量子力学如何解释麦克斯韦方程组,量子力学是如何解释麦克斯韦方程组呢?

2020-11-25 08:57:45 字数 5527 阅读 2711

1楼:漫步天涯海角

在量子力学中麦克斯韦方程组基本就是光的薛定谔方程。 e+ib 是其复的波函数(未考虑归一化),这对理解量子力学的波函数很有意义。遗憾的是它没有被量子场论采用,所以,量子力学书很少有介绍的。

2楼:匿名用户

正因为一些物理现象没法用经典

物理解释,所以才产生量子力学!

3楼:匿名用户

它不解释,只是将其量子化而已——电磁场不再是连续的,而是电磁场量子——光子这样分立的。

量子力学是如何解释麦克斯韦方程组呢?

4楼:匿名用户

光是电磁波,电磁波也是光。说明光子具有一定的波动性,比如它的频率、波长、波速等性质,或者说,电磁波的能量量子就是光子。只是,不同电磁波段,涉及的光子频率是不同的。

看一眼电磁波谱就知道,原子能级跃迁产生的光子频率,大部分在x射线、伽马射线波段,能量相对比较高。热辐射方面,主要出来的是红外线,能量相对要低,波长比可见光要长。日常生活中各种电磁和通讯设备用到的电磁波,波长更加长,属于微波甚至无线电波波段,某些无线电波的波长甚至可以达到数千米量级。

因此,原子跃迁出来的光,就是电磁辐射的一种。辐射出来的电磁波,其本质就是光子,都可以用量子力学来描述。

磁场发现历史

5楼:不曾明了

虽然很早以前,人类就已知道磁石和其奥妙的磁

62616964757a686964616fe58685e5aeb931333339663334性。最早出现的几个学术性论述之一,是由法国学者皮埃·德马立克于公元1269 年写成。德马立克仔细标明了铁针在块型磁石附近各个位置的定向,从这些记号,又描绘出很多条磁场线。

他发现这些磁场线相会于磁石的相反两端位置,就好像地球的经线相会于南极与北极。因此,他称这两位置为磁极。几乎三个世纪后,威廉·吉尔伯特主张地球本身就是一个大磁石,其两个磁极分别位于南极与北极。

出版于1600 年,吉尔伯特的巨著《论磁石》开创磁学为一门正统科学学术领域。

于1824年,西莫恩·泊松发展出一种物理模型,比较能够描述磁场。泊松认为磁性是由磁荷产生的,同类磁荷相排斥,异类磁荷相吸引。他的模型完全类比现代静电模型;磁荷产生磁场,就如同电荷产生电场一般。

这理论甚至能够正确地**储存于磁场的能量。

尽管泊松模型有其成功之处,这模型也有两点严重瑕疵。第一,磁荷并不存在。将磁铁切为两半,并不会造成两个分离的磁极,所得到的两个分离的磁铁,每一个都有自己的指南极和指北极。

第二,这模型不能解释电场与磁场之间的奇异关系。

于1820年,一系列的革命性发现,促使开启了现代磁学理论。首先,丹麦物理学家汉斯·奥斯特于7月发现载流导线的电流会施加作用力于磁针,使磁针偏转指向。稍后,于9月,在这新闻抵达法国科学院仅仅一周之后,安德烈·玛丽·安培成功地做实验展示出,假若所载电流的流向相同,则两条平行的载流导线会互相吸引;否则,假若流向相反,则会互相排斥。

紧接着,法国物理学家让·巴蒂斯特·毕奥和菲利克斯·沙伐于10月共同发表了毕奥-萨伐尔定律;这定律能够正确地计算出在载流导线四周的磁场。

1825年,安培又发表了安培定律。这定律也能够描述载流导线产生的磁场。更重要的,这定律帮助建立整个电磁理论的基础。

于1831年,麦可·法拉第证实,随着时间演进而变化的磁场会生成电场。这实验结果展示出电与磁之间更密切的关系。

从1861年到1865之间,詹姆斯·麦克斯韦将经典电学和磁学杂乱无章的方程加以整合,发展成功麦克斯韦方程组。最先发表于他的1861年**《论物理力线》,这方程组能够解释经典电学和磁学的各种现象。在**里,他提出了“分子涡流模型”,并成功地将安培定律加以延伸,增加入了一个有关于位移电流的项目,称为“麦克斯韦修正项目”。

由于分子涡包具有弹性,这模型可以描述电磁波的物理行为。因此,麦克斯韦推导出电磁波方程。他又计算出电磁波的传播速度,发现这数值与光速非常接近。

警觉的麦克斯韦立刻断定光波就是一种电磁波。后来,于1887年,海因里希·鲁道夫·赫兹做实验证明了这事实。麦克斯韦统一了电学、磁学、光学理论。

虽然,有了极具功能的麦克斯韦方程组,经典电动力学基本上已经完备,在理论方面,二十世纪带来了更多的改良与延伸。阿尔伯特·爱因斯坦,于1905年,在他的**里表明,电场和磁场是处于不同参考系的观察者所观察到的同样现象。后来,电动力学又与量子力学合并为量子电动力学。

6楼:瓦尔登的水手

最早由法国学者皮埃德玛立克描绘出磁场线。

三世纪后,威廉吉尔伯特开创磁

为什么光速不变?

7楼:杭德肥倩

光速不变原理

光速不变原理,在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458

米/秒。

光速不变原理是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,并为迈克尔逊—莫雷实验所证实。光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一。

在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦引入了广义相对性原理,即物理定律的形式在一切参考系都是不变的。这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中。

爱因斯坦1905年9月发表在德国《物理学年鉴》上的那篇著名的相对论**《论动体的电动力学》,提到光速问题的话有四段:

“光在空虚空间里总是以一确定的速度v传播着,这速度同发射体的运动状态无关。”

“下面的考虑是以相对性原理和光速不变原理为依据的,这两条原理我们定义如下:

1.物理体系的状态据以变化的定律,同描述这些状态变化时所参照的坐标系究竟是两个在互相匀速平行移动着的坐标系中的哪一个并无关系。

2.任何光线在‘静止的’坐标系中都是以确定的速度v运动着,不管这道光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。”

“对于大于光速的速度,我们的讨论就变得毫无疑义了;在以后的讨论中,我们会发现,光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色。”

“由此,当υ=v时,w就变成无限大。正像我们以前的结果一样,超光速的速度没有存在的可能。”

(《爱因斯坦奇迹年━━改变物理学面貌的五篇**》[美]

约翰施塔赫尔主编,范岱年、许良英译,上海科技教育出版社2001年版

第97━98页,第100━101页,第109页,第127页。)

光速不变第四解为质速解,此解从质速关系得来。爱因斯坦质速关系式:

m=m0/√1-υ2/c2(m为运动质量,m0为静止质量,υ为物体运动速度,c为光速)说明:物体以远低于光速的速度(人体尺度下)运动时,质量变化不明显,增加的质量忽略不计,可认为质量不变,以经典力学规律足可以应付计算需要。但接近光速运动时,物体质量增加较多,随着向光速的靠近,质量趋向无限大。

大小两极相通,质量无限大因两极同一又为无限小,质量无限小可视为零,因此光子无静止质量。光作为极限物,大小同一,动静也同一,无静止质量即为无运动质量。从质速关系式也可得m0=0时,m=0,υ=c时,此公式不成立。

有人认为没有质量怎会有能量?须知电磁场为能量场,光量子又是能量子,因光子无质量,任一能量值在与质量对比时都为无限大,因无质量,运动中也不消耗能量,除传递能量给其它物体外,光子能量足以保持其速度不变。

8楼:匿名用户

光速不变是实验得出的结果,虽然这违背人的直觉,但它是自然界逻辑简单性原则的一种结果。我们可以在实验结果的基础上反过来解释光速不变。

我们先了解一下相对论里为什么“速度越快时间越慢”。下面一步一步来进行解释:

能量是什么?能量是一个间接观察的物理量,被视为某一个物理系统对其他的物理系统做功的能力。功被定义为力在物体沿力的方向发生位移的空间积累效应,并且等于力与在力的方向上通过的位移的乘积。

在地球上你将1千克的物体举高2米和将2千克的物体举高1米所做的功是一样的。势能变化△e=fs

本文中各个字母所代表的含义:e—能量 f—力 s—距离 m—质量 a-加速度 v—速度 t—时间 c—光速

能量的一个表达式是力和位移的乘积,力是质量和加速度的乘积,加速度又是速度变化量和时间的比值,而速度又是位移和时间的比值。f=ma a=△v/t v=s/t

假设一开始绝对能量和绝对速度为零,现在速度为v,则(主要用于概念上的理解):

e=(ms/t^2)s=m(s/t)^2

宇宙中光的速度保持不变(我们先假设光速不变这一实验结果是正确的),任何物体相对于光都在做光速运动。

人们习惯站在自身的角度来评判其它事物的速度,当你不再将光速看成是一种速度时,你也就不难理解为什么e=mc^2(质能关系式)。(前面提到e=m(s/t)^2)

s=vt,当速度不变(保持光速),距离变长,时间的数又是相同时,就会导致时间膨胀(时间变慢)。

另一方面,物体的质量引起空间弯曲,使得周围物体产生加速度现象,表现出时间膨胀(时间变慢)。

在运动中,速度越快时间越慢;在引力场中时间越慢速度越快。这也许就像程度心理学中的程度和逻辑相互结合互相关联那样,运动和时间(时间是逻辑的量子化)不能分开表述,它们是相互结合互相关联的。

下面我们来理解空间、时间和物质的关系:

空间和时间是物质运动的存在形式,没有无物质的空间和时间,也没有无空间和时间的物质。

速度和时间是相互结合互相关联的。速度不变,时间变慢,体现物质的空间性。时间不变,速度变快,体现物质的时间性。

光速不变体现了物质的空间性,引力现象体现了物质的时间性。就像粒子的波粒二象性那样,通过不同的观察方式,你会发现物质有时体现波动性,有时体现粒子性。

我们分别从物质的各个方面来观察。“速度不变,时间变慢,体现物质的空间性”,但如果时间慢到静止,也就没必要谈速度。“时间不变,速度变快,体现物质的时间性”,当速度达到瞬移时,是否同样无需谈时间。

这些与程度和逻辑的相互结合相矛盾。

宇宙中程度和逻辑是相互结合互相关联的,因为这更加符合自然界的逻辑简单性原则。无论从量子力学中粒子的波粒二象性(粒子的速度和最终位置的结合),还是波粒二象性导致世界量子化(既需要有程度又需要有逻辑),又或者是广义相对论中质量和空间度规的结合,似乎都符合程度和逻辑相互结合这一规律。

程度和逻辑的结合导致了宇宙中时间无法静止(我仿佛听到了心碎的声音),物质无法瞬移。

也许你会有疑问,为什么光速不变现象和引力现象看到的都是速度变快呢。那是由于人自身作为时间性(粒子性)的存在来观察周围事物,看到的结果都是时间不变,速度变快。(无论是运动速度还是衰老速度,都是间接的去观察时间变化)。

同时不难发现,引力现象是物质时间性的产物。

或许你对“光速不变体现了物质的空间性”依然不太理解,不妨再来看一下:宇宙中程度和逻辑是相互结合互相关联的,粒子的波粒二象性导致了世界量子化(既需要有程度又需要有逻辑),光速不变代表了微观粒子的大小在任何时刻都是不变的,因而光速不变是有利于宇宙和平的(啊,错了,是有利于宇宙稳定)。

最后,那么是如何实现在运动中速度不变距离变长(光速不变)这一直觉矛盾的?

宇宙中程度和逻辑是相互结合互相关联的。1.速度和时间是相互结合互相关联的,它们不能分开表述。

2.同样的,空间和时间是物质运动的存在形式,没有无物质的空间和时间,也没有无空间和时间的物质。3.

对于物质来说,光速不变是通过“速度不变,时间变慢”这一面来实现的。之所以认为光速不变违背人的直觉,是由于我们习惯性认为时空是平坦的,而实际上“同时”是相对的。

纯粹速度和速度的对比(不牵扯到粒子性),就出现了速度不变(光速不变);纯粹粒子和粒子的对比(时间性的对比),就出现了引力现象(空间度规的变化)。

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