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沒有知識基礎的人可以讀懂量子力學嗎?

覺得量子力學很有意思,想去了解一下,沒有知識基礎的人在讀量子力學之前,需要先學會哪些東西,希望大家能提供一些意見和一些學習量子力學基礎的書籍

題主是職業高中學生,初中沒有好好學習,基礎奇差,現在已經開始學習現在學校里的知識,想努力考上大學,經過大家的提醒現在決定好好複習初中的知識。。。。感謝各位的回答


可以。我讀博士方向就是量子物理(量子場論),可以告訴你,普通人可以懂一些量子力學的。

量子力學對普通人是很神秘的領域,我先告訴你量子力學是做什麼的,給你一個整體的感知。作為普通人,只需要了量子力學的基礎,以及量子力學的應用範圍就足夠了。

首先,記住量子力學是處理微觀粒子的物理現象的。微觀粒子一般是指粒子尺度在 10^{-10}m10^{-6} m 範圍內。

如果尺度更小,會有強烈的能量漲落,粒子會產生和湮滅,量子力學是不適用的,需要使用更深度的理論——量子場論了。

在更大的宏觀尺度上,物體是由很多很多微觀粒子組成的,量子特性由於統計平均的結果而被掩蓋了,物理規律用牛頓力學可以很方便地計算。

量子力學基礎是:

  • 任何微觀粒子,即有粒子特性(能量分離),也有波的特性(滿足疊加原理,態可以疊加)。
  • 粒子的狀態可以用波函數表示,波函數是粒子處於某個態的概率振幅,概率振幅的平方就是粒子處於某個態的概率。
  • 粒子態隨時間的變化可以用薛定諤方程來描述。這是量子力學中最基本的方程。

有了這些基礎知識,尤其是數學知識,就可以做很多計算了,從而得到很多應用,比如:

  • 一個粒子在特定勢能下的狀態,如量子諧振子。
  • 電磁場中粒子的運動,從而可以計算原子能譜。
  • 加上角動量的知識,可以計算電子自旋以及原子的角動量。
  • 利用更複雜的數學——微擾論,可以計算粒子的散射。
  • 研究量子態隨時間的變化,可以得到躍遷理論,以及光的受激輻射。

日常生活中量子力學的應用:

  • 激光。光的受激輻射。
  • 半導體。電子在晶體中的運行形成能帶結構,從而有特殊的導電特性。cpu、硬碟、二極體都基於這些。
  • 核磁共振。原子核自旋在強磁場下發生能級分裂,吸收特定頻率電磁波。

量子力學是現代物理的基礎理論,雖然一些概念比較反常識,主要是因為和生活中的牛頓力學經驗不太相符。我學習的過程中也經歷過從抗拒到接受的過程:

有哪些顛覆了你原先對這個世界理解的理論/學說??

www.zhihu.com圖標

作為普通人,沒必要太深入去研究。通過上面的一些介紹,對量子力學的適用範圍和具體應用有些了解就足夠了。


1.誠實的告訴你,沒有基礎的情況下,讀不懂。讀科普可以領略量子理論的玄妙,但是你不會明白為什麼的。

2.如果想讀,需要數學基礎和物理基礎。不僅僅需要數學基礎,因為物理基礎是在塑造你用物理學理解這個世界的思維方式。有了這個思維方式,才能明白量子力學在說什麼。具體說一下步驟。

數學方面:

你要學會高等數學中的知識。也就是微積分,簡單的常微分方程,級數。這是最基本的語言,不一定要學多好,但是最基本的習題要能做出來。

要學會線性代數。這門課比高等數學難一些。要理解線性空間。特徵向量,特徵方程,特徵值這些都要會。簡單的構造性的證明也要能做。量子力學大量使用矩陣工具。

複變函數和偏微分方程。也就是數學物理方法。這門課難度又大了一點。起碼圍道積分要會。特殊函數特殊方程要會用。

其他的,學一點泛函理論,會變分法,會一點群論,差不多數學就夠了。隨著學習深入,李代數,纖維叢肯定是要用的。

物理方面:

力學基礎,熱學基礎,電磁學,原子物理學,幾何光學。這些基礎的東西最好學一學。因為這些簡單,好學。但是從這些簡單的基礎課的學習中,你會熟練使用數學工具。並且知道物理學上怎麼來使用數學工具的。

進階課程 學一個理論力學就可以了。後面泊松括弧什麼的好好理解理解。哈密頓原理,拉式量什麼的都對你學量子力學有一定幫助。

然後學量子力學。這個時候學量子力學,你就可以真正的明白量子力學裡講的都是什麼東西了。當然,學的時候剛開始有些概念是很物理的。比如態疊加原理,數學上你學了線性代數,很容易理解就是線性方程的特點,那麼物理上該怎麼深入理解呢?薛定諤方程在數學上你會求解,那麼物理上怎麼理解呢?波函數的玻恩解釋究竟是什麼意思呢?包括測不準原理的理解,以及相關的微觀物理中的自由度,粒子全同這幾個概念之間的相互關聯之處。這些不僅僅是懂數學就能明白的。如果有前面學基礎物理的訓練,你就能明白物理角度思考這些概念的方向。同時,這些概念必須有數學基礎,因為有數學的支持,你才能在用物理角度思考這些概念的時候,進行演算,推出可以驗證的結果。這個時候可以去學一點熱力學,看看吉布斯佯繆。可以學一些統計物理,理解一下熵的本質。沿著這個方向下去。你就能對量子力學有更好的把握,同時會激發出更多的疑問和好奇。於是就可以去學習更深入的課程。一步步學到標準模型,甚至進入量子色動力學的領域,成為一個粒子物理學家。


想去了解就去了解,先去學就好了,不懂再補所需要的知識。或者即使真的放棄了,也沒有多大損失。不要在學之前就先想「學不懂怎麼辦」。

推薦格里菲斯的《量子力學概論》,很適合做年輕人的第一本量子力學課本。如果對英語的物理專業辭彙有一些了解可以讀英文版。在中國大陸的翻譯版還是影印版都很便宜。


有一個成語叫做不自量力,意思是不要自學量子力學。


最低數學要求:線性代數和微積分。物理基礎其實要求不高。

量子力學主要是形式體系 ,比較抽象,其實就是一套數學語言。搞懂了就覺得很清晰,不覺得難了。


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