斯特恩-盖拉赫实验的实验证实

斯特恩-盖拉赫实验的实验证实,第1张

实验装置:使银原子在电炉内蒸发射出,通过狭缝S1、S2形成细束,经过一个抽成真空的不均匀的磁场区域 (磁场垂直于射束方向),最后到达照相底片上。显像后的底片上出现了两条黑斑,表示银原子经过不均匀磁场区域时分成了两束。 根据实验中的炉温、磁极长度、横向不均匀磁场的梯度和原子束偏离中心的位移,可计算出原子磁矩在磁场方向上分量的大小。当时测得银、铜、金和碱金属的原子磁矩分量的大小都等于一个玻尔磁子,它们的原子束都只分裂为对称的两束。实验结果说明,原子在磁场中不能任意取向,证实了A索末菲和P德拜在1916年建立的原子的角动量在空间某特殊方向上取向量子化的理论。

斯特恩-格拉赫实验中使用的炉子的温度在实验的标准描述中没有规定,因此不可能确定250度的温度是否合适。这取决于具体的实验设置和所使用的条件。一般来说,设置炉的温度以达到产生具有明确磁矩的原子束的所需条件,这是实验产生准确结果的关键要求。可能影响炉温的因素包括用于光束源的材料类型、所需光束强度以及光束随时间的稳定性。

这几本书都是量子力学的经典教材,也是很多人都推荐的读物。我只看过sakurai和Griffith的书,只限于这两本说说吧。

格里菲斯的书是非常适合初学者学习的,这本书也是我们学校大三量子力学课的教材,讲的比较简单清晰,点到为止,没有太多过于深入的探讨和应用太多的技巧。(这点比曾谨言无休止的解各种势下的薛定谔方程要好多了)。而且例题我觉得也不错,快速熟悉量子的解题方法。缺点就是对于量子力学的代数结构阐述不够,虽然不至于误导你感觉量子力学就是用来解薛定谔方程的,但是也不会让你对基本原理有太深入的认识。多说一句,这本书有中文版,但是我非常不喜欢中文版的风格,不知道是不是翻译的问题,总有种读不下去的感觉。

Sakurai的书算是和Dirac的书风格类似的,不过显然后者在诸多细节方面的讨论要更详细一些。这本书比较侧重于原理的解释,从斯特恩 盖拉赫实验的结果入手,讲了怎么构造量子力学的代数结构,讲了一些基本原理的内容,角动量那里涉及了一些群表示的知识。而且此书很重视对应原理,这点我觉得非常好。

不足就是这本书默认读者比较熟悉一些基本的求解,比如无限深,有限深,谐振子(厄米多项式,渐进近似解法,非因式分解法),氢原子等都没有讲,不过我觉得初学,还是要掌握这些微分方程的求解的。同时后面有点烂尾。。。。不建议初学使用,如果你看过曾谨言,就会觉得这本书写的真是好!

科恩这本书有中文的,不过实在是太厚了,我没时间看。。。不过有人推荐这本书写的比较全。

学到最后,可以看dirac的经典名著了,从思想的深度和讨论的程度来看应该是最好的量子力学著作了,目前没有可以超越的。

��不确定性原理就是“测不准原理”:一个微观粒子的某些物理量(如位置和动量,或方位角与动量矩,还有时间和能量等),不可能同时具有确定的数值,其中一个量越确定,另一个量的不确定程度就越大。

��这不是说“我们无法精确地测量粒子的状态”,而是“我们无法同时精确地获得粒子状态的各个量”,追求某个状态量的精确是可以的,但会影响其它相关量的精确获得。

��“测不准原理”的本质是:测量一个量总要建立在对这个量施加影响的基础上,那么无论如何也无法做到绝对精确!想测得一个量越精确就要牺牲另一个相关量的越不精确为代价。如,我想知道你的想法,但又不能对你的想法有任何影响,这不可能同时做到。因为,我想知道你的想法就要和你交流,交流肯定会对你的想法有影响(至少你会想把问题告诉我),就不能不影响你的想法。

��“测不准原理”反映的是微观粒子运动的基本规律,不会因为科技的发展而改变。

��决定论(又称拉普拉斯信条)是一种认为自然界和人类社会普遍存在客观规律和因果联系的理论和学说。

��量子力学的解释涉及许多哲学问题,其核心是因果性和物理实在问题。按动力学意义上的因果律说,量子力学的运动方程也是因果律方程,当体系的某一时刻的状态被知道时,可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。

��但量子力学的预言和经典物理学运动方程(质点运动方程和波动方程)的预言在性质上是不同的。在经典物理学理论中,对一个体系的测量不会改变它的状态,它只有一种变化,并按运动方程演进。因此,运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。

��但在量子力学中,体系的状态有两种变化,一种是体系的状态按运动方程演进,这是可逆的变化;另一种是测量改变体系状态的不可逆变化。因此,量子力学对决定状态的物理量不能给出确定的预言,只能给出物理量取值的几率。在这个意义上,经典物理学因果律在微观领域失效了。

��据此,一些物理学家和哲学家断言量子力学摈弃因果性,而另一些物理学家和哲学家则认为量子力学因果律反映的是一种新型的因果性——几率因果性。量子力学中代表量子态的波函数是在整个空间定义的,态的任何变化是同时在整个空间实现的。

��个人认为,既然存生“决定论”,就应该存在“非决定论”。心理学中的决定论认为,人的一切活动,都是先前某种原因和几种原因导致的结果,人的行为是可以根据先前的条件、经历来预测的。这不是很死板吗?非决定论则否认自然界和人类社会普遍存在着客观规律和必然的因果联系,认为事物的发展、变化是由不可预测的、事物内在的“自由意志”决定的。心理学中的非决定论认为,人的一切行为是由个体的目的所决定的,个体有选择的自由,个体的选择、意向、决定不受客观条件的制约,也不存在必然的因果关系。这样,“决定论”和“非决定论”共同构成了完美的大千世界。

��“决定论”意味着规律,“非决定论”意味着变数。量子力学中的概率大的(如核外电子轨道)就是“决定的”,还存在更多的几率态,就是“非决定的”。我们生活的世界就是这样由“决定的”规律和“非决定的”因素存在着,我们要理解世界,就追求“决定的”,但生活无时不是充满“非决定的”。

这是从中摘录部分:“由于非均匀磁场可将不同自旋取值的银原子束分开,因此斯特恩-盖拉赫实验装置可看作是自旋的过滤器,比如沿z方向的非均匀磁场可将和的自旋分开,同样沿x方向的非均匀磁场可将和的自旋分开等等。”http://baikebaiducom/linkurl=E9DkBIUf3dp037GaC829j8_ncG7JA-GaWYqVKdoBDizNLCV3NlDKfWGYs35SmTdPjK6KOwzEUJDLQvXXwbB3La

斯特恩早年的研究是在理论物理领域,在统计热力学与量子理论方面有一些重要论文;从1919年他开始转向实验物理,由他研发和使用的分子束方法成为研究分子、原子、原子核性质的有力工具,该方法最初的意图是为了证明气体速率分布的麦克斯韦定律 。1922年他同瓦尔特·盖拉赫合作,做了磁场对磁矩的作用力使原子发生偏转的斯特恩-盖拉赫实验,而后又测量了包括质子在内的亚原子粒子的磁矩;1929年的氢、氦射线衍射实验是对原子和分子的波性质的精彩演示 。

电子可能会干扰实验结合。

斯特恩盖拉赫实验,简单地说,就是让银原子通过非均匀磁场,观察其磁矩在非均匀磁场中的受力和偏转情况,该实验所包含的物理概念,原子磁矩取值和自旋磁矩取值无法同时确定,而在经典力学中可以同时确定,这正是量子力学区别于经典力学的本质特征,体现为海森堡不确定性关系,或者狄拉克非对易代数。

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