运用量子力学可解决什么问题呢?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/09/22 02:09:04

应用
在许多现代技术装备中量子物理学的效应起了重要的作用。从激光、电子显微镜、原子钟到核磁共振的医学图像显示装置全部依靠量子力学的原理和效应。对半导体的研究导致了二极管和三极管的发明,最后为现代的电子工业铺平了道路。在核武器的发明过程中量子力学的概念也起了一个关键的作用。

在上述这些发明创造中量子力学的概念和数学描述往往很少直接起了一个作用,而是固体物理学、化学、材料科学或者核物理学的概念和规则起了主要作用,但是在所有这些学科中量子力学均是其基础,这些学科的基本理论全部是建立在量子力学之上的。

以下仅能列举出一些最显著的量子力学的应用,而且这些列出的例子肯定也非常不完全,实际上在现代的技术中量子力学无处不在。

原子物理和化学
任何物质的化学特性均是由其原子和分子的电子结构所决定的。通过解包括了所有相关的原子核和电子的多粒子薛定谔方程可以计算出该原子或分子的电子结构。在实践中人们认识到要计算这样的方程实在太复杂,而且在许多情况下只要使用简化的模型和规则就足以确定物质的化学特性了。在建立这样的简化的模型中量子力学起了一个非常重要的作用。

一个在化学中非常常用的模型是原子轨道。在这个模型中分子中电子的多粒子状态通过将每个原子的电子单粒子状态加到一起形成。这个模型包含着许多不同的近似(比如忽略电子之间的排斥力、电子运动与原子核运动脱离等等),但是它可以近似地、准确地描写原子的能量极。除比较简单的计算过程外这个模型还可以直觉地给出电子排布以及轨道的图像描述。

通过原子轨道人们可以使用非常简单的原则(洪德定则)来区分电子排布。化学稳定性的规则(八隅律、幻数)也很容易从这个量子力学模型中推导出来。

通过将数个原子轨道加在一起可以将这个模型扩展为分子轨道。由于分子一般不是球对称的,因此这个计算要比原子轨道要复杂得多。理论化学中的分支量子化学和计算机化学是专门使用近似的薛定谔方程计算复杂的分子的结构及其化学特性的学科。

核物理
核壳层模型
隧道效应

固体物理学
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