量子力學：修訂版本之間的差異

2016年3月10日 (四) 21:02的最新修訂版本

量子態不連續

• 如果不是量子態不連續，原子就不可能穩定地存在。按古典物理學：電子有加速度所以會放出光損失能量，最後掉入原子核。

全同粒子和包立原理

• 全同粒子所呈現出的不可區分性：宇宙裏所有的電子都帶有相等數量的電荷。因此，無法依靠物理性質來區分同種類的粒子，必需使用另一種區分法，即跟蹤每一個粒子的軌道。只要能夠無限精確地測量出每一個粒子的位置，就不會搞不清楚哪一個粒子在哪裡。這個適用於經典力學的方法有一個問題，那就是它與量子力學的基本原理相矛盾。根據量子理論，在位置測量期間，粒子並不會保持明確的位置。粒子的位置具有機率性。隨著時間的流易，幾個粒子的量子態可能會移動蔓延，因此某些部分會互相重疊在一起。假若發生重疊事件，給每個粒子「掛上一個標籤」的方法立刻就失去了意義，就無法區分在重疊區域的兩個粒子。
• 由全同粒子組成的多粒子系統量子態，在交換兩個粒子「1」和粒子「2」時，
  1. 如是對稱的，就叫玻色子(自旋為整數)
  2. 如是反對稱的，就叫費米子(自旋不為整數)
• 包立不相容原理：一個原子裡的每一個費米子(自旋不為整數的粒子)必然具有不相同的量子狀態。它的一個非常重要的推論就是對任何原子，兩個電子都不能具有同樣的量子態。(但玻色子，不服從包立不相容原理。)

機率波

• 目前所知道的一切基本粒子，包括夸克與輕子都有粒子/波二元性。
• 量子的出現機率可以用「波函數」來描述，波幅平方為出現機率。
• 量子不是由一個位置移到另一個位置，而是同時在多個位置，或說在此處且在他處。
• 電子的軌跡是根本就不存在，並不是我們沒有能力去觀測到而已。更具體地講，如果在某時刻偵測到電子於A處，而在一分鐘之後電子出現在B處，我們不可以認定電子是經由一條連接A點與B點的路徑從A跑到B。
• 量子系統遵守態疊加原理

觀測與波函數塌縮

• 觀測會使被觀測對象產生波函數塌縮，出現的位置由觀測確定，不再遵守波函數及態疊加原理。
• 「是不是只有當你在看它的時候，月亮才在那兒呢？」

纏結

• 假設兩個粒子在經過短暫時間彼此耦合之後，單獨攪擾其中任意一個粒子，儘管兩個粒子之間可能相隔很長一段距離，還是會不可避免地影響到另外一個粒子的性質，這種關聯現象稱為量子糾纏。纏結的粒子有驚人的特性，這些特性違背一般的直覺。比如說，對一個粒子的測量，可以導致整個系統的波包立刻塌縮，因此也影響到另一個、遙遠的、與被測量的粒子纏結的粒子。這個現象並不違背狹義相對論。不過在測量它們之後，它們就會脫離量子纏結的狀態。
• 大尺寸（宏觀）量子相干會導致新穎奇異的現象，稱為宏觀量子現象。例如，雷射、超導現象、超流體等等，都是高度相干的量子系統，它們產生的效應可以在宏觀尺寸觀察到。超流體現象是玻色-愛因斯坦凝聚。所有組成凝聚的粒子都同相，可以用單獨一個量子波函數來描述。

量子退相干(Quantum decoherence)

• 不存在孤立系統，特別是不存在孤立宏觀系統，通過某種方式，每個量子系統都會持續地與外在環境耦合，發生量子糾纏，從而形成糾纏態。量子去相干可以視為存在於量子系統內部的相干性隨著時間退至量子系統與環境所組成的糾纏系統。換句話說，量子系統的相位資訊會持續地洩露至環境，從而有效地促使伴隨著相干性的干涉現象消失無蹤。
• 量子去相干促使系統的量子行為變遷成為經典行為。
• 量子系統的演化貌似具有不可逆性。由於環境擁有幾乎無窮大的自由度，而且很難適當地操縱環境，因此，一般而言，量子去相干具有不可逆性。

穿隧效應

量子穿隧效應示意圖。穿隧粒子的能量不變，只有量子幅降低。因此，找到粒子的機率也會降低

電子波包遇到位勢壘而產生的反射和穿隧效應。往位勢壘的左邊移動的明亮圓盤是波包的反射部分。暗淡的圓盤可以被觀察到往位勢壘的右邊移動，是波包穿過位勢壘的很微小的一部分。這是經典力學所不允許的。順便注意入射波與反射波，因為疊加，而產生的干涉條紋。

量子穿隧效應為一種量子特性，是如電子等微觀粒子能夠穿過它們本來無法通過的「牆壁」的現象。這是因為根據量子力學，微觀粒子具有波的性質，而有不為零的機率穿過位勢障壁。

• 核融合
• 宇宙創生

量子漲落

• 真空(空白)中有成對的正反粒子生成並淹滅。
• 我們的宇宙生於真空(null)能量的量子漲落。
• 宇宙創生時的量子穿隧效應
• 正反粒子與宇宙初期粒子