費曼《路徑積分》對波粒二象性本質的描述,簡單明瞭!

事實上,量子力學所闡明的微觀世界的規律,總是建立在波粒二重性的基礎上的。而除了玻爾模型,美國科學家理查德·費曼還引入了路徑積分的方法來描述波粒二重性的本質。

費曼《路徑積分》對波粒二象性本質的描述,簡單明瞭!

1965年諾貝爾得主—費曼

理查德·費曼,1918年5月11日出生於美國紐約皇后區的一個小鎮法洛克衛。1939年,他從麻省理工學院畢業,進入普林斯頓大學開始讀研究生,成為約翰·惠勒的學生。1942年,在論文中涉及了“路徑積分”的方法。1943年,費曼進入洛斯阿拉莫斯國家實驗室,參加了曼哈頓計劃。二戰期間,他和同時代的物理學家一樣從事核彈的研究工作,並親眼見證了第一顆核彈的爆炸。隨後的1951年,費曼在加州理工學院任教,他那幽默生動、不拘一格的講課風格深受學生歡迎。

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費曼

​20世紀40年代後期,費曼提出了“量子電動力學”,對電子行為的數學計算結果遠比以前採用的方法精確得多。1965年因其在量子點動力學方面的貢獻,費曼與施溫格和朝永振一郎共同獲得了諾貝爾物理學獎。1972年,費曼還獲得了厄司特杏壇獎章。接下來的1986年,費曼做了一件震驚世界的事情,當時,他受委託調查“挑戰者”號航天飛機失事一事,他以非常簡單的物理原理證明了“挑戰者”號失事的原因就在於寒冷的氣候。這個結論曾震驚了全世界。

1988年2月15日,在與病魔搏鬥10年之後,費曼因腹膜癌在加州洛杉磯與世長辭,享年69歲。

路徑積分發對波粒二象性的描述

在摹寫量子理論中的波粒二重性時,費曼提出了歷史求和,也叫做路徑積分的方法。我們知道,在經典非量子理論中,人們總是假定粒子在時空中有單獨的歷史或者路徑。與此相反,在費曼的歷史求和方法中,時空中的粒子不再只有一個歷史或者一個路徑,取而代之的是從A到B粒子可以走任何一個可能的軌道。費曼提出,對應於每個軌道都有一對數:一個數表示波的幅度,另一個數表示在週期循環中的位置或相位,即它是否處於波峰或者波谷,或者它們之間的某處。這樣一來,一個粒子從A走到B的概率就是將所有軌道的波加起來。

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通常來說,如果人們比較一族鄰近的軌道,那麼其相位或者週期循環中的位置差別會很大。這意味著,與這些軌道對應的波幾乎完全被對消了。不過,對某些鄰近軌道的集合,它們之間的相位變化不大,所以這些軌道的波就沒有被對消。這種軌道就對應於玻爾的允許軌道。事實上,人們可以相對直接地把這種思想用具體的數學形式表達出來,以計算更復雜的原子或者分子中的允許軌道。

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作為費曼獨創性的又一個鮮明案例,路徑積分的方法因其簡單明瞭的特性得到了人們的認可,成為又一種量子力學的表述法。

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