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  • 1 # 我是阿嘛

    我嘗試寫一個說人話版本的解釋吧,力爭高中生水平可以理解,杜絕公式…以下僅是一個科普程度的,既囉嗦又低配的解釋

    首先一定要明確一個科學立場,即理論是為了解釋並預測現實而服務的,不是為了自high的。實驗結果是根本,如果理論和實際不符合,你需要改理論,而不是改實驗資料。改資料,這叫學術作假…

    這很重要,請牢記在心。

    薛定諤方程,其實就是描述微觀粒子的行為的一個定律,就這麼簡單。

    那麼薛定諤大佬為什麼要拍腦袋,拍出這麼一個看了就暈頭轉向的方程來?

    直接原因,是因為微觀粒子的運動規律不能用牛頓力學來描述。

    回憶下牛頓力學三定律,第一定律講的是,物體在不受力的情況下,保持靜止或者勻速直線運動。非常遺憾,微觀粒子表示不服。實驗表明,電子和光子不受力時,既不靜止,也不勻速直線運動。

    更進一步,牛頓第二定律描述的是,物體受力時,力和加速度的關係。非常遺憾,電子和光子還是不遵守。

    這就很尷尬了。這就說明牛頓力學是不完備的,是有bug的。哪怕牛頓大大再權威,解釋了再多物理事實,預測了再多現象,這也改變不了牛頓力學只適用於宏觀物體的侷限性。

    人們想要理解微觀世界,利用微觀世界,就必須掌握微觀世界的規律。

    最直接的,化學反應的本質就是電子重新排布的過程。要理解電子光譜,化學鍵,就必須理解原子軌道和分子軌道,就必須要有描述微觀粒子的規律的定律才行。

    說薛定諤方程是化學的理論基石也不為過。正如牛頓力學是工程學的基礎一樣。

    好了,現在你手裡,已經有了大量微觀粒子運動的資料,這些粒子運動都不符合牛頓力學,你需要提出一個全新的理論,來解釋這些實驗事實。

    你怎麼做?猜唄。

    薛定諤方程最早就是猜的。當然,不能亂猜,有技巧有套路的。很多種猜法都很精彩,詳細參見其它答案或者教科書。下面以不含時薛定諤方程為例進行說明。

    不含時薛定諤方程,簡單來說,就是講了一件事情

    "粒子的動能加勢能等於其總能量,且守恆"。

    看到這裡你心理可能忍不住會說一句mmp,這不是廢話麼?牛頓早講了!沒錯,薛定諤大大就是這麼覺得的,並由此出發開始猜的。宏觀物體又是由微觀粒子組成的,雖然運動規律不符合,但是能量規律也許符合呀。

    假設動能加勢能守恆的規律在微觀世界也存在,按照德布羅意,波粒二象性的想法,把粒子寫成複平面波函式,再對比經典力學動能和勢能的概念,形式上引入動量算符和勢能算符。

    這就是你們看到的薛定諤方程了…

    當然,猜不是本事,最重要的是,從這個方程出發,所有那些不符合牛頓力學的微觀粒子的行為,都可以得到圓滿解釋了。那當然要被廣泛運用啦。

    薛定諤方程的侷限性是什麼?

    最直接的一點是,他沒有考慮速度。而很多微觀粒子都是在接近光速運動,相對論效應不可以忽視。但是這些都是後話了。

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