經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)芻議

王雨瀟山東省鄒城市鄒城一中高二38班

經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)芻議

王雨瀟
山東省鄒城市鄒城一中高二38班

經(jīng)典力學(xué)研究的主要對(duì)象是宏觀粒子，而量子力學(xué)主要研究的對(duì)象是微觀粒子。經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)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(yùn)動(dòng)，也共同推動(dòng)著物理學(xué)研究的發(fā)展與深入。

經(jīng)典力學(xué)；量子力學(xué)；關(guān)系；發(fā)展

一、引言

經(jīng)典力學(xué)是一種以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的，研究物體在宏觀世界與低速狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要學(xué)術(shù)，經(jīng)典力學(xué)在物理學(xué)領(lǐng)域是一個(gè)最早被接受為力學(xué)的基本綱領(lǐng)。量子力學(xué)是關(guān)于反映微觀粒子結(jié)構(gòu)與粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，適用于微觀世界與高速狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)。量子力學(xué)的出現(xiàn)給物理學(xué)研究帶來了新的進(jìn)展與巨大的變革，人們通過量子力學(xué)對(duì)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)有了更深一步的認(rèn)識(shí)，讓人們認(rèn)識(shí)到物體的運(yùn)動(dòng)并不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的。

可以說，經(jīng)典力學(xué)在整個(gè)物理學(xué)研究歷史中起到承上啟下的關(guān)鍵地位，而量子力學(xué)則在現(xiàn)代物理學(xué)中處于核心地位。對(duì)于經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)之間的關(guān)系進(jìn)行研究分析，有助于我們進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)物體運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律與特殊規(guī)律。

二、經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)之間的關(guān)系

（一）經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)的研究對(duì)象分析

經(jīng)典力學(xué)研究的主要對(duì)象是宏觀世界中的現(xiàn)實(shí)物體，為了方便問題的處理，通常會(huì)將現(xiàn)實(shí)問題看作是一個(gè)具有質(zhì)量、體積的質(zhì)點(diǎn)，經(jīng)典力學(xué)研究的問題就是關(guān)于該質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，問題涉及到的參量包括速度、坐標(biāo)、質(zhì)量、能量等。量子力學(xué)研究的主要對(duì)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(yùn)動(dòng)規(guī)律。

從某種角度來看，量子力學(xué)的規(guī)律既在微觀現(xiàn)象中有明顯的體現(xiàn)，同時(shí)在某些宏觀現(xiàn)象中也有體現(xiàn)，最常見的例子就是超導(dǎo)現(xiàn)象、金屬中的量子氣運(yùn)動(dòng)等，因此，宏觀與微觀之間并不存在明顯的、絕對(duì)的分界線。物理學(xué)領(lǐng)域?qū)W者常會(huì)根據(jù)量子效應(yīng)的反應(yīng)程度來對(duì)經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)進(jìn)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(duì)于研究的對(duì)象來說非常重要、不可忽略，就會(huì)將研究的對(duì)象看作是微觀粒子，對(duì)于運(yùn)動(dòng)問題的描述與研究也會(huì)用量子力學(xué)來解決；而如果普利常數(shù)對(duì)于研究的對(duì)象來說可以忽略不計(jì)，那么可以將研究的對(duì)象看作是宏觀粒子，對(duì)運(yùn)動(dòng)問題的描述與研究就可以用經(jīng)典力學(xué)來解決。

（二）經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)研究的運(yùn)動(dòng)軌跡

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

宏觀粒子的運(yùn)動(dòng)是沿著一定軌道進(jìn)行的，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律容易被發(fā)現(xiàn)。而量子力學(xué)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(yùn)動(dòng)不沿任何軌道進(jìn)行的，通常要經(jīng)過不斷的統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)才能總結(jié)出其運(yùn)動(dòng)情況，一般描述微觀粒子在空間中的運(yùn)動(dòng)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(dá)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(xué)與量子力學(xué)的表述方法

對(duì)于微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，相比對(duì)宏觀粒子的研究復(fù)雜度很大。宏觀粒子沒有波動(dòng)性，只有粒子性，按照經(jīng)典力學(xué)理論，宏觀粒子在任意時(shí)刻都會(huì)有一定的位置與速度，因此，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用坐標(biāo)——時(shí)間的變化規(guī)律來表述。

而微觀粒子具有波粒二象性，其運(yùn)動(dòng)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(guān)于時(shí)間與空間的函數(shù)，表達(dá)式為Ψ=Ψ（x，y，z，t），其中x、y、z表示空間坐標(biāo)，t表示時(shí)間。

（四）經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)的過渡

量子力學(xué)被認(rèn)為擁有比經(jīng)典力學(xué)更為普遍的規(guī)律，雖然兩者的理論與研究的對(duì)象有很大區(qū)別，但兩者之間并不是不可逾越的。當(dāng)量子力學(xué)達(dá)到一定條件，可以過渡為經(jīng)典力學(xué)，我們將滿足量子力學(xué)向經(jīng)典力學(xué)過度的條件稱為量子力學(xué)宏觀過度條件。物理學(xué)上證明量子力學(xué)向經(jīng)典力學(xué)過渡問題的實(shí)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(jí)在n→∞時(shí)，會(huì)有量子問題過渡為經(jīng)典問題等。

三、量子力學(xué)的未來發(fā)展分析

量子力學(xué)一直是社會(huì)科學(xué)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，量子力學(xué)在半導(dǎo)體的應(yīng)用，量子力學(xué)在制造二極管中的應(yīng)用，以及量子計(jì)算機(jī)的猜想，都不是陌生的話題。隨著社會(huì)的進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)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(guān)領(lǐng)域，我國的“墨子號(hào)”量子號(hào)年初交付使用，可以說全人類正在迎來量子力學(xué)、量子計(jì)算的競賽。就目前而言歐美巨頭對(duì)于量子相關(guān)的研究處于領(lǐng)先位置。由此看來，量子力學(xué)、量子計(jì)算將是科技產(chǎn)業(yè)的下一個(gè)競爭高地。

結(jié)語

對(duì)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，一直是物理學(xué)領(lǐng)域不斷探索的課題，本文只是簡單的對(duì)經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)進(jìn)行了淺層分析，還沒有深入到經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)的本質(zhì)。不過通過分析，我們知道了經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)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(guān)系，便于我們?cè)诮鉀Q物理問題時(shí)，靈活的對(duì)經(jīng)典力學(xué)與量子力學(xué)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，大大簡化問題的處理過程。

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