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量子現象
陳家駒 成大物理系
Outline----舊瓶裝新酒
物理如何描述這個世界?---簡述
從古典力學到量子力學的建立
–簡介量子理論
From Classical Mechanics
to Quantum Mechanics
Orobouros
伽利略
(1564~1642)
牛頓
(1642~1727)
那年我們年紀小
牛頓運動定律
2
d x( t )
F  ma  m
2
dt
x ( t )  軌跡
行星軌道運動以及圓周運動
單狹縫繞射
單狹縫繞射後,雙狹縫干射
多狹縫干射
光柵
Secret from God: Quantum
Mechanics
Secret from God: Quantum
Mechanics
BLACKBODY
PHOTOELECTRIC EFFECT
MILIKAN’S DATA
Hanbury Brown and Twiss
Interferometer
Particle Aspect of Light
Pc Coincident Probability
P1 Exp. Meas.Probability of D1
Results of A
If light is composed of Photons the two Detectors should never
respond together
 A=0.
A=1 If Randomly Clicks !!
Hanbury-Brown and Twiss
A=2
Single Photon Source
Modern Anticoincidence
Experiment
Interference of Single Photon
物質皆具有
波的特性
Louis de Broglie
1925
E
E  f 
h
p
p 
h
作干涉實驗來驗證這個想法
h  6.625  10 ( j  sec)
34
28 
Interference of electrons
~ 1000 
~ 10000 
~ 1000000 
想一想,這是粒子性還是波動性??
我們可以結論:物質皆具有波的特性
波粒二重性
波包具有波的概念,又有粒子特性
Compton Wavelength

我是波,但我只
佔空間中的一
小部份
粒子或是波動性?端看我們如何“看”這顆粒子
量子力學--薛丁格的波方程式
全新的物質運動方程式:
i  1
h

2
1.05  1034 ( j  sec)
 ( x , t ) ˆ
i
 H ( x , t )
t
 (t )是代表物質的波函數
Fantasy of Quantum Mechanics
全新的方式描述物
質“完整”的訊息
粒子出現的機率分怖
只有機率,沒有軌
跡波函數
波函數的絕對值
平方才具有物理
意義
 ( x , t )  機率密度
2
x5
x(位置)
Quantum properties
疊加原則 Superposition
principle稍後談…
測不準原理 Uncertainty
principle
xp 
能量量子化能階
波耳氫原子模型
不連續光譜的真相??---波耳的氫原子模型
Energy Level
但這個物質的圖像還是錯的…
不連續光譜的真相
Energy Level
In reality
氫原子能階每一個能階都是一個穩定態,
不同能階對應不同能量與電子雲密度分布
,並且沒有軌道的觀念了!
1s
2d
3d
3p
The World from Physics View Point
10
8
10
6
Quantum World
10
4
10
2
2
cm
10
1
Classical World
Why we are so Classical?
10
8
10
6
10
4
10
2
2
cm
10
1
We never see a pretty woman
walking down the street like a WAVE!!
佛 曰 : 不 可 說
薛丁格的貓
物質是波
波可以疊加
生與死的疊加
目前實驗可以看到的薛丁格的貓尺度都很小
薛丁格的貓
目前實驗可以看到的薛丁格的貓尺度都很小
小 結
Trust Me!!
每一天,在物質世界發生的事件
都一再證明量子力學幾乎是正確的!