在@的回答中添加一些與主題無(wú)關(guān)的細(xì)節(jié)(俗稱(chēng)跑題)。
在量子系統(tǒng)中,“做功”的概念其實(shí)并不簡(jiǎn)單。
在量子系統(tǒng)中,平均內(nèi)能的變化可以分為兩部分:
E:= E =sum_n p_n E_n dE = p_nsum_n dE_n + E_n sum_n dp_n
第一部分 p_nsum_n dE_n:=bar d W 中,各個(gè)能級(jí)的概率分布沒(méi)有變化英語(yǔ)作文,只是能級(jí)與能級(jí)本身的間隔發(fā)生了變化。 這類(lèi)似于經(jīng)典熱力學(xué)中活塞氣體體積變化所做的功做功,因此這部分被視為系統(tǒng)所做的功。 第二部分 E_n sum_n dp_n:=bar d Q 中,能級(jí)沒(méi)有變化,但概率分布發(fā)生了變化,熵也相應(yīng)發(fā)生了變化,所以對(duì)應(yīng)的是傳熱過(guò)程。 因此,我們重新獲得熱力學(xué)第一定律 dE = bar d W + bar d Q 。
因此,“光吸收是否起作用或傳遞熱量”取決于過(guò)程本身的細(xì)節(jié)。 物質(zhì)吸收光的過(guò)程有很多,不能一概而論。
接下來(lái)是題外話(huà)部分。
前面的內(nèi)容非常直觀,直到我們意識(shí)到一件事:量子力學(xué)似乎與測(cè)量有很大關(guān)系。
考慮一個(gè)無(wú)時(shí)間的量子系統(tǒng)。 從這一刻到時(shí)間τ結(jié)束,我們對(duì)這個(gè)系統(tǒng)施加一些外部影響(改變磁場(chǎng)、照射光束等),這種影響一直持續(xù)到某個(gè)時(shí)間τ結(jié)束。 那么,這種外部影響對(duì)系統(tǒng)做了多少工作呢?
這并不簡(jiǎn)單,W = Delta E。
這是正確的。 但要確定ΔE,我們需要知道施加外力之前的能量和施加外力之后的能量。 這涉及量子系統(tǒng)的兩個(gè)測(cè)量:
這意味著開(kāi)始和結(jié)束時(shí)測(cè)量的能量是隨機(jī)變量。 當(dāng)然做功,外力對(duì)系統(tǒng)所做的功 W = E_m^tau - E_n^0 也是一個(gè)隨機(jī)變量,其概率分布為:
P(W) = sum_{mn} delta(W - Delta ^{tau 0}_{mn}) p_{mn}p_n, begin{cases} Delta ^{tau 0}_{mn } = E^tau_m - E^0_n\ p_{mn} =|{m}vert U_tauvert{n}|^2end{cases}
嗯,這實(shí)際上仍然是 W = Delta E,但它已經(jīng)擴(kuò)展到量子力學(xué)系統(tǒng)并包括測(cè)量對(duì)系統(tǒng)的影響。 外力對(duì)系統(tǒng)的影響包含在時(shí)間演化算子中。 第一次測(cè)量使系統(tǒng)處于 |n 狀態(tài),因此第二次測(cè)量會(huì)受到第一次測(cè)量結(jié)果的影響,因此我們需要轉(zhuǎn)移概率 p_{mn} - 實(shí)際上它是條件概率。
這是目前廣泛接受的量子力學(xué)體系下的功定義。 所以,
在量子系統(tǒng)中,“做功”的概念其實(shí)并不簡(jiǎn)單。