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什么是量子态?什么是粒子自旋?

□ 时间:2019-8-6 □ 来源: 新浪微博


    在微观世界,量子态与粒子自旋,是两个极其核心与重要的概念,对于理解微观世界的奥妙,有着十分重要的基础作用。

    本文将会,深入浅出又通俗易懂的介绍这两个概念。

    ★ 什么是量子态?

    在量子力学中,量子态——是由一组量子数所确定的微观状态;量子数——是表征微观粒子运动状态和性质的一些特定数字;量子——是最小化不可分割的基本个体(如光量子,即光子);量子化——就是存在非连续,呈现离散数值的量子个体。

    表征——是指信息记载或表达的方式。

    量子态的作用,就是确定并描述了,微观粒子的运动状态,其中有一系列的量子数(如自旋),而每种量子数又都是一组,描述粒子非连续运动状态下,不同性质的数值。

    而这些量子数的数值,都是量子化的非连续数值,即:只能是某一最小能量值(与普朗克常数相关)的整数或是半整数(半奇数)。这些数值代表着粒子,可观测到的状态量,而在未观测之前,这些数值的可能性是叠加和纠缠的,即意味着粒子的量子态是叠加和纠缠的。

    量子数,有很多种,其中最重要的就是——自旋量子数,也称粒子自旋。

    通常,在描述原子核外电子运动状态时,有四种量子数——主量子数(轨道层级,即大小)、角量子数(轨道空间角动量,即形状)、磁量子数(轨道空间伸展,即运动方向)、自旋量子数(自旋角动量,即自旋方向)。

    其它量子数还有——宇称,即空间变换性质,可简单理解为“左右对称”或“镜像对称”——等等还有很多。

    最后,量子态涉及到一个原理——泡利不相容原理(Pauli Exclusion Principle),即:自旋半整数(即半奇数)的粒子(统称费米子),不能有两个或两个以上处在相同的量子态。而另外一种自旋整数的粒子(统称玻色子),则多个可以同时处在同一个量子态。

    也就是说,费米子没有全同粒子——量子态可以区分它们,而玻色子则可以有全同

资讯作者: 源信息发布时间: 2019/5/20 编辑:金阳
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