國(guó)物理學(xué)家維爾納·海森伯于1927年提出的。

海馬課堂專業(yè)課程輔導(dǎo)做出以下新改變啦：
?試聽(tīng)課全面升級(jí)，不滿意退50%，
?課程輔導(dǎo)產(chǎn)品升級(jí)，贈(zèng)送考前保障呦
?輔導(dǎo)不滿意可以隨心退！
海馬課堂，3500+嚴(yán)選碩博學(xué)霸師資，針對(duì)學(xué)生的薄弱科目和學(xué)校教學(xué)進(jìn)度，匹配背景相符的導(dǎo)師，根據(jù)學(xué)生情況進(jìn)行1V1專屬備課，上課時(shí)間靈活安排，中英雙語(yǔ)詳細(xì)講解課程中的考點(diǎn)、 難點(diǎn)問(wèn)題，并提供多方位的課后輔導(dǎo)，輔助學(xué)生掌握全部課程知識(shí)，補(bǔ)足短板。