量子熱學(xué)是哪些東西，誰能大約解釋和介紹一
量子熱學(xué)是研究微觀粒子的運動規(guī)律的數(shù)學(xué)學(xué)分支學(xué)科，它主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，它與相對論一起構(gòu)成了現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)的理論基礎(chǔ)。量子熱學(xué)除了是近代數(shù)學(xué)學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，但是在物理等有關(guān)學(xué)科和許多近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。量子熱學(xué)的發(fā)展導(dǎo)論量子熱學(xué)是在舊量子論的基礎(chǔ)上發(fā)展上去的。舊量子論包括普朗克的量子假說、愛因斯坦的光量子理論和玻爾的原子理論。1900年，普朗克提出幅射量子假說，假設(shè)電磁場和物質(zhì)交換能量是以間斷的方式(能量子)實現(xiàn)的，能量子的大小同幅射頻度成反比，比列常數(shù)稱為普朗克常數(shù)，因而得出宋體幅射能量分布公式，成功地解釋...全部
量子熱學(xué)是研究微觀粒子的運動規(guī)律的數(shù)學(xué)學(xué)分支學(xué)科，它主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)量子和粒子物理學(xué)何以解釋一切，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論，它與相對論一起構(gòu)成了現(xiàn)代化學(xué)學(xué)的理論基礎(chǔ)。量子熱學(xué)除了是近代化學(xué)學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，但是在物理等有關(guān)學(xué)科和許多近代技術(shù)中也得到了廣泛的應(yīng)用。
量子熱學(xué)的發(fā)展導(dǎo)論量子熱學(xué)是在舊量子論的基礎(chǔ)上發(fā)展上去的。舊量子論包括普朗克的量子假說、愛因斯坦的光量子理論和玻爾的原子理論。1900年，普朗克提出幅射量子假說，假設(shè)電磁場和物質(zhì)交換能量是以間斷的方式(能量子)實現(xiàn)的，能量子的大小同幅射頻度成反比，比列常數(shù)稱為普朗克常數(shù)，因而得出宋體幅射能量分布公式，成功地解釋了宋體幅射現(xiàn)象。
1905年，愛因斯坦引進(jìn)光量子(光子)的概念，并給出了光子的能量、動量與幅射的頻度和波長的關(guān)系，成功地解釋了光電效應(yīng)。其后，他又提出固體的震動能量也是量子化的，因而解釋了高溫下固體比熱問題。
1913年，玻爾在盧瑟福有核原子模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建起原子的量子理論。根據(jù)這個理論，原子中的電子只能在分立的軌道上運動，原子具有確定的能量，它所處的這些狀態(tài)叫“定態(tài)”，但是原子只有從一個定態(tài)到另一個定態(tài)，能夠吸收或幅射能量。
這個理論其實有許多成功之處，但對于進(jìn)一步解釋實驗現(xiàn)象還有許多困難。在人們認(rèn)識到光具有波動和微粒的二象性以后，為了解釋一些精典理論難以解釋的現(xiàn)象，日本化學(xué)學(xué)家德布羅意于1923年提出微觀粒子具有波粒二象性的假說。
德布羅意覺得：正如光具有波粒二象性一樣，實體的微粒(如電子、原子等)也具有這些性質(zhì)，即既具有粒子性也具有波動性。這一假說不久就為實驗所否認(rèn)。因為微觀粒子具有波粒二象性，微觀粒子所遵守的運動規(guī)律就不同于宏觀物體的運動規(guī)律，描述微觀粒子運動規(guī)律的量子熱學(xué)也就不同于描述宏觀物體運動規(guī)律的精典熱學(xué)。
當(dāng)粒子的大小由微觀過渡到宏觀時，它所遵守的規(guī)律也由量子熱學(xué)過渡到精典熱學(xué)。量子熱學(xué)與精典熱學(xué)的差異首先表現(xiàn)在對粒子的狀態(tài)和熱學(xué)量的描述及其變化規(guī)律上。在量子熱學(xué)中，粒子的狀態(tài)用波函數(shù)描述，它是座標(biāo)和時間的復(fù)函數(shù)。
為了描寫微觀粒子狀態(tài)隨時間變化的規(guī)律，就須要找出波函數(shù)所滿足的運動多項式。這個等式是薛定諤在1926年首先找到的，被稱為薛定諤多項式。當(dāng)微觀粒子處于某一狀態(tài)時，它的熱學(xué)量(如座標(biāo)、動量、角動量、能量等)通常不具有確定的數(shù)值，而具有一系列可能值，每位可能值以一定的概率出現(xiàn)。
當(dāng)粒子所處的狀態(tài)確定時，熱學(xué)量具有某一可能值的概率也就完全確定。這就是1927年，海森伯得出的測不準(zhǔn)關(guān)系，同時玻爾提出了并協(xié)原理，對量子熱學(xué)給出了進(jìn)一步的闡述。量子熱學(xué)和狹義相對論的結(jié)合形成了相對論量子熱學(xué)。
經(jīng)狄拉克、海森伯和泡利等人的工作發(fā)展了量子電動熱學(xué)。20世紀(jì)30年代之后產(chǎn)生了描述各類粒子場的量子化理論——量子場論，它構(gòu)成了描述基本粒子現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)。量子熱學(xué)是在舊量子論構(gòu)建以后發(fā)展完善上去的。
舊量子論對精典化學(xué)理論加以某種人為的修正或附加條件便于解釋微觀領(lǐng)域中的一些現(xiàn)象。因為舊量子論不能令人滿意，人們在找尋微觀領(lǐng)域的規(guī)律時，從兩條不同的公路完善了量子熱學(xué)。1925年量子和粒子物理學(xué)何以解釋一切，海森堡基于化學(xué)理論只處理可觀察量的認(rèn)識，拋棄了不可觀察的軌道概念，并從可觀察的幅射頻度及其硬度出發(fā)，和玻恩、約爾丹一起構(gòu)建起矩陣熱學(xué)；1926年，薛定諤基于量子性是微觀體系波動性的反映這一認(rèn)識，找到了微觀體系的運動多項式，因而構(gòu)建起波動熱學(xué)，其后不久還證明了波動熱學(xué)和矩陣熱學(xué)的物理等價性；狄拉克和約爾丹各自獨立地發(fā)展了一種普遍的變換理論，給出量子熱學(xué)簡約、完善的物理抒發(fā)方式。
量子熱學(xué)的基本內(nèi)容量子力學(xué)的基本原理包括量子態(tài)的概念，運動多項式、理論概念和觀測化學(xué)量之間的對應(yīng)規(guī)則和化學(xué)原理。在量子熱學(xué)中，一個數(shù)學(xué)體系的狀態(tài)由波函數(shù)表示，波函數(shù)的任意線性疊加一直代表體系的一種可能狀態(tài)。
狀態(tài)隨時間的變化依循一個線性微分多項式，該多項式預(yù)言體系的行為，化學(xué)量由滿足一定條件的、代表某種運算的算符表示；檢測處于某一狀態(tài)的化學(xué)體系的某一化學(xué)量的操作，對應(yīng)于代表該量的算符對其波函數(shù)的作用；檢測的可能取值由該算符的本征多項式?jīng)Q定，檢測的期盼值由一個包含該算符的積分多項式估算。
波函數(shù)的平方代表作為其變數(shù)的數(shù)學(xué)量出現(xiàn)的概率。按照這種基本原理并附以其他必要的假定，量子熱學(xué)可以解釋原子和亞原子的各類現(xiàn)象。關(guān)于量子熱學(xué)的解釋涉及許多哲學(xué)問題，其核心是因果性和化學(xué)實在問題。
按動熱學(xué)意義上的因果律說，量子熱學(xué)的運動多項式也是因果律多項式，當(dāng)體系的某一時刻的狀態(tài)被曉得時，可以按照運動多項式預(yù)言它的未來和過去任意時刻的狀態(tài)。但量子熱學(xué)的預(yù)言和精典化學(xué)學(xué)運動多項式(質(zhì)點運動多項式和波動多項式)的預(yù)言在性質(zhì)上是不同的。
在精典化學(xué)學(xué)理論中，對一個體系的檢測不會改變它的狀態(tài)，它只有一種變化，并按運動多項式演化。因而，運動多項式對決定體系狀態(tài)的熱學(xué)量可以做出確定的預(yù)言。但在量子熱學(xué)中，體系的狀態(tài)有兩種變化，一種是體系的狀態(tài)按運動多項式演化，這是可逆的變化；另一種是檢測改變體系狀態(tài)的不可逆變化。
因而，量子熱學(xué)對決定狀態(tài)的化學(xué)量不能給出確定的預(yù)言，只能給出數(shù)學(xué)量取值的概率。在這個意義上，精典化學(xué)學(xué)因果律在微觀領(lǐng)域失效了。據(jù)此，一些化學(xué)學(xué)家和哲學(xué)家斷定量子熱學(xué)秉持因果性，而另一些化學(xué)學(xué)家和哲學(xué)家則覺得量子熱學(xué)因果律反映的是一種新型的因果性——幾率因果性。
量子熱學(xué)中代表量子態(tài)的波函數(shù)是在整個空間定義的，態(tài)的任何變化是同時在整個空間實現(xiàn)的。20世紀(jì)70年代以來，關(guān)于遠(yuǎn)隔粒子關(guān)聯(lián)的實驗表明，類空分離的風(fēng)波存在著量子熱學(xué)預(yù)言的關(guān)聯(lián)。這些關(guān)聯(lián)是同狹義相對論關(guān)于客體之間只能以不小于光速的速率傳遞化學(xué)互相作用的觀點相矛盾的。
于是，有些數(shù)學(xué)學(xué)家和哲學(xué)家為了解釋這些關(guān)聯(lián)的存在，提出在量子世界存在一種全局因果性或整體因果性，這些不同于構(gòu)建在狹義相對論基礎(chǔ)上的局域因果性，可以從整體上同時決定相關(guān)體系的行為。量子熱學(xué)用量子態(tài)的概念表征微觀體系狀態(tài)，推進(jìn)了人們對化學(xué)實在的理解。
微觀體系的性質(zhì)總是在它們與其他體系，非常是觀察儀器的互相作用中表現(xiàn)下來。人們對觀察結(jié)果用精典化學(xué)學(xué)語言描述時，發(fā)覺微觀體系在不同的條件下，或主要表現(xiàn)為波動圖像，或主要表現(xiàn)為粒子行為。
而量子態(tài)的概念所抒發(fā)的，則是微觀體系與儀器互相作用而形成的表現(xiàn)為波或粒子的可能性。量子熱學(xué)表明，微觀化學(xué)實在既不是波也不是粒子，真正的實在是量子態(tài)。真實狀態(tài)分解為隱態(tài)和顯態(tài)，是因為檢測所導(dǎo)致的，在這兒只有顯態(tài)才符合精典化學(xué)學(xué)實在的含意。
微觀體系的實在性還表現(xiàn)在它的不可分離性上。量子熱學(xué)把研究對象及其所處的環(huán)境看作一個整體，它不容許把世界看成由彼此分離的、獨立的部份組成的。關(guān)于遠(yuǎn)隔粒子關(guān)聯(lián)實驗的推論，也定量地支持了量子態(tài)不可分離性的觀點。