量子力学中为什么要引入复数,引入复数的意义是什么

作者&投稿:茹裘 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
为什么量子力学必需引入复数?i与planck常数在其中有什么意义?~

应该可以这样理解:
薛定谔方程是与牛顿能量动量关系对应的:
E=p^2/2m (1)
E=(h/2π)ω (2)
p=(h/2π)k (3)
ω→id/dt (4)
k→-i(代尔算符) (5)
将(2)(3)代入(1)
可得到光学色散关系,由(4)(5)的对应关系可以得到“光学”波动方程。实际上得到的是薛定谔方程。
由此可见,虚数的出现是由于牛顿能量动量关系中,能量与动量的平方成正比。
i的意义是使得波函数可以随时间演化,在没有i的方程中是无法得到概率流密度这一概念的,普朗克常数完全是由普朗克-爱因斯坦关系(4)(5)引入的,(4)(5)有更大的普适性,薛定谔方程由于与牛顿能量动量关系相联系,因此无法解决高速参考系的问题,若将(4)(5)代入相对论能量动量关系,就可以得到相对论量子力学的克莱因-高登方程。

QM中的东西通常需要数学解释,你要是想单纯理解的话很难,譬如entanglement。首先波函数本身的意义就只有在平方的时候才显现出来(概率p=phi(x)^2)。复数的引用是在写波函数phi(x)时,因为通常的物质波波形都与三角函数波形类似,而且已知电磁波是三角函数波,不难推测通常phi(x)与sinx等有关,可是三角函数在某些运算(譬如乘法)时相当麻烦,于是通过e^ix=cosx+isinx这个法则将三角函数转化为e^if(x)这样一个指数函数,易于运算。这样的话,如果只需要cosx时,可是只取最后运算的实数部分,需要sinx的话,只取虚数部分。
以上是通常初次在QM中引入复数时教授会提到的。因为波函数本身平方才意义明显,而平方时虚数部分自动消失,所以不好解释这个虚部本身的物理意义。不过像是电磁波的话,可以理解为振动的不同方向,沿x轴传播的电磁波,电场方向y轴,磁场方向z轴,一个cos一个sin,写成e^ix如此便可以虚实区分。

经典量子力学有5条基本假设,且这些假设中都含有虚数单位i,假设是量子力学理论的逻辑起点,或者说是量子力学理论建构的基础。5条假设中的核心内容是薛定谔方程,它是含有虚数单位i的二阶偏微分方程; 描述微观粒子状态的波函数、能量算符、动量算符、角动量算符均含有虚数单位i。这些含有虚数单位的假设的正确性通过求解薛定谔方程得到的结果与实验相吻合获得了确认,这就是量子力学中引入复数的基本原因。

复数相量可以直观、方便地表示正弦关系.


中国古代的力学知识
虹吸管,在古代叫“注子”、“偏提”、“渴乌”或“过山龙”。东汉末年出现了灌溉用的渴乌。北魏道士李兰做称漏,也用了渴乌。西南地区的少数民族用一根去节弯曲的长竹管饮酒,也是应用了虹吸的物理现象。宋代曾公亮在《武经总要前集》卷六《寻水泉法》中,有用竹筒制作虹吸管把被峻山阻隔的泉水引下山的记载。

天体为何会有引力
人们都知道,爱因斯坦是一代物理大英雄,他在生活的几十年中,同样要思考这个本质问题,为什么物质间会有万有引力,特别是在他的晚年,进行了力场的统一研究,尽管在物理科学的统一研究上没有过多成绩,必定是做了一定的工作,给后人的研究带来一定的启示。特别是爱因斯坦的相对论,为了说明物质质量与能量间的关系,建立了质...

关于张海迪、霍金热爱生命的故事,简短点
史蒂芬·霍金,出生于1942年1月8日,这个时候他的家乡伦敦正笼罩在希特勒的狂轰滥炸中。 霍金和他的妹妹在伦敦附近的几个小镇度过了自己的童年。多年以后,他们的邻居回忆说,当霍金躺在摇篮车中时非常引人注目,他的头显得很大,异于常人———这多半是因为霍金现在的名声与成就远远异于常人,邻居不由自主地要在...

物质为什么会运动呢?物质为什么是运动着的?
在过去的一个世纪中是否是由于人们对空间及空间的实在性有些敏感而没有直接说明这一点呢?这只有过去的人们心中才能明白。今天我要明确地提出这一点。在另一方面,由于引力的作用,而改变了空间的特性。什么还能改变空间呢?在牛顿的力学中空间是绝对的,是不言自明的,也是不生不灭的。空间这种特性...

量子力学:知识精要与真题详解目录
本文围绕量子力学这一学科,详细整理了一系列知识点精要与真题详解,旨在为学习者提供深入理解与实践应用的指引。第一章 量子力学的诞生 该章节深入探讨了量子力学的起源与关键理论,解析了其在物理科学中的革命性意义。通过解析重点难点,学员可把握量子力学的核心思想与基本原理。同时,通过名校考研真题与...

这几件事情让霍金成为了一名伟人!是哪些事呢?
谣传他退休后或许会到加拿大的普里美特理论物理研究所任职。目前,他在剑桥大学仍然拥有宽敞的私人办公室,有私人助理专门处理事务,还有很多博士学生实现他的奇点子。霍金的私人助理表示,霍金热爱他的工作,他非常快乐,学校非常需要他,他尚未草拟任何退休计划。霍金依然雄心勃勃地设定了超高难度研究目标:彻底了解宇宙,为什么...

如果量子力学理论是对的,是否意味着人生真的是毫无意义?
不要急,你慢慢的读,可能刚开始你觉得这个例子毫无意义。那么我再说个简单的例子,我们常常一个人的时候把某样东西放在某个地方,但是第二次去找的时候却发现不在哪里而在其他地方,比如明明记得把作业本放在书包里的,结果到了学校怎么也找不打。这都会让我们对我们的记忆力产生怀疑,但是如果是“上帝...

高分求助:物理学史考试
3.经典物理学为什么要引入以太(围绕以太证明与否定的实验)4.分子运动论5.机械自然观的特征、局限性、在历史上的作用6.光的本质(历史上的交锋、重要历史事件)7.麦克斯韦方程、电磁理论的主要内容,为什么称之为完美?以及在物理学中的地位8.为什么电磁学不称之为电学和磁学(电磁打通的历史事件)9.类比方法的特点以及...

2012安徽省中考语文试题及答案
我一下子说不出话来。为四百元钱,这些本属于辽阔草原的马,就这样被短短的缰绳长年累月地拴在一个狭窄的围栏里。 我都不好意思称呼它们骏马了,这个“骏”字已经远远地脱离了它们。这时有人喊我的名字。我们要去另一个地方了。我又看了白马一眼,有点不舍地转身向同伴走去。 在我转身走出二十米后,我突然感...

量子力学为什么要用绝热近似、单电子近似、周期场近似?
我在列某个电子的方程时,另外其他电子也需要重新建一遍,需要求解的方程数目是很大的。现在我平均化,每颗电子都会产生一个场,由于电子数目太多,我假设这样的场是一个平均场,每颗电子感受到的是一样的,电子与电子之间的相互作用全部丢到这个平均值中。一下子N个方程变成一个方程。(三)周期场近似...

远安县13659794424: 量子力学的复数有什么意义 -
勤常辛芳: 引用复数是因为在写波函数时,由于三角函数在一些运算(如乘法)相当麻烦,于是通过e^ix=cosx+isinx将三角式转化为e^if(x)这样一个指数式,将方便运算.

远安县13659794424: 虚数有什么物理意义,虚数是不是适用于量子力学的微观 -
勤常辛芳: 在物理学中引入复数结构的必需性的根源和复数最重要的物理意义在于量子力学运动规律限定的数学结构.用群论的语言概括:概率守恒要求演化规律的数学结构是酉群 U(n) (参见https://en.wikipedia.org/wiki/Unitarity_(physics)), 而 U(n) 恰好...

远安县13659794424: 为什么量子力学中有一些值可以有复数的解?? -
勤常辛芳: QM中的东西通常需要数学解释,你要是想单纯理解的话很难,譬如entanglement.首先波函数本身的意义就只有在平方的时候才显现出来(概率p=phi(x)^2).复数的引用是在写波函数phi(x)时,因为通常的物质波波形都与三角函数波形类似...

远安县13659794424: 量子力学中对许多关于正余弦的表示为什么要用复数形式?
勤常辛芳: 因为满足薛定谔方程的波函数,是在复空间中的.正余弦表示,只不过反应了不同的宇称态.正余弦函数是实函数.你说的那些地方,是不是指 非束缚情况 求透射系数等问题?

远安县13659794424: 复数在实际生活中有什么作用? -
勤常辛芳: 复数是生活中的另一种惊喜,它是我们用日常观念无法预料却又冥冥一中存在的事一样. 从数学的角度来看,你若没有发现x平方加1等于零在已经认知的实数范围没有实数根,又怎么会转换角度让x的平方等于-1呢.再试着看,数轴上我圈一个点让它看起来不满足实际条件.但是那个圈不在数上吗? 所以,数学是来源于生活,来源于观察的.留给有心人的!实在不敢说自己懂数学,只是用心.那些大神说的比较难懂的理论我作为一个高三学生无法明白.以后一定会去好好感悟

远安县13659794424: 量子力学是怎么诞生的? -
勤常辛芳: 1900 ~ 1926 年是量子力学的酝酿时期,此时的量子力学是半经典半量子的学说,称为旧量子论,开始于德国物理学家普朗克对黑体辐射的研究.黑体辐射是 1900 年经典物理(牛顿力学、麦克斯韦电动力学、热力学与统计物理)所无法解决的...

远安县13659794424: 算符在量子力学中的意义为什么在量子力学中要引入算 -
勤常辛芳: 为了计算方便.譬如如果要求动量平均值,如果不用算符,就要在动量表象中计算.而如果使用了算符,那么就可以利用坐标表象中的波函数计算动量平均值

远安县13659794424: 不懂学习数学复数有什么作用? -
勤常辛芳: 在很多方面都有所应用. 系统分析 在系统分析中,系统常常通过拉普拉斯变换从时域变换到频域.因此可在复平面上分析系统的极点和零点.分析系统稳定性的根轨迹法、奈奎斯特图法(Nyquist plot)和尼科尔斯图法(Nichols plot)都是在...

远安县13659794424: 复数量子力学的理论源于什么?
勤常辛芳: 复数量子力学量子力学中复数是十分重要的,因其理论是建基於复数域上无限维的希尔伯特空间

远安县13659794424: 什么是量子 -
勤常辛芳: 量子力学的诞生 量子力学和相对论是近代物理的两大支柱,两者都改变了人们对物质世界的根本认识,并对20世纪的科学技术、生产实践起了决定性的推动作用.相对论以相对时空观取代源于常识的绝对时空观,量子力学则以概率世界取代确...

本站内容来自于网友发表,不代表本站立场,仅表示其个人看法,不对其真实性、正确性、有效性作任何的担保
相关事宜请发邮件给我们
© 星空见康网