经典力学与量子力学刍议

王雨潇山东省邹城市邹城一中高二38班

经典力学与量子力学刍议

王雨潇
山东省邹城市邹城一中高二38班

经典力学研究的主要对象是宏观粒子，而量子力学主要研究的对象是微观粒子。经典力学与量子力学两者之间在概念与原理上都有很大的区别，但两者同样是研究物体的运动，也共同推动着物理学研究的发展与深入。

经典力学；量子力学；关系；发展

一、引言

经典力学是一种以牛顿运动定律为基础的，研究物体在宏观世界与低速状态下运动状态及运动规律的重要学术，经典力学在物理学领域是一个最早被接受为力学的基本纲领。量子力学是关于反映微观粒子结构与粒子运动规律的科学，适用于微观世界与高速状态的运动。量子力学的出现给物理学研究带来了新的进展与巨大的变革，人们通过量子力学对物质的运动有了更深一步的认识，让人们认识到物体的运动并不是绝对的，而是相对的。

可以说，经典力学在整个物理学研究历史中起到承上启下的关键地位，而量子力学则在现代物理学中处于核心地位。对于经典力学与量子力学之间的关系进行研究分析，有助于我们进一步的认识物体运动的一般规律与特殊规律。

二、经典力学与量子力学之间的关系

（一）经典力学与量子力学的研究对象分析

经典力学研究的主要对象是宏观世界中的现实物体，为了方便问题的处理，通常会将现实问题看作是一个具有质量、体积的质点，经典力学研究的问题就是关于该质点运动状态及运动规律，问题涉及到的参量包括速度、坐标、质量、能量等。量子力学研究的主要对象是微观世界中的粒子，包括原子、原子核、分子以及其他的微观粒子，研究的问题是微观粒子的运动规律。

从某种角度来看，量子力学的规律既在微观现象中有明显的体现，同时在某些宏观现象中也有体现，最常见的例子就是超导现象、金属中的量子气运动等，因此，宏观与微观之间并不存在明显的、绝对的分界线。物理学领域学者常会根据量子效应的反应程度来对经典力学与量子力学进行判断，一般用来判断区分的依据是普朗克常数h=6.62*10-34焦耳·秒。如果普朗克常数对于研究的对象来说非常重要、不可忽略，就会将研究的对象看作是微观粒子，对于运动问题的描述与研究也会用量子力学来解决；而如果普利常数对于研究的对象来说可以忽略不计，那么可以将研究的对象看作是宏观粒子，对运动问题的描述与研究就可以用经典力学来解决。

（二）经典力学与量子力学研究的运动轨迹

由爱因斯坦提出的相对论、波粒二象性以及海森堡、薛定谔创立的量子力学组成的现代物理学和经典物理学有很大区别，量子力学描述了一个充满不确定性与模糊性的微观世界，在这个微观世界中不存在源于因果律的确定性，只存在相关性与概率。在量子力学的规则中一切都是相对的，包括其运动状态与运动轨迹。

宏观粒子的运动是沿着一定轨道进行的，其运动规律容易被发现。而量子力学存在着波粒二象性、量子纠缠、量子叠加、量子吸引、量子干扰等特性，微观粒子的运动不沿任何轨道进行的，通常要经过不断的统计、实验才能总结出其运动情况，一般描述微观粒子在空间中的运动状态通常用概率密度分布函数来表示，概率密度分布函数表达式为：p=波函数ψ（x）^2，表示的是粒子在微观空间某处出现的概率。

（三）经典力学与量子力学的表述方法

对于微观粒子运动状态、运动规律的研究，相比对宏观粒子的研究复杂度很大。宏观粒子没有波动性，只有粒子性，按照经典力学理论，宏观粒子在任意时刻都会有一定的位置与速度，因此，其运动状态可以用坐标——时间的变化规律来表述。

而微观粒子具有波粒二象性，其运动状态要用波函数来表述，只有用马克斯·玻恩提出的几率波函数，才能将微观粒子的“原子性”与波的“叠加性”相统一。几率波函数是关于时间与空间的函数，表达式为Ψ=Ψ（x，y，z，t），其中x、y、z表示空间坐标，t表示时间。

（四）经典力学与量子力学的过渡

量子力学被认为拥有比经典力学更为普遍的规律，虽然两者的理论与研究的对象有很大区别，但两者之间并不是不可逾越的。当量子力学达到一定条件，可以过渡为经典力学，我们将满足量子力学向经典力学过度的条件称为量子力学宏观过度条件。物理学上证明量子力学向经典力学过渡问题的实践包括：用薛定谔方程在一定条件下转化为哈密顿方程，谐振子、氢原子能级在n→∞时，会有量子问题过渡为经典问题等。

三、量子力学的未来发展分析

量子力学一直是社会科学研究的重点领域，量子力学在半导体的应用，量子力学在制造二极管中的应用，以及量子计算机的猜想，都不是陌生的话题。随着社会的进步与科学技术的不断发展，IBM、微软、谷歌等国外巨头，包括我国的阿里巴巴等互联网巨头也纷纷涉足相关领域，我国的“墨子号”量子号年初交付使用，可以说全人类正在迎来量子力学、量子计算的竞赛。就目前而言欧美巨头对于量子相关的研究处于领先位置。由此看来，量子力学、量子计算将是科技产业的下一个竞争高地。

结语

对于运动状态、运动规律的研究，一直是物理学领域不断探索的课题，本文只是简单的对经典力学与量子力学进行了浅层分析，还没有深入到经典力学与量子力学的本质。不过通过分析，我们知道了经典力学与量子力学的区别与联系，更重要的是知道了两者之间存在过渡关系，便于我们在解决物理问题时，灵活的对经典力学与量子力学进行转换，大大简化问题的处理过程。

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