量子力學

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簡介

量子力學是一種在日常生活中無處不在的科學現象，從雷射到積體電路等等。許多現實中的技術都依賴於量子效應才能正常工作。量子力學對於理解單個原子透過共價鍵結合的方式也至關重要，尤其是在形成分子時。諸如雷射、電信、磁共振成像、GPS和原子鐘等即時元件都利用量子力學技術來實現正常運作。

什麼是量子力學？

量子力學可以定義為處理光和物質在原子和亞原子水平上行為的物理學分支。該分支概述和描述了原子和分子的基本特性。它還解釋了電子、質子、中子、夸克和膠子如何藉助電磁輻射相互作用。

圖1：薛定諤波動力學

量子力學主要在處理原子或亞原子水平上的光和物質時遵循空間和時間的原理（Erwin-schrodinger-wave-model，2022）。

波粒二象性和機率原理也應用於量子力學，它描述了物質在現實中的相對性。例如，計算機和手機的整個工作過程都遵循量子力學的原理。

關於薛定諤的貓悖論的討論

薛定諤的貓悖論是一個著名的實驗，用於描述量子力學在現實中的作用。在量子力學的初始階段，人們認為量子力學表明，在仔細觀察之前，沒有粒子具有明確的特性。同樣的概念也用於薛定諤的貓悖論實驗中。在這個實驗中，一隻貓被困在一個裝有氰化鉀的盒子裡，看看如果貓意外開啟盒子並食用它會發生什麼。經過一段時間觀察後，人們得出結論，在這個實驗中關於貓是否食用氰化鉀存在兩種可能性（Kramers，2018）。

第一種可能性是，貓可能意外開啟盒子並食用了氰化鉀，最終死於其影響。第二種可能性是貓可能沒有開啟裝有氰化鉀的盒子，當外部盒子開啟時，它將像以前一樣活著。

圖2：薛定諤的貓悖論

透過這個實驗，人們得出結論，在測試者開啟盒子之前，人們無法確定盒子裡發生了什麼，以及貓在盒子裡是死是活。

同樣，量子力學在這裡表示，在開啟並觀察以檢查結果的真實性之前，波粒之間存在糾纏。此外，在這裡可以看到波粒的二象性，在揭開盒子之前，貓存活或死亡的可能性各佔一半（Researchgate，2022）。

因此，當物理系統停止處於其疊加態時，它可以變成一種可能性或另一種可能性，直到即時進行觀察。

量子力學的公式

量子力學的工作過程依賴於不同的原理以及在多種情況下不同的公式。當這種現象在現實中發生時，描述量子力學的量化過程彼此不同。主要的是，它遵循波函式機率密度公式，用以下公式表示：

$$\mathrm{\rho = \lvert \Psi \rvert _2 = \Psi * \Psi}$$

同樣，愛因斯坦的光電方程也清晰地解釋了量子力學的概念。光電方程的公式為$\mathrm{Kmax = hf + \phi}$（Mermin，2018）。量子力學的工作過程也遵循氫原子光譜的公式，用$\mathrm{1/\lambda = R(1/n^{2}_{j - 1/n^{2}_i}), n_j \lt n_i}$表示。此外，偶極矩勢的公式也應用於量子力學，用以下公式表示：

量子力學的應用

量子力學幾乎存在於人們的日常生活中，尤其是在日常電器中。首先，量子力學用於計算機和智慧手機，因為它們處理無線電波才能工作。此外，量子力學作為電信和雷射工作原理的主要機制出現，因為它們都依賴於現實中的波長（Windows2universe，2022）。此外，它還用於製造原子鐘和GPS系統。此外，磁共振成像的工作過程完全基於日常生活中量子力學的現象。簡而言之，從烤麵包機、熒光燈、生物羅盤到電晶體、雷射器和顯微鏡，量子力學無處不在。

結論

簡而言之，量子力學是一種科學現象，它使人們能夠計算可以在現實中看到的物理系統的行為和特性。通常，它可以應用於不同物理系統的建立，處理分子、原子和亞原子粒子的特性概述。

常見問題

Q1. 根據量子力學的定律，粒子可以同時存在於兩個地方嗎？

根據量子力學的規則，兩個粒子可以同時存在於多個區域，直到它們被仔細觀察。根據觀察結果，一個粒子可能同時存在於不同位置。

Q2. 量子粒子是否源於虛無？

在量子力學中，有時，較高能量的形成會影響粒子從看似虛無中的起源。量子場的波動可以幫助建立源於虛無的虛粒子。

Q3. 人類是否可以即時處於疊加態？

量子力學的常規“工作原理”表明，像人類和雞蛋這樣較大的粒子由於其巨大的尺寸而無法出現在疊加態中。因此，人類可能無法即時存在於疊加態中。