量子力学发展史

在1927年10月的第五届索尔维会议上， 玻尔、海森伯等人提出了波函数的统计解释、 测不准原理和互补原理，系统地提出了量子 力学的物理诠释，并认为量子力学的理论是 完备的。就在这次会议上，爱因斯坦首次公 开表示反对哥本哈根学派的解释认为量子 力学理论是不完备的。在1930年10月的第六 届索尔维会议上，爱因斯坦提出一个精心设 计被称为“爱因斯坦光子箱”的理想实验， 他想以此来证明能量和时间的不确定度不满 足测不准原理。爱因斯坦设想，此光子箱中 充满了辐射，在壁上装有一个用时钟控制的 快门，在箱子的快门打开发出一个光子的前 后，可以分别测量箱子的重量。在此实验中， 释放光子过程的时间间隔可以用时钟机构精 确测定，光子的能量可以通过测量箱子的重 而测得。因此，可以使时间和能量的不确定 度的乘积趋于任意小的值，测不准原理不再 成立。

测不准原理表明：同时严格确定 两个共轭变量（例如，位置和速 度）的数值是不可能的，它们的 数值的准确度有个下限。这是一 条自然定律。它说明，在原子层 次上，同时得到一个粒子的位置 和速度的严格准确的测量在原则 上是不可能的。

围绕测不准原理是否成立等量子力学 的基本问题，爱因斯坦同以玻尔为首 的哥本哈根学派进行了激烈的辩论。 在辩论中，测不准原理经受住了考验。
不被量子力学 所震撼的人,根 本不懂得量子力 学！
——克拉克
The end
Thank you!
在海森伯与玻尔的讨论中，两个人的意 见并不一致。玻尔认为关键是对波粒二象性 的理解，海森伯则认为需要一种数学形式来 体现量子力学的本质内容。
海森伯把精力集中在云室中电子的径迹如何用 量子力学进行数学描述上。然而，这却使他陷入了 困境。在困境中，他模糊地感到是否问错了问题， 即设法用已有的数学形式去描述云室中电子的径迹 的提法就不对。海森伯意识到，不应该问：我们怎 样才能表示云室中电子的径迹？而应当问：在自然 界中是否真的只有那些能用量子力学或波动力学表 示的情况才会出现？围绕这个问题，他立刻看到云 室中的径迹并不是具有明确位置和速度的一条无限 细的线，在云室中看到的电子径迹是那么粗大，而 电子本身并没有那么大，也许是电子的位置有某种 不确定性，而速度也同样不能被太精确地确定。海 森伯进一步思考，如果从“只有能用量子力学的数 学方程式表示的那些情况，才能在自然界中找到” 这样的基本原则出发，所能获得的最佳准确度是什 么呢？海森伯进行了一番计算，得到了测不准原理。
经过一夜的紧张思考，玻尔终于找出 了爱因斯坦论证中的症结所在----爱因斯 坦忘记了他自己所创立的广义相对论的位 移效应！在第二天的发言中，玻尔利用广 义相对论证明了在称箱子重量的过程中， 箱子在引力场中的位移会干扰控制光子发 射的时钟装置的速率，从而导致一个误差。 他还定量地证明了此实验中能量和时间的 不确定度仍然满足测不准原理。从此以后， 爱因斯坦承认了海森伯的测不准原理，承 认了量子力学的理论在逻辑上是自洽的， 但他仍坚持认为量子力学不是微观体系完 备的、最终的描述。
测不准原理
孙嘉伦0210335 徐筠0210337 赵青0210338
测不准原理是哥本哈根诠释 的基础，它的提出意味着量子力 学不仅有完整的数学形式，而且 有了合理的理论解释。在测不准 原理的创建过程中，科学讨论一 直发挥着重要的作用。我们完全 可以把测不准原理看成是科学讨 论的产物。下面，具体地看一下 科学讨论是如何伴随着测不准原 理过程的准备、酝酿、豁朗和检 验这四个阶段的。
<<挑战哥本哈根诠释－薛定谔之猫>>

薛定谔(Erwin Schrödinger) 利用薛定谔之 猫挑战哥本哈 根学说


薛定谔设想对一个放射性原子核及一只猫在 一个密封的盒中,再放一个侦察器,只要这个 侦察器一探察到原子核衰变就立即放出毒气, 把猫杀死. 根据哥本哈根阐释,你不打开盒子,原子核的 衰变处于半衰变半不衰变的状态,而导致毒 气在放于不放之间,猫的性命也处于死与不 死之间,直至有人打开盒子,猫才会从重叠状 态中变成生猫或者死猫.

引起测不准原理 的最初问题是爱 因斯坦提出的。

海森伯发现要知 道粒子现在之位 置,必须利用光 射上这个粒子令 它绕射而指出其 位置。
1926年1月至6月，薛定谔发表了六篇论文， 建立了波动力学、证明了波动力学与矩阵力学的 数学形式等价，同时提出了波动力学的解释。 1926年7月，慕尼黑大学邀请薛定谔就波动力学 作演讲。薛定谔的演讲吸引了很多人。在演讲的 中间维恩站起来说，量子跃迁的论题现在显然被 合理的东西代替了。薛定谔接下来对他的波动力 学的解释是海森伯不能接受的，他站起来进行辩 论。海森伯指出，如果按薛定谔的假设，那么就 不能解释普朗克辐射定律。薛定谔于同年10月到 哥本哈根。在薛定谔作了波动力学的报告之后， 大家围绕着波动力学的物理解释问题展开了一系 列热烈的讨论，这场讨论使海森伯和玻尔确信量 子和量子跃迁的概念必须保留，而薛定谔在正确 的公式外面套了一层错误的解释。

另一个实验和盒中猫差不多,不过这次我们用两 只猫,这两只猫各自被放上两支火箭,火箭上什 么所需都有,也有一样的残忍装置,而这两支火 箭被一条管连住,管里面有一个放射性原子,在 某一刻,管被切断,放射性原子被随机分到一支 火箭上,除非有人打开火箭,否则放射性原子同 时处于两支火箭,所以两只猫都是处于半生半死 的状态,火箭背向飞行,一架去到大麦哲伦云,一 架去到仙女座大星系,假设大麦哲伦外星人打开 火箭，见到是一只死猫,在同一时刻,仙女座大 星系的猫就立即从重叠状态复苏,它是一只生猫. 薛定谔强调不能接受盒內的是一只又是生又是 死的猫.
测不准原理 的经典表达式
原子中电子的运动，由于其质量非常小，运动 速度又极快，且具有波粒二象性。因此人们对于电 子以及其他微观粒子的运动速度和空间位置两个相 关物理量的测量也有一定的精确度极限。 如果以 △p表示粒子位置的测量误差，以 △x表示 粒子动量的测量误差，则同时测定二者时，精确度 极限为：

玻恩在统一波动图像和粒 子图像上迈出了重要的一 步。他用薛定谔理论处理 粒子碰撞问题，提出了得 到公认的波函数的解释。 玻恩认为，电子波函数的 平方不是薛定谔所认为的 电荷密度，而是代表在某 给定地点找到电子的几率。 这样波动图像与粒子图像 的对立被化解，它们被统 一了起来。
在接下来的几个月中，海森伯与玻尔深 入、持续地讨论，把酝酿阶段推向了高潮。 由于用矩阵力学的数学形式描述云室中电子 的迹径没有可能，海森伯试图利用薛定谔波 动方程去表示，尝试的结果表明，这种方法 也是不可能的。在初始位置时，电子可用波 包来表示。波包向前运动，可获得有些像穿 过云室的电子径迹的东西，但是波包要越变 越大，这与实验不相符。
“测不准原理”与新经济奇迹



如果新经济被定义为以疾速膨胀的知识和信息为 基础的经济，那么我们也可以把它被称为非连续 性经济。那是一种极富戏剧性、有时甚至梦幻般 发展的经济。 创新越来越呈现为非连续性。非连续性创新改变 的是现有的秩序，而不是在技术细节上发生改变。 既存的秩序是一个由模式、工作和行为模行的组 合，它倾向于确切的可预见性与和谐性。物理学 上有一个“测不准原理”。它揭示的是这样一种 事实：某些物理现象不能凭借实验设备和计算手 段来测出其发生和发展，这不是仪器本身的缺陷 所致，而是因为这种现象的出现具有一定概率， 用宏观手段无法精确测量。 非连续性创新的突显，让人在商业和管理上也遭 遇到“测不准原理”。在测不准原理统治的领域， 再发达、再敏感的“数字神经系统”都是无能为 力的。而且，对机器的过分迷信，必将使决策者 堕入不测的陷阱。
式中h为Planck常数，6.626×10-34J· s
测不准原理不仅是 量子力学中的经典， 在其他领域中也有其 广泛的应用．
计算机技术发展的一个新方向 —量子计算机

根据量子力学中的海森堡测不准原理， 当位置定的很准时，粒子的动量就不 会定准。将海森堡测不准原理应用于 计算机的芯片问题中，当密度很大时， △x很小时，△p就会很大，电子就不再 被束缚，就会有量子干涉效应。这种 量子干涉效应会完全破坏芯片的功能。 对于现有计算机技术，量子力学的限 制确实是一个障碍。但是应用量子力 学的原理直接进行计算，不但可以越 过量子力学的障碍，而且可以开辟新 的方向。