如何用简单易懂的语言来介绍量子物理？ 第1页

太多不靠谱的答案

当然原因一部分是因为题主你这个问题比较不靠谱，不过我倒是想尝试一下~

希望题主是因为热爱而不是因为一时兴起来问这个问题。

量子力学说了这么一回事

首先，我们是用 “态” 来描述微观世界的。

一个粒子在A点，我就说粒子处于A态。一个粒子在B点，我就说粒子处于B态。

如果一个粒子即在A点又在B点，粒子就处于A+B态。

是的，一个粒子可以又在A点又在B点。

觉得不可思议？

没关系，专业的物理学家也觉得不可思议。

这叫夏虫不能语冰：冰虽然是种合理的存在，但是夏天的虫子无论如何也会觉得不可思议，人也一样。

我们继续。

态不一定只限于描述粒子在什么位置上，也可以描述在什么能量上，在什么动量上。

我们假设这个粒子只有两个态：A和B

我们想知道粒子在A和B上的概率分别是多少

量子力学告诉你，A态的平方就是粒子在A态出现的概率，B态的平方就是粒子在B态出现的概率。

为什么是平方？

因为在数学家那边我的态是在复数上来定义的（热爱物理的大妈请自行百度复数）。

物理学家坚信拥有物理意义的量必须用实数来表示。

这时候就需要一个复数和它的共轭复数想乘来得到实数。

大妈请不要管什么共轭不共轭的，记住我们要把态平方来得到概率。

以上是量子，下面讲力学

什么是力呢？

力就是一个东西明明飞得好好的，诶我拉它一下，它飞的状态改变了。

在量子里面情况稍微复杂一点

因为这个东西不能想怎么飞就怎么飞，为什么？

因为态，我们说了，粒子只能处于它的一个态或者它的另一个态。

这时候我要定义一个吓死人的东西：可观测力学量，小名算符

吓尿没有？

没有我们继续

再看一遍什么是力：力就是一个东西明明飞得好好的，诶我拉它一下，它飞的状态改变了。

那么什么是可观测力学量？

就是一个粒子明明在一个态好好的，诶我给它作用一个可观测力学量，它的态改变到其他态去了。

原来就是换汤不换药的东西嘛......

为何名字如此古怪？

因为物理上：可观测=可以改变系统的状态

诶老师这个可观测力学量在数学上咋个表示也？

这样子的，比如一个粒子有A，B两个态

现在有个力学量H

比如：H作用在A态会把A变到0.5个B和0个A

H作用在B态会把B变到0.5个A和0个B

列个表

..........A ...B

变为A 0 0.5

变为B 0.5 0

数学家给这个表取了个吓死人的名字：算符H在AB表象下的表示矩阵！

他们比较闲，管他们呢，我们继续

有了力学量的矩阵之后，我们就可以知道一个粒子在我的力学量作用之后将会怎么变化了。

也就是说，我们就有了描述量子力学里面的 “运动” 的解了

另一个重要的事情是：我们假设了粒子有两个态，量子力学说我只care粒子有2个态，我不关心那2个态是不是A B

什么意思？

就是说我可以用A和B来表示这两个态，等价的，我们也可以用A+B和A-B来表示这两个态

这样我们好像需要重新写一下H的矩阵.......大妈小学生算术来了，快拿起笔来

比如A+B会被H变成多少个A-B呢？

（A+B）*（A-B）=AA-AB+BA-BB

于是A+B到A-B就是A到A-A到B+B到A-B到B

看上面H的矩阵0-0.5+0.5-0=0

于是H会把A+B变成0个A-B

嘛~好心的我帮你们把剩下的算好了

H会把A+B变成1个A+B和0个A-B， H会把A-B变到-1个A-B和0个A+B，

............A+B A-B

变为A+B 1 0

变为A-B 0 -1

有没有碉堡感？态居然不会变成其它态了！

我们这时候就说A+B和A-B是力学量算符H的本征态。

为什么要费这么多口舌说啥子本征态？

因为它们有操守不随便变成其它态啊亲！

不变是啥子意思？

不变就给了苦逼的实验物理学家办法来测量它们了！

所以实际上吓死人的量子力学就是各种找本征态了！

跟玩捉迷藏似的！

好好玩哟~！

好玩个搭子= =#其实苦逼得要死......

顺便说下;我们喜欢把态用个括号|>括起来，像这样|A>就是A态。当不晓得是具体啥子态的时候就用 希腊字母Ψ来表示，像这样| Ψ>

然后就有个方程：H| Ψ>=E| Ψ>

那个E叫做本征值，H 把A+B变成1个A+B，本征值就是1，H把A-B变成-1个A-B，本征值就是-1

| Ψ>代表任意一个态，在我们的例子中可以是|A+B>也可以是|A-B>

整个量子力学几乎就是在解这个方程。

你可能觉得这个方程奇形怪状的真难看...

但它的名字又要把好多大妈吓尿了...

它叫薛定谔方程

哼老师不要骗我了，虽然我是大妈但是我也是见过啥子薛定谔方程的，根本就不像嘛。

同学你是说这个么？

嗯，同学你真有见识，发个小红花。

我前面那个挫一点的呢，是两个态的粒子的薛定谔方程了

但是世界是千奇百怪的嘛，有些粒子有三个态，有些粒子有十个态，有些粒子有无穷多个态

有些粒子有比无穷多还要多个态，比无穷多还要多个态可以手拉手连起来我们叫做连续态。

大妈们喜闻乐见的图上的薛定谔方程，是连续态的薛定谔方程。

为什么偏偏这个薛定谔方程喜闻乐见到处都是？

因为这个是可以解出氢原子的薛定谔方程

啥意思？

就是可以解出氢原子的所有本征态的薛定谔方程

啥意思？

就是所有电子轨道都可以解出来的薛定谔方程

啥意思？

就是会解出各种化学性质，化学家没它想上吊的方程

这么厉害？

当然了~

诶老师你怎么不讲讲薛定谔的猫不讲讲平行世界不讲讲因果律不讲讲量子哲学观这些更好耍的东西呢？

因为老师我是在严肃的给大妈你讲量子力学= =#

~所以呢，初等的量子力学就是解本征值薛定谔方程啦~

这这个过程中你可能会遇到各种吓死人的名词啊~

来我列个单子，比如但不限于：

泛函分析，厄米算符，幺正算符，CG系数，简并，自旋，表象，希尔伯特空间，角动量耦合，

跃迁，微扰，球函数贝塞尔函数合流超几何函数blablabla

当它们是闲的，管他们的呢，继续就好了~~~

END

PS:

不知道有没有大妈看完

看完了的大妈不知道有没有还有点兴趣了解

还有兴趣的大妈请看赵凯华《量子物理》，费曼物理学讲义第三卷，这是适合初学者的量子力学教材

听别人说的永远只是听到的风景，想看好风景就不要懒，还是要自己爬山

请你们继续~~~

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感谢大家支持！

我来对评论中出现的问题做些补充：

技术层面：

1，量子力学就是线性代数嘛？

答：初等量子力学就是线性代数，不少物理系本科生还意识不到。sad

2，一直说初等，那高等的量子力学是怎样的？

答：初等的量子力学一直是给你个现成的矩阵让你解，有一天你突然意识到："坑爹啊我凭什么知道矩阵就是这样的啊？"这时候高等量子力学就会出来甩你一脸角动量理论群表示论然后告诉你怎么构造这些矩阵。最后明白原来矩阵里面那些值都是在反映系统的对称性，量子力学是一门研究对称性的理论。

3，薛定谔方程和纳维-斯托克斯方程是好基友？

答：基得不太明显，纳维-斯托克斯方程是流守恒方程，薛定谔方程乘一个它的共轭小伙伴也可以变成流守恒方程。事实上学到后面很难发现和其它完全不相似的方程的，上帝的代码写得简练。

4，为什么是（A+B）*（A-B）=AA-AB+BA-BB？

答：我做了个简化，如果翻译成我们圈内的黑话应该是这样子的

<A+B|H|A-B>

=（<A|+<B|）H(|A>-|B>)

=<A|H|A>-<A|H|B>+<B|H|A>-<B|H|B>

<A|H|B>这样一个括号表示H作用到B态使得它变到A态的值,。在上面的例子里面是0.5

第一个等号是根据A+B态A-B态的定义来的，第二个等号是乘法分配律。

5，我想听程老师讲薛定谔的猫讲平行世界因果律量子哲学观这些更好耍的东西怎么办呀？

答： 这种东西不知道对错。讲起来不放心不舒服怎么办呀。

闲扯层面：

1，大妈应该懂量子力学么？

先明晰两个概念：

（感兴趣的）大妈应该懂量子力学么？

及

（绝大多数）大妈应该懂量子力学么？

然后请思考：

应该阻止不懂乐理五音不全的人欣赏音乐么？

应该阻止篮球智商拖低了整个操场平均值的人打篮球么？

2，大妈能够懂量子力学么？

答：我的观点是：科学只能被小部分人研究，但可以被大部分人欣赏。不能被大部分人欣赏的科学应该被认为是研究得不够好的科学。

3，大妈学量子力学对科学有什么意义？

答：意义重大！公众才是蕴育科学的土壤。

如果做科学的人都认为科学神圣高贵以至于不懂数学缺少逻辑的人就没有资格了解科学，永远封在自己的小圈子里面。科学是迟早要凋零的。

可能会有人觉得，不加选择的传播，那些人的无知会带来对科学的误解啊。

但我觉得，无知恰恰来自于对科学的不了解。正如无知的字面意思一样。

另外，科学有它的客观标准，所以科学不会害怕被人误解，但是科学怕无知怕得不到传播怕失掉了继承。

请思考：

果壳网松鼠会知乎这么多人到底为了什么？

4，大妈学量子力学对大妈有什么意义？

答：增长知识，丰富退休生活，多动脑抗衰老，更少时间用来唱红歌打麻将跳广场舞

5，为什么我给我婶婶朗读了全文她还是没有听懂？

答：答主学这个前前后后花了一年。你给你的婶婶念了一遍她说没有懂我很难过，你的婶婶说懂了我更难过。

6，似懂非懂地大妈会变成民科大妈么？

答：伟大的女性们一般不会这么闲，大叔倒有可能。

7，那如何克服民科大叔的问题？

答：给大妈以正确的科学观，使得大叔周围的大妈不再对大叔投去崇拜的眼光。