經典力學與量子力學芻議

王雨瀟山東省鄒城市鄒城一中高二38班

經典力學與量子力學芻議

王雨瀟
山東省鄒城市鄒城一中高二38班

經典力學研究的主要對象是宏觀粒子，而量子力學主要研究的對象是微觀粒子。經典力學與量子力學兩者之間在概念與原理上都有很大的區別，但兩者同樣是研究物體的運動，也共同推動著物理學研究的發展與深入。

經典力學；量子力學；關系；發展

一、引言

經典力學是一種以牛頓運動定律為基礎的，研究物體在宏觀世界與低速狀態下運動狀態及運動規律的重要學術，經典力學在物理學領域是一個最早被接受為力學的基本綱領。量子力學是關于反映微觀粒子結構與粒子運動規律的科學，適用于微觀世界與高速狀態的運動。量子力學的出現給物理學研究帶來了新的進展與巨大的變革，人們通過量子力學對物質的運動有了更深一步的認識，讓人們認識到物體的運動并不是絕對的，而是相對的。

可以說，經典力學在整個物理學研究歷史中起到承上啟下的關鍵地位，而量子力學則在現代物理學中處于核心地位。對于經典力學與量子力學之間的關系進行研究分析，有助于我們進一步的認識物體運動的一般規律與特殊規律。

二、經典力學與量子力學之間的關系

（一）經典力學與量子力學的研究對象分析

經典力學研究的主要對象是宏觀世界中的現實物體，為了方便問題的處理，通常會將現實問題看作是一個具有質量、體積的質點，經典力學研究的問題就是關于該質點運動狀態及運動規律，問題涉及到的參量包括速度、坐標、質量、能量等。量子力學研究的主要對象是微觀世界中的粒子，包括原子、原子核、分子以及其他的微觀粒子，研究的問題是微觀粒子的運動規律。

從某種角度來看，量子力學的規律既在微觀現象中有明顯的體現，同時在某些宏觀現象中也有體現，最常見的例子就是超導現象、金屬中的量子氣運動等，因此，宏觀與微觀之間并不存在明顯的、絕對的分界線。物理學領域學者常會根據量子效應的反應程度來對經典力學與量子力學進行判斷，一般用來判斷區分的依據是普朗克常數h=6.62*10-34焦耳·秒。如果普朗克常數對于研究的對象來說非常重要、不可忽略，就會將研究的對象看作是微觀粒子，對于運動問題的描述與研究也會用量子力學來解決；而如果普利常數對于研究的對象來說可以忽略不計，那么可以將研究的對象看作是宏觀粒子，對運動問題的描述與研究就可以用經典力學來解決。

（二）經典力學與量子力學研究的運動軌跡

由愛因斯坦提出的相對論、波粒二象性以及海森堡、薛定諤創立的量子力學組成的現代物理學和經典物理學有很大區別，量子力學描述了一個充滿不確定性與模糊性的微觀世界，在這個微觀世界中不存在源于因果律的確定性，只存在相關性與概率。在量子力學的規則中一切都是相對的，包括其運動狀態與運動軌跡。

宏觀粒子的運動是沿著一定軌道進行的，其運動規律容易被發現。而量子力學存在著波粒二象性、量子糾纏、量子疊加、量子吸引、量子干擾等特性，微觀粒子的運動不沿任何軌道進行的，通常要經過不斷的統計、實驗才能總結出其運動情況，一般描述微觀粒子在空間中的運動狀態通常用概率密度分布函數來表示，概率密度分布函數表達式為：p=波函數ψ（x）^2，表示的是粒子在微觀空間某處出現的概率。

（三）經典力學與量子力學的表述方法

對于微觀粒子運動狀態、運動規律的研究，相比對宏觀粒子的研究復雜度很大。宏觀粒子沒有波動性，只有粒子性，按照經典力學理論，宏觀粒子在任意時刻都會有一定的位置與速度，因此，其運動狀態可以用坐標——時間的變化規律來表述。

而微觀粒子具有波粒二象性，其運動狀態要用波函數來表述，只有用馬克斯·玻恩提出的幾率波函數，才能將微觀粒子的“原子性”與波的“疊加性”相統一。幾率波函數是關于時間與空間的函數，表達式為Ψ=Ψ（x，y，z，t），其中x、y、z表示空間坐標，t表示時間。

（四）經典力學與量子力學的過渡

量子力學被認為擁有比經典力學更為普遍的規律，雖然兩者的理論與研究的對象有很大區別，但兩者之間并不是不可逾越的。當量子力學達到一定條件，可以過渡為經典力學，我們將滿足量子力學向經典力學過度的條件稱為量子力學宏觀過度條件。物理學上證明量子力學向經典力學過渡問題的實踐包括：用薛定諤方程在一定條件下轉化為哈密頓方程，諧振子、氫原子能級在n→∞時，會有量子問題過渡為經典問題等。

三、量子力學的未來發展分析

量子力學一直是社會科學研究的重點領域，量子力學在半導體的應用，量子力學在制造二極管中的應用，以及量子計算機的猜想，都不是陌生的話題。隨著社會的進步與科學技術的不斷發展，IBM、微軟、谷歌等國外巨頭，包括我國的阿里巴巴等互聯網巨頭也紛紛涉足相關領域，我國的“墨子號”量子號年初交付使用，可以說全人類正在迎來量子力學、量子計算的競賽。就目前而言歐美巨頭對于量子相關的研究處于領先位置。由此看來，量子力學、量子計算將是科技產業的下一個競爭高地。

結語

對于運動狀態、運動規律的研究，一直是物理學領域不斷探索的課題，本文只是簡單的對經典力學與量子力學進行了淺層分析，還沒有深入到經典力學與量子力學的本質。不過通過分析，我們知道了經典力學與量子力學的區別與聯系，更重要的是知道了兩者之間存在過渡關系，便于我們在解決物理問題時，靈活的對經典力學與量子力學進行轉換，大大簡化問題的處理過程。

[1]馬威.探究量子力學與經典力學之間的聯系[J].中學物理教學參考,2016（10）∶86-87.

[2]高萬芳.經典力學與量子力學對應關系淺析[J].技術與市場, 2015（6）∶373-373.

[3]楊留方.量子力學與經典力學的比較[J].玉溪師范學院學報, 1991（1）∶83-91.

[4]周萬連.關于量子力學-經典力學-相對論力學的統一性理論可行性研究（續3）--夸克之我見及其他[J].通訊世界,2015（13）∶279-279.