薛丁格方程是什麼?沒有那麼難,看完你也會!

2020-12-05 洋子話科學

在科學界中湧現出很多傑出的科學家,我們熟知的科學家有愛伊斯坦、牛頓等等,大家對於薛丁格可能不太了解,薛丁格也是一位很厲害的科學家。

埃爾溫·薛丁格是奧地利物理學家,他是量子力學奠基人之一,發展了分子生物學。他的一生充滿了傳奇色彩,薛丁格曾經當過兵,在世界第一次大戰期間,他服役於一個偏僻的炮兵要塞,他對物理有濃厚的興趣,一有空閒時間他就鑽研物理,後來戰爭結束後,他就回到了物理研究所。於是開始專心研究物理,和狄拉克共同獲得了諾貝爾物理學獎,他還建立了波動力學、薛丁格方程等等。

接下來我們就來說說這個薛丁格方程,很多人一聽到方程就頭大,但是這個薛丁格方程和我們數學上學到的方程還是有所區別的。薛丁格方程是將物質波的概念和波動方程相結合建立的二階偏微分方程,可描述微觀粒子的運動,每個微觀系統都有一個相應的薛丁格方程式,通過解方程可得到波函數的具體形式以及對應的能量,從而了解微觀系統的性質。

薛丁格對量子力學有很重大的研究與發現,他在意識到粒子表現出波動性後,提出了一個波動方程來描述亞原子粒子的運動。曾經有科學家提出了波粒二象性,認為粒子能夠表現出波動性,而波也能表現出粒子性,於是薛丁格在此基礎上進行深入研究,提出波動方程,薛丁格利用了普通力學中物體能量與動量的關係,並代入德布羅意的粒子動量與波長、普朗克常量關係的數學法則來研究波動方程。氫原子由一個質子和一個電子組成,質子帶一個正電荷,電子在質子的電場中繞質子運動,他的方程準確預測出了當時已被實驗觀測到的電子能級的量子化狀態。

後來薛丁格為了更好地研究量子力學,他還提出了一個思想實驗——薛丁格的貓。將一隻貓關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器裡。鐳的衰變存在機率,如果鐳發生衰變,會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子,貓就會死;如果鐳不發生衰變,貓就存活。根據量子力學理論,由於放射性的鐳處於衰變和沒有衰變兩種狀態的疊加,貓就理應處於死貓和活貓的疊加狀態。這隻既死又活的貓就是所謂的「薛丁格貓」。

但是薛丁格的貓存在很大的爭議,按照自然規律的發展狀態,這種情況是不會存在的,不過薛丁格方程始終成立,波函數從不坍縮。愛因斯坦曾說過,上帝不玩骰子,但是量子力學讓我們不得不相信,上帝似乎是玩骰子的。量子理論是20世紀科學的重大進展之一。

相關焦點

  • 薛丁格方程及薛丁格的貓
    大家好,歡迎收看我的百家號萌萌說說說,今天小編要給大家介紹的是薛丁格方程及薛丁格的貓。薛丁格方程埃爾溫·薛丁格為量子力學作出了最寶貴的貢獻。他在意識到粒子表現出波動性後,提出了一個波動方程來描述亞原子粒子的運動。
  • 「猜」出來的薛丁格方程
    當然這樣的表述也許還不足以引起你對薛丁格方程的重視。        我們都知道,「萬物由原子構成」,那麼,原子是怎麼運動的呢?還有,原子是否可以再分?如果可以再分,那原子內部是怎麼運動的呢?薛丁格方程就可以描述這些運動。        薛丁格方程之於量子力學,相當於牛頓運動定律之於經典力學。
  • 薛丁格方程
    不含時薛丁格方程不含時薛丁格方程與時間無關,它預言波函數可以形成駐波,稱為定態(在原子物理學裡,又稱為軌道,例如,原子軌道或分子軌道),假若能夠計算出這些定態,分析出其量子行為,則解析含時薛丁格方程會變得更為簡易。不含時薛丁格方程為描述定態的方程。只有當哈密頓量不與時間顯性相關,才會使用這方程。廣義形式的不含時薛丁格方程為
  • 波函數與薛丁格方程
    量子力學的學習一定要對波函數以及薛丁格方程這兩個概念有深刻的認識。目前我們已經學習了量子力學第一章內容,對於這些概念應該有自己的思考。      波函數是描述一個物理系統的時間演化規律的唯一基本函數。知道了它,原則上就可以得到該系統的所有物理量。
  • 為什麼我們常說薛丁格不懂「薛丁格方程」?
    如果您沒看上一期的內容,我再簡單說明下薛丁格方程的含義,其實根據薛丁格方程我們可以求出一個解,請注意這個解本身也是一個函數不是一個定值,所以這個方程和我們以往學的方程不一樣,希望大家一定要注意。x的物理含義很簡單,就是粒子的位置信息,如果我們把坐標源點定義為x=0,那麼大家看上面的波函數,其實x只是在某個局部範圍內才有y值,其餘地方y值都沒有的,那麼y值到底是啥?
  • 薛丁格方程是怎麼推導出來的?
    薛丁格不僅是個傑出的物理學家,而且還是個了不起的哲學家和文化學者,他的《什麼是生命》、《自然與希臘人及科學與人文》等著作對物理學以外的其它領域也有深遠的影響。維也納大學擺放的薛丁格大理石胸像上刻有薛丁格方程:
  • 薛丁格貓究竟死了沒有?
    一、薛丁格貓 薛丁格方程是偏微分方程,要掰扯偏微分方程,就要有足夠的門檻,不是什麼人都能扯上兩句的(估計扯了也沒人聽),但是「薛丁格貓」似乎不需要什麼高深的數學手段,什麼人都能扯上一通,所以在網上和自媒體上時不時的跳來跳去。據說圍繞它爭論直到現在也沒有確切的說法。
  • 五分鐘徹底搞懂「薛丁格方程」
    那就是薛丁格方程。可以這麼說,牛頓定律在宏觀世界裡幾乎是無所不能,那麼「薛丁格方程」就是微觀世界的「牛頓力學」,只不過微觀世界一般人不會直接觀看到,所以對薛丁格這個人感覺沒有牛頓名氣大,下面我正式給出薛丁格方程的形式。
  • 量子力學的核心:薛丁格方程 究竟神奇在哪裡?
    :你會得到類似波的幹涉模式,但是電子是作為粒子到達的。它的解應該是波函數(不要把它想成實際的波),它會告訴你量子系統(比如:在箱子中運動的單個粒子)在時刻的所有信息。奧地利物理學家歐文·薛丁格(Erwin Schr?dinger)在1926年想出了這個方程的。對於在三維空間中運動的單個粒子,方程可被寫為如下形式:其中為粒子的勢能,勢能是x, y, z ,t 的函數, m為粒子質量,h為普朗克常數。
  • 從薛丁格方程到薛丁格的貓,薛丁格的這兩件東西顛覆了整個世界
    作為一位偉大的物理學家,薛丁格對於物理學、尤其是量子物理學最大的貢獻就是創建了薛丁格波動方程,如果說普朗克提出量子概念是量子力學的開端,那麼薛丁格波動方程則是將量子力學上升到了一個全新的高度,這篇文章就重點和大家聊一聊薛丁格波動方程。
  • 開啟量子力學大門的鑰匙:薛丁格方程
    ma去解決房間內空氣分子的運動問題,那麼就算使用世界上最先進的量子計算機,也無法完成這項數據龐大的工作,所以在微觀粒子世界,我們需要另外一種公式來替代類似於牛頓經典力學在宏觀世界的作用,它的名字為:薛丁格方程,也正是薛丁格方程開啟了量子力學的大門。
  • 薛丁格方程與粒子的衍射、幹涉現象漫談
    但薛丁格波函數方程卻是量子力學的神來之筆,它不是從任何物理原理中推導出來的,而是薛丁格「靈光一現」的產物,直到現在也沒有人知道薛丁格是如何得出這個波函數的薛丁格方程Ψ=Ψ0﹡e^(-i2π/h(Et-px),從方程形式上來看,它本是描述一個粒子波動的方程,是一個標準的線性方程
  • 逆轉的薛丁格方程,美俄科學家實現量子時間「倒流」,令人興奮
    ,卻想不起來明年今天你會吃什麼。,如果你單純地看白球和其他球撞擊的過程,會發現即使這個過程翻轉過來,也沒有什麼不合理的地方,因為這樣的過程仍然遵從動量守恆等物理定律。假設整個房間一片漆黑,但是你手中的球桿和母球是發光的,你可以看見。那麼,當你出杆的時候,母球撞擊在其他球上。如果這些球都是電子,那麼通過薛丁格方程,你可以知道它們都在以不同的速度在不同的位置亂跑。
  • 【仿真百科】薛丁格方程
    在量子力學中,薛丁格方程的解(即波函數)通過波函數的線性組合,產生基本粒子在時間和空間上的位置的概率函數。在大多數情況下,量子化能級存在波函數;也就是說,可能只存在特定的離散值。例如,電子密度波函數可以產生原子和分子的軌道概率函數。我們來看一個使用薛丁格方程公式描述氫原子的例子:
  • 薛丁格方程與電子軌道
    原子核外電子的排布影響了原子的性質和立體結構那麼核外電子是怎樣排布的呢這就要從薛丁格方程開始講了
  • 一個巨大的量子現象——薛丁格方程上天了!
    而支配量子世界的方程的適用性,通常也被限制在亞原子領域。換句話說,微觀尺度所應用到的數學一般跟宏觀尺度沒有關係,反之亦然。○ 描述單個粒子的薛丁格方程。薛丁格方程之於量子力學,就好比是牛頓第二定律之於經典力學。
  • 薛丁格方程的物理意義(全局詮釋之五)
    但我們知道,一般定態薛丁格方程的解是一個固定的機率分布,沒有擴散。而含時薛丁格方程很少用到,即使用到,我們一般也用絕熱近似,也就是當成定態薛丁格方程來解。我們可以把定態薛丁格方程當成含時薛丁格方程的特殊形式。而虛擴散係數意味著什麼呢?
  • 我們可以將量子數看作是薛丁格方程的本徵態數
    薛丁格方程是量子力學的基本假設,也是現在大部分涉及到微觀電子的理論基礎。我們既然需要用薛丁格方程解決的問題,那麼薛丁格方程一定是有解的,那麼什麼叫一定是,即無論怎麼能進行求解,一定都是正確的呢?有興趣的同學可以自己試一下,因為這裡不會展開談論波函數坍縮的計算問題。
  • 五分鐘量子力學(七),量子史話:偉大的薛丁格方程
    也許您是第一次看我的文章,也沒學過量子力學,更沒聽說過神馬薛丁格方程,但是您一定聽說過薛丁格的貓。嗯,就是那隻又死又活的貓。在這裡小編插播一下,對這隻貓進行一下說明。其實這隻又死又活的貓是因為薛丁格沒有理解波函數的真正物理含義——統計的概率解釋。也就是說,這隻貓或死或活的概率都是50%,這是一個大量樣品的統計結果。
  • 薛丁格方程的拉格朗日形式
    與所有的基本物理定律一樣,薛丁格方程也存在拉格朗日形式,它的拉格朗日密度是: