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  • 量子效应

    量子效应是在超低温等某些特殊条件下,由大量粒子组成的宏观系统呈现出的整体量子现象。量子效应是量子系统所表现出的一种不同于宏观系统的现象,而量子系统即是其中微观粒子呈现出波动性的系统。表现出显着量子效应的量子系统称为是简并(退化)的系统,相应的特征温度称为简并温度(退化温度)。

    编辑摘要

    目录

    理论简介/量子效应 编辑

    量子效应是在超低温等某些特殊条件下,由大量粒子组成的宏观系统呈现出的整体量子现象。根据量子理论的波粒二象性学说,微观实物粒子会象光波水波一样,具有干涉、衍射等波动特征,形成物质波(或称德布罗意波)。但日常所见的宏观物体,虽然是由服从这种量子力学规律的微观粒子组成,但由于其空间尺度远远大于这些微观粒子的德布罗意波长,微观粒子量子特性由于统计平均的结果而被掩盖了。因此,在通常的条件下,宏观物体整体上并不出现量子效应。然而,在温度降低或粒子密度变大等特殊条件下,宏观物体的个体组分会相干地结合起来,通过长程关联或重组进入能量较低的量子态,形成一个有机的整体,使得整个系统表现出奇特的量子性质。例如,原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚、超流性、超导电性和约瑟夫逊效应等都是宏观量子效应。[1]

    图

    应用实例/量子效应 编辑

    量子效应量子效应

    微观粒子呈现出波动性,即粒子的“轨道”已经失去了意义——轨道发生了弥撒(模糊);当弥撒的轨道在空间发生一定的重叠时,各个粒子的几率分布也有一定的关联——量子关联。因此可以认为产生量子效应的条件是:①粒子的de Broglie波长>>粒子的平均间距时,系统即为量子系统。根据de Broglie波长 l = h /(2mE) 关系,知道:粒子的质量越小、能量越低、分布密度越大的系统,越容易呈现出量子效应。②量子关联长度>粒子的平均间距时,系统即为量子系统。这时粒子的位置x与动量p不能同时确定,位置的不确定度Δx即可认为是量子关联长度;温度T是影响动量不确定度Δp 的一个因素:由自由粒子的平动动能 p/2m = 3kT/2,得动量不确定度Δp ≈ (3mkT),则位置的不确定度(量子关联长度)Δx ≈ h /(3mkT) 。从而见到:温度越低、粒子质量越小、粒子分布密度越大的系统,越容易呈现出量子效应。量子系统的能量是不连续(量子化)的。

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    参考资料
    [1]^引用日期:2017-06-07

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