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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 1034 ( 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 x5 x(位置) Quantum properties 疊加原則 Superposition principle稍後談… 測不準原理 Uncertainty principle xp 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!