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量子力學是力學。 學量子力學之前,我們都要學一門很重要的課:理論力學—Classical Mechanic(也叫做分析力學。當年拉格朗日寫《分析力學》這本大作時,兩百多頁沒有一張插圖,全是數(shù)學公式)。 這門課從牛頓第二定律出發(fā),結(jié)合虛功原理和變分法,推導出一個非常重要的物理學方程:拉格朗日方程。這門課里面的內(nèi)容,大都圍繞這個方程進行。到了后面,還會推導另外一個重要的方程:哈密頓正則方程。 拉格朗日方程 哈密頓正則方程 再送你一個哈密頓懵逼方程表情 其中,L是拉格朗日量,H是哈密頓量。L=T-V,H=T+V,T是動能,V是勢能。在拉格朗日量中用位置x和速度v來做自變量;在哈密頓量中用位置x和動量p做自變量。這兩個重要的量(算符)都是能量(算符)。 牛頓力學在這兩套表述體系下,已經(jīng)幾乎成為了完全的數(shù)學,在方程中你看不到“力”的影子,但他們都是非常正宗的力學,因為F=ma和W=Fs(功等于力乘位移)是一切的根基,而在表象上,力被能量和速度這些物理量代替了。 回到量子力學。你再看一眼薛定諤方程: 薛定諤方程 后面中括號里的就是波函數(shù)的哈密頓量!不同的是,經(jīng)典力學求解質(zhì)點的運動方程,量子力學求解物質(zhì)波的波動方程。 量子力學雖然建立在它的幾個基本假設(shè)之上,但沿用了理論力學的數(shù)學體系,而理論力學的數(shù)學體系,則是建立在牛頓力學的推導之上。所以說,量子力學不僅是正宗的力學,而且數(shù)學上很大程度地繼承了經(jīng)典力學的方法。 其實,英文中的Mechanic一詞,在這里翻譯為“機制”也很恰當,這樣經(jīng)典力學就是“經(jīng)典機制”,量子力學就是“量子機制”,這樣能避免狹隘地理解“力學”一詞的含義:“力”是物質(zhì)相互作用機制的形象表述。 |
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