量子力學,未來是否有可能像牛頓力學那樣,作為理科生必備知識?

時間 2021-05-05 17:59:09

1樓:東方學帝

量子力學不行,共量子才是。讀共量子論吧,一切就豁然開朗了。參閱:https://www.

2樓:

以牛頓為常識的話,量子力學可以說沒法學(尤其是自學)了。

那……為啥不從愛因斯坦開始講呢?

被證實「更對」的相對論理應更有資格成為常識。

3樓:夜雪

不只是理科生,應該成為所有受過教育者的常識吧。

但依靠現在那一堆復讀機是做不到的,照本宣科給大學生講都講不明白。回憶一下,很多對科學感興趣的小夥伴初中甚至小學就看過不少科學和物理相關的科普書或紀錄片了吧,但這些真的有把量子力學的核心內容講明白嗎。反正物理學基本理論多年來也沒什麼發展了,不如花些時間思考一下怎麼讓更多人理解現代的物理學和數學。

4樓:洹靈

有的,畢竟不管有沒有理科生,量子力學如果和將來人類物理學的最高層次在同一條線上的話,因為人類的教育水平也可以被提得很高,這些還是會被教的。

人在高中肯定要學習大量的東西,這都是大學學習所要求的必然,內容可以是我們今天要求的計算啊什麼的,也可以是量子力學裡面最能鍛鍊人的那部分——大學要求的素質會包括它的,所以高中也必須要培養這種能力。人類科技水平和教育水平大概會同步發展吧,所以技術高了也就會教這些,而且水平不會太低。

5樓:庫魯瓦桑

按趨勢來看,量子力學確實會逐漸滲入到高中物理的體系裡面。17年的高考,必考內容加入了選修3-5的動量定理和光電效應內容,可以看出方向是往這個方向偏移的。

但會不會全套的量子力學內容都進入高中體系呢?肯定不會,量子力學作為四大力學中難度較高的一門,其基礎或者前提條件包括初等復變函式、特殊函式論、高等數學、線性代數在內的很多知識都有涉及,而這些東西以高中的教育模式,要系統地學完,高中起碼得有個五六年才行。其次,很多量子力學的模型也並不是一蹴而就就能理解的,要結合很多實驗來說明,高中也不具備這方面的前提。

所以,高中的物理層面的學習可能會有一部分皮毛靠近量子力學,但不可能系統地去學習。畢竟這部分內容算科研前線內容,不會安排教學去完全學會這部分,但肯定會需要通過一定地介紹吸引對該方面有興趣的人才。

6樓:

量子力學有那麼難麼,真不喜歡上來就甩一堆名詞唬人的那種論調,不說具體計算,單純建立概念體系的話線性代數入門水平就夠了。早幾年線性代數初步還是高考選考時候,高中生絕對有能力學習量子力學。當然有沒有時間就是另一回事了。

7樓:XTwTx

不會的。並不是以後的學生一定就會掌握更多的現在的知識,人的能力是有限的。知識體系增長的最終結果是細分出更多領域,需要更多人學,而不是乙個人得掌握更多,這是不現實的。

就現在,我們學習牛頓力學就已經很吃力了。高中學的僅僅只是科普性質的,即使理工科本科生要用牛頓力學算出地球軌道是橢圓的也不容易吧?甚至可能大多數都做不到。

更可能的情況是,以後的學生跟我們現在一樣,大多對量子力學有粗淺的認識,但是具體的理論體系與背後的數學基礎,知道的很少。

8樓:

量子力學本質上是pde。

如果不考慮相互作用就是線性pde,如果考慮就是非線性的。

我們知道,身為理科生,您必須會解pde,也就是各種EoM。

這個解pde,可以數值解,可以解析解,可以格林函式解,但是無論是程式設計序還是咋,首先是看懂pde然後是解。

不會解pde?您也配叫理科生?

而量子力學,說白了就是薛丁格方程,狄拉克方程,等等等等各種pde,所謂線性代數,在不涉及群論的情形下,pde通解的模式展開罷了(其實涉及到群論也一樣)格林函式就是這樣玩的。展開就完事了。

所以核心還是pde或者經過分離變數的ode。

至於量子力學五大基本假設,先賢們怎麼想到的,這個其實到現在不重要了。可能是模擬於光學或力學。

話說回來,這五大假設裡,量子性體現的最明顯的在大眾看來是不確定關係(力學量的算符化,以及算符的不對易),這個在諸多科普中出現的次數最多。但是實際上量子力學作為波動力學的一部分或者說場論的一部分,在這個框架下這個假設是非常「正常」的(也就是說真正的神奇不在於不確定關係,而是在於把物質看成一種波這個想法本身,一旦把物質看成波,那麼不確定關係就是自然而然的事情了,這也就是為啥德布羅意能拿諾獎的原因)。然而,在我看來,最重要的量子性的其實是粒子的全同性,以及全同性帶來的玻色子交換對稱性和費公尺子反對稱性,這方面最基本的例子是雷射和物質的磁性。

這導致了量子場論的格林函式長成算符對易子或者反對易子的形式,而不是一般力學的形式。不過僅此而已,反正我們能把態算出來(少年,聽說過第一性原理計算麼)。這樣,格林函式就清楚了。

所以啊,你會解pde,你還糾結你是解的波函式還是其他什麼東西麼?

9樓:道哥doge

不同地區高中生所接受的物理教育不盡相同,這裡我就舉一下我們河南高中生的例子吧

河南高中物理大概包括:牛頓力學(必修一直線運動必修二曲線運動),電磁理論(選修一庫侖電學選修二電磁學),選修課程(選修四波動力學,包括機械波與光波。選修五基礎粒子學,主要講述動量衝量等概念。

選修三熱力學,只不過河南省除了鄭州一中其它學校並不講)

牛頓力學最多就是牛頓三定律以及恆加速度運動,甚至沒有變加速運動。其實幾乎沒有什麼用。高中物理其實是講量子力學基礎的(具體那本書我忘了,可能是選修五),主要是能量量子化(蒲朗克常數以及光電效應,我記得光電效應還是個考點),波粒二象性,波爾軌道模型,能級概念。

只有這些。其實化學選修物質結構還講了原子的能級、角動量、磁量子數、自選這四個好量子數,順便說了海森堡不確定原理和泡利不相容原理洪特定責等等。

所以高中就我們那裡來說是講牛頓力學的也講量子力學的,只不過都是一些特別簡單的概念。目前不知道什呢狀況,但是估計不會到大學物理學那種程度。

10樓:灝灝灝

不可能。因為量子力學在某些基礎方面還有未知點,個人感覺不確定性只是乙個牽強的解釋。目前科技雖然能利用量子力學,可它的實質可能顛覆了目前的基本世界觀。

不適合學生學習,屬於前沿物理。

多數理科生學習下經典物理就行了,畢竟國家要建設吧。

11樓:多莉媽媽

作為一名大學物理系教師來回答問題,目前教過的包括力學,電磁學,光學等課程,涵蓋從機械,到安全到航海不同專業。學生們總是抱怨量子物理到底有什麼用?連大學物理裡面的量子物理基礎都不想學……

但是,只要與力,電,磁,光有哪怕一點點關係的學科(也就是幾乎所有的理工門類,不包括文史哲),如果完全沒有量子物理的基礎(哪怕你只知道一些名次,了解一點現象或表象都是可以的),那到了後期,研究生或者博士階段,這將成為你的天花板之一。

在我讀書的年代,高中是完全沒有一點點現代物理的內容。但現在的本科生,高中階段如果有能力的話,很大部分已經學習了一些基本的量子物理的內容,包括一些簡單地實驗和理論。

因此我相信,在很切近的將來,量子物理和量子力學,會與其他的物理學科門類一樣,成為理工科的必修課之一。

12樓:浪裡小白龍

可能性不大,不過也不能說沒有可能(>﹏<)其實現在高中生那怕參加奧林匹克物理競賽的高中生所掌握的經典力學知識都只是最簡單最基本的,但是。。。即便是這樣,能真正理解融會貫通的學生並不多,大部分只是照葫蘆畫瓢般的應試而已。

但是隨著更深入知識的普及,高中生的知識儲備會一代更比一代豐富,現在就有很多優秀的理科生能夠理解基本的量子力學概念,或者是有些許了解,我所指的是知道現象而並不能懂得原理。況且對於高中生來講,如果日後不向物理學發現,耗費許多精力和時間去掌握深層的物理理論是沒有必要的。

我對於這類不會深入學習的方向,我的觀念是,了解一下就好了,能夠解釋生活就夠了,當然,如果是個人愛好,那當然因人而異。

13樓:JokerLii

地理生物和化學也是理科~~~

量子力學可能在這些科目,不是很基礎和必要的知識。

在有限精力的前提下,我不建議量子力學作為理科生必備的知識。

14樓:辛庸

要理解量子力學,非科普的那種,最起碼要知道希爾伯特空間吧?要理解希爾伯特空間,線性代數總要的吧?復分析要的吧?特殊函式要懂的吧?我不知道等到各種年月這些知識才能普及。

15樓:每秒三十萬公里的奔跑

首先講,量子力學本質上描述的是微觀世界的概率性,如果不是從事相關的科學研究或者工程設計,沒有必要花那麼多經歷去學習透徹這門科學。牛頓力學則不然,生產生活的方方面面都會或多或少的用到,它描述的是巨集觀世界的物理特性。對於理科生很好的認識世界有很大幫助。

所以個人認為量子力學不太可能會成為理科生的必備知識,最多就是了解一些基礎就夠了。

16樓:Xueqi Li

這取決你想要高中生掌握什麼程度的量子力學。

量子力學的基礎知識基本上就是:線性代數,微分方程,再加上對哈密頓力學一些基本的了解。

然而這三個現階段高中生基本都不碰的。

所以只能直接介紹一些歷史發展和籠統的講解一下部分問題而已。(科普水準)這些彷彿高中教材上已經有過一些了。

還有乙個問題是高中是否需要真的深入的講解量子力學。個人認為不需要。量子力學還是乙個相較而言專業性比較強的科目。量子力學最多加入選修,然而這樣如前所述需要的基礎過高,不太實際。

離題一句,我覺得線性代數是應該加入高中教材的。如果線性代數加入高中教材了,那在科普性的講解量子力學的時候就可以讓學生大體了解量子力學的整個體系了。

17樓:劉大武

有可能,但是要求其數學基礎必須為高中生的數學水平,這是很困難的。這要靠數學界的努力。還有量子力學必須十分成熟,也就是說要等到物理學研究核心轉移出量子力學。

18樓:一條有夢想的狗

如果題目中說的是高中的「理科生」的話,那其實人教版物理教材3-5中就已經有簡單的量子力學的科普了。考慮到高中普遍的教育和學習水平,再往深也講不下去了。因為一涉及到Schroedinger方程,就需要在數學上先學習微分方程的解法,還有數學物理方法裡面的一些內容。

這對於高中教育的定位來說是不可能的,也是不必要的。

如果題目中說的是廣義的「理科生」的話,或者說是把工科類學科也包含進去的話,我覺得也是沒有必要把量子力學當作是像牛頓力學一樣學習的。我認為對於非物理類專業的學生,學習大學物理最主要的應該還是培養一種基本的物理素養和學習一些基本的,使用數學方法解決問題的能力。對於一些機械,材料等專業來說,更加高階的知識在後面也肯定有專門的課程來講。

更何況每個人學習的時間和精力都是非常有限的,讓每個非物理專業的學生學量子力學也是非常沒有必要的。

如果說題目中的意思是讓所有人了解量子力學中最基本的概念,也就是不涉及什麼具體計算的,類似於科普性質的話,我覺得應該還是可能的。就像高中物理選修中的內容,還有大學物理課本中的一些內容對於今後用不到這些知識的同學來說其實也足夠了。

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