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量子电池的研究进展
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作者 王璐 吴风霖 +4 位作者 李娜娜 郭森炎 樊浩 刘树倩 刘思远 《物理学报》 北大核心 2026年第4期43-65,共23页
量子电池是一种基于量子力学原理设计的新型储能装置,旨在克服传统电化学电池在能量密度、充电速度和效率等方面的性能极限.本文系统梳理了该领域近年来在理论和实验方面的研究进展,重点阐述了其理论框架和核心物理机制,包括量子纠缠和... 量子电池是一种基于量子力学原理设计的新型储能装置,旨在克服传统电化学电池在能量密度、充电速度和效率等方面的性能极限.本文系统梳理了该领域近年来在理论和实验方面的研究进展,重点阐述了其理论框架和核心物理机制,包括量子纠缠和量子相干在能量存储、传输与提取过程中的关键作用.同时,回顾了现有的量子多体电池模型及其开放系统特性中的关键问题,探讨了远距离无线充电的实现路径和发展前景,并介绍了具有潜力的实验实现平台.量子电池研究处于快速发展阶段,其成果不仅对下一代高性能储能技术具有潜在变革性意义,也为量子热力学和量子资源理论提供了重要的实验验证平台. 展开更多
关键词 量子电池 量子热力学 量子资源 开放量子系统
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基于驱动频率的非线性系统量子隧穿调控
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作者 姚静曦 张世辉 于国梁 《河北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期42-47,共6页
为探索外界驱动对量子波包演化的影响,寻找通过外界驱动调控系统量子隧穿效应的方法,基于劈裂算符法数值模拟量子波包的演化,分析了量子隧穿特性.结果表明,驱动频率显著影响量子隧穿效应,显著增强在势阱间的转移效率.最大隧穿概率可达... 为探索外界驱动对量子波包演化的影响,寻找通过外界驱动调控系统量子隧穿效应的方法,基于劈裂算符法数值模拟量子波包的演化,分析了量子隧穿特性.结果表明,驱动频率显著影响量子隧穿效应,显著增强在势阱间的转移效率.最大隧穿概率可达无驱动情形的50倍.上述现象和驱动频率调制导致的波包相空间动态弥散密切相关. 展开更多
关键词 驱动系统 波包 隧穿效应 量子调控
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量子力学百年:从微观量子结构到宏观量子效应
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作者 孙昌璞 《物理》 北大核心 2026年第1期1-18,共18页
20世纪理论物理学的发展主题为量子化,它是物理学“纵向层次跨越”与“横向范式演进”交汇的枢纽:在纵向维度上,量子化是跨越物质层次组元、解构物理规律的基本工具;多体系统量子化打破还原论单一模式,关注量子效应累计的宏观行为;在横... 20世纪理论物理学的发展主题为量子化,它是物理学“纵向层次跨越”与“横向范式演进”交汇的枢纽:在纵向维度上,量子化是跨越物质层次组元、解构物理规律的基本工具;多体系统量子化打破还原论单一模式,关注量子效应累计的宏观行为;在横向维度上,它推动了物理学从(经典)决定论到(量子)概率论的范式革命,确立了自然界随机性的微观量子本源。从科学发展逻辑的角度讲,量子力学诞生百年间历经三次量子化阶段:第一次(1925—1920年代末)将单粒子自由度量子化为不可对易算符,建立量子力学理论的基础框架;第二次(1930—1970年代末)将量子化拓展至多体系统与场,结合相对论建立量子场论。它解释了超导、超流等宏观量子现象,并引入序参量与自发对称性破缺的概念;第三次(1980年代后)对宏观序参量再次量子化,展示了宏观尺度上的量子相干效应,催生了超导量子计算等新领域。可以说,量子化不仅拓展了人类对世界的认知,而且重塑了现代技术文明根基,目前正在支撑众多高新技术体系加速演进。 展开更多
关键词 量子化 微观量子结构 宏观量子现象 宏观量子效应(隧穿) 三次(序参量)量子化 自发对称性破缺
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“拍摄”原子级碰撞瞬间证实87年前量子力学预言
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《科技导报》 北大核心 2026年第2期11-12,共2页
在探索宇宙中最神秘成分——暗物质的过程中,一项长期悬而未决的物理效应在中国的实验室中得到了直接确认。利用自主研发的专用气体探测器和像素读出芯片,由中国科学院大学主导的联合研究团队,在实验中直接观测到中子与原子核碰撞过程... 在探索宇宙中最神秘成分——暗物质的过程中,一项长期悬而未决的物理效应在中国的实验室中得到了直接确认。利用自主研发的专用气体探测器和像素读出芯片,由中国科学院大学主导的联合研究团队,在实验中直接观测到中子与原子核碰撞过程中的米格达尔(Migdal)效应,不仅证实了87年前的量子力学预言,也为搜寻宇宙中更轻的暗物质粒子提供了关键实验依据。2026年1月15日,相关研究成果发表于《Nature》。 展开更多
关键词 米格达尔效应 原子级碰撞 量子力学预言 暗物质
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杨振宁、李政道与BCS
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作者 施郁 《科学》 2026年第1期32-38,共7页
本文研究了李政道、洛和派因斯提出LLP极化子波函数的背景及其与BCS超导波函数的联系,厘清了杨振宁应巴丁请求而推荐库珀的情况,梳理了杨振宁和李政道后来各自与BCS理论相关的研究工作。
关键词 杨振宁 李政道 朝永振一郎 BCS 超导 极化子
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量子力学的新突破
6
作者 章江 《科学24小时》 2026年第1期10-13,共4页
一提及“开车穿墙”的话题,大家都会摇头说这根本不可能,这大概是出现在科幻影片中的场景。因为要让一个宏观物体的所有粒子同时穿过另一个物体的概率趋近于零。按照常识,汽车撞墙会被反弹。但在量子世界里却不一样,微观粒子真能上演“... 一提及“开车穿墙”的话题,大家都会摇头说这根本不可能,这大概是出现在科幻影片中的场景。因为要让一个宏观物体的所有粒子同时穿过另一个物体的概率趋近于零。按照常识,汽车撞墙会被反弹。但在量子世界里却不一样,微观粒子真能上演“穿墙术”,这与由大量粒子构成的“宏观现象”形成鲜明对比。 展开更多
关键词 宏观物体 穿墙术 量子力学 微观粒子
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量子力学角动量理论之缺陷与修正 被引量:1
7
作者 汪克林 曹则贤 《物理》 北大核心 2025年第5期344-351,共8页
角动量理论是量子力学的重要内容。基于角动量分量同三维转动生成元具有同样的基本对易关系的考量,则由基本对易关系就得到了分立的本征值谱(J^(2),J_(z))~(j(j+1),m)。又由于球坐标系下角动量平方J^(2)与动能算符的角部分相同,角动量... 角动量理论是量子力学的重要内容。基于角动量分量同三维转动生成元具有同样的基本对易关系的考量,则由基本对易关系就得到了分立的本征值谱(J^(2),J_(z))~(j(j+1),m)。又由于球坐标系下角动量平方J^(2)与动能算符的角部分相同,角动量就这样被纳入了波力学方程,由此解得的定态波函数是(H,J^(2),J_(z))的共同本征函数。然而,不同于波函数理论体系,在后来发展的算符—态矢理论体系中,态矢携带关于系统的全部信息。将角动量用必要的三组独立产生—湮灭算符表示,并在算符—态矢理论体系中考察角动量算符,会发现定态不必然还是(H,J^(2),J_(z))的共同本征态。以在球坐标系和直角坐标系下皆可分离变量的严格可解三维各向同性谐振子为依据,作者详细研究了定态对应的态矢子空间中的(H,J^(2),J_(z))本征值谱问题。在给定总粒子数n的情形下,即限制在特定的n所决定的子空间中,算符—态矢表示给出的角动量分量J_(z)具有分立的本征值而角动量的本征值却可以是连续变化的,而这正反映出角动量算符J=x×p的根本性质。当角动量分量本征值(以ℏ为单位)接近总粒子数n时,基于态矢的计算与基于波函数的计算其结果是一致的,原因是n一定的定态被限制在态矢空间中的一个由等能面所定义的子空间中了。认识到既有的量子力学角动量理论的一些缺陷,则此前涉及轨道角动量之物理效应的相关表述都有修正的必要。 展开更多
关键词 角动量 轨道角动量 转动生成元 基本对易关系 拉普拉斯算符 本征值谱 共同本征态 波函数 态矢量 态矢空间 三维谐振子
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基于python实现氢原子波函数的可视化
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作者 李镇 李晓霞 程绪信 《物理通报》 2026年第1期14-18,共5页
氢原子是量子力学中最简单的原子系统,但由于氢原子定态薛定谔方程的求解过程复杂,波函数、角动量理论等概念抽象,无法直接观察,导致学生难以理解氢原子的微观结构.以python为可视化手段,基于氢原子定态薛定谔方程的解析解,通过数值模... 氢原子是量子力学中最简单的原子系统,但由于氢原子定态薛定谔方程的求解过程复杂,波函数、角动量理论等概念抽象,无法直接观察,导致学生难以理解氢原子的微观结构.以python为可视化手段,基于氢原子定态薛定谔方程的解析解,通过数值模拟分析氢原子径向函数、角向函数、波函数及其概率密度的可视化,分别从主量子数、角动量量子数和磁量子数等3个方面研究氢原子电子云分布,进而更加全面直观地了解微观状态下氢原子中电子的行为. 展开更多
关键词 量子力学 氢原子波函数 PYTHON
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100周年后,重返量子力学诞生地Helgoland 被引量:1
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作者 林志忠 《物理》 北大核心 2025年第2期115-115,共1页
1925年6月中旬,海森伯在德国汉堡外海Helgoland小岛上,写下了催生“矩阵力学”的重要一步。几乎同时,奥地利物理学家薛定谔独立地以不同数学形式写下了“波动力学”方程式。两人使用的数学工具迥异,但殊途同归,他们(携手前辈和同侪)共... 1925年6月中旬,海森伯在德国汉堡外海Helgoland小岛上,写下了催生“矩阵力学”的重要一步。几乎同时,奥地利物理学家薛定谔独立地以不同数学形式写下了“波动力学”方程式。两人使用的数学工具迥异,但殊途同归,他们(携手前辈和同侪)共同建立了“量子力学”学科。 展开更多
关键词 量子力学 矩阵力学 波动力学 薛定谔 数学工具 海森伯 德国汉堡 殊途同归
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用案例式教学实现引导与驱动
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作者 陆爱江 张佳 +1 位作者 马雷斯 徐少锋 《物理通报》 2026年第3期6-9,共4页
氢原子是已知的最简单且实际存在的量子体系,通过对氢原子的学习研究可以充分展示量子力学的学科特点,也有助于培养学生提出问题、解决问题的能力.笔者在教学过程中通过不断实践,形成适合对本科生进行授课的“氢原子”教学案例.该案例... 氢原子是已知的最简单且实际存在的量子体系,通过对氢原子的学习研究可以充分展示量子力学的学科特点,也有助于培养学生提出问题、解决问题的能力.笔者在教学过程中通过不断实践,形成适合对本科生进行授课的“氢原子”教学案例.该案例打破传统章节授课模式,通过问题的不断深入,引导学生主动学习并掌握量子力学相关知识;注重数学与物理的融会贯通和灵活运用,同时引入数值计算等应用技能,提升学生学习的获得感和参与度,实现量子力学知识的更好掌握和多方面能力的综合提高. 展开更多
关键词 氢原子 量子力学 教学案例
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晶体场劈裂在量子力学简并态微扰教学中的应用
11
作者 宋振 杨善武 +3 位作者 滕蛟 高霞 张铮 刘泉林 《物理与工程》 2025年第2期78-83,共6页
为了解决量子力学教学中简并态微扰部分案例素材较少的问题,本文提出将晶体场劈裂问题的完整解决过程作为简并态微扰教学的新素材。该部分内容从构建正八面体晶体场出发,首先计算基于库仑作用的微扰势,随后选定单d电子波函数计算微扰矩... 为了解决量子力学教学中简并态微扰部分案例素材较少的问题,本文提出将晶体场劈裂问题的完整解决过程作为简并态微扰教学的新素材。该部分内容从构建正八面体晶体场出发,首先计算基于库仑作用的微扰势,随后选定单d电子波函数计算微扰矩阵元,从而构建久期矩阵。计算过程中需要分别对角向部分和径向部分进行积分,涉及到角动量的相关知识。最后通过对角化,得到微扰作用后能级的劈裂情况及零级波函数的线性组合,并进一步根据简并态的基本性质得到实函数的形式。该案例有助于学生从更深的层面理解简并态微扰理论。 展开更多
关键词 量子力学 简并态微扰 晶体场 能级劈裂
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狄拉克:The Eigentutor in the era ofquantum mechanics(上)
12
作者 曹则贤 《物理》 北大核心 2025年第2期106-115,共10页
狄拉克是量子力学奠基人中非常独特的一位,凭借一系列重要成就把自己塑造成了人类第一个量子力学博士。狄拉克1925年跟上矩阵力学的发展得到了量子力学基本方程,1926年跟上波动力学的发展得到了狄拉克统计,1928年得到了让其不朽的相对... 狄拉克是量子力学奠基人中非常独特的一位,凭借一系列重要成就把自己塑造成了人类第一个量子力学博士。狄拉克1925年跟上矩阵力学的发展得到了量子力学基本方程,1926年跟上波动力学的发展得到了狄拉克统计,1928年得到了让其不朽的相对论量子力学方程,后来基于此方程提出了反粒子的概念,此外他还系统地发展了量子力学表示理论。狄拉克的《量子力学原理》一书是量子力学表述的经典,是一本不可多得的关于如何创造物理的教科书。 展开更多
关键词 量子微分 量子力学 相对论量子力学 表示理论 对易关系 狄拉克δ-函数 产生—湮灭算符 Bra-ket记号 矩阵力学 波动力学 电磁场量子化 变换理论 反电子 反质子 狄拉克统计 磁极量子
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矩阵力学与波力学的等价性问题(上)
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作者 曹则贤 《物理》 北大核心 2025年第10期698-712,共15页
1925年9月,玻恩和约当构造了矩阵力学,量子力学有了一种分立的形式;当年底兰佐施构造了积分方程形式的量子力学,提出了量子力学形式的等价性问题。1926年薛定谔构造了微分方程形式的量子力学——波力学,在分四部分的论文发表一半时专门... 1925年9月,玻恩和约当构造了矩阵力学,量子力学有了一种分立的形式;当年底兰佐施构造了积分方程形式的量子力学,提出了量子力学形式的等价性问题。1926年薛定谔构造了微分方程形式的量子力学——波力学,在分四部分的论文发表一半时专门发文讨论了矩阵力学与波力学的等价问题。其后,泡利(文稿1973年才被发现)、艾卡特、狄拉克以及狄拉克的导师福勒等人都有关于两种量子力学等价性的论述。基于严谨数学的等价性探讨见于冯·诺伊曼自1927年起的系列论文,最终体现于《量子力学的数学基础》一书中的系统阐述。矩阵力学与波力学都是本征值问题,最后归为抽象希尔伯特空间内在结构的不同实现。矩阵形式、积分方程形式和微分方程形式都是量子力学发展过程中的必然形态,(状态)函数、矩阵、算符都是一个统一的量子力学的要素。 展开更多
关键词 矩阵力学 波力学 等价性 积分方程形式 微分方程形式 本征值问题 量子条件 正则对易关系 外尔关系 抽象希尔伯特空间 同构
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福克——给量子力学以广阔天地的苏联物理学家
14
作者 曹则贤 《物理》 北大核心 2025年第6期419-429,共11页
苏联物理学家弗拉基米尔∙福克是那种名下有个人学派的学者,第一时间跟上了量子力学的发展,赋予了量子力学一片广阔天地。福克空间/福克态为量子力学多体理论提供了表示,福克方法(Hartree—Fockmethod)让量子力学广泛应用于实际问题的近... 苏联物理学家弗拉基米尔∙福克是那种名下有个人学派的学者,第一时间跟上了量子力学的发展,赋予了量子力学一片广阔天地。福克空间/福克态为量子力学多体理论提供了表示,福克方法(Hartree—Fockmethod)让量子力学广泛应用于实际问题的近似计算,而将量子力学波函数变换同电磁场规范变换结合到一起催生规范场论更是神来之笔。 展开更多
关键词 福克空间 福克态 福克表示 福克算符 第二量子化 哈垂—福克方 量子场论 规范场论
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维格纳——群论应用于量子力学的开拓者
15
作者 曹则贤 《物理》 北大核心 2025年第9期639-646,共8页
维格纳深刻认识到对称性之于物理学的意义,对发展群论的量子力学应用做出了突出贡献;特别地,他的工作解释了为什么群论应用于量子力学会比应用于经典力学能得到更多的结果。1925年维格纳甫一出道即提出量子能级必有自然宽度,其硬性假设... 维格纳深刻认识到对称性之于物理学的意义,对发展群论的量子力学应用做出了突出贡献;特别地,他的工作解释了为什么群论应用于量子力学会比应用于经典力学能得到更多的结果。1925年维格纳甫一出道即提出量子能级必有自然宽度,其硬性假设的关系式τ∆ε=h后来被当作能量—时间不确定性关系。维格纳对物理学的贡献是全面的,在数学物理、相对论、量子力学、粒子物理和固体物理方面都留下了个人印记。 展开更多
关键词 对称性 群论 分子谱 能级宽度 维格纳定理 Wigner—Eckard定理 Wigner—Seitz单胞
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冯∙诺伊曼——公理化量子力学的人
16
作者 曹则贤 《物理》 北大核心 2025年第4期273-282,共10页
冯∙诺伊曼是罕有的天才,对数学、逻辑学、量子力学、气象学、博弈论、高速计算机器、经济学等领域都做出了杰出的贡献。冯∙诺伊曼在1927—1929年间公理化量子力学的努力,为量子力学打下了坚实的数学基础。冯∙诺伊曼对量子力学的贡献,包... 冯∙诺伊曼是罕有的天才,对数学、逻辑学、量子力学、气象学、博弈论、高速计算机器、经济学等领域都做出了杰出的贡献。冯∙诺伊曼在1927—1929年间公理化量子力学的努力,为量子力学打下了坚实的数学基础。冯∙诺伊曼对量子力学的贡献,包括希尔伯特空间、算子理论、测量理论等,在其本人那里不过是搂草打兔子式的副业,但单凭那些成就就足以确立他在当代数学物理领域的杰出地位。 展开更多
关键词 量子力学 概率诠释 希尔伯特空间 算子理论 密度算符 量子测量
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外尔——为量子力学带来数学“瘟疫”的人
17
作者 曹则贤 《物理》 北大核心 2025年第8期557-565,共9页
量子力学,还有相对论,是数学物理的重要分支。量子力学这样的学问只能产生于哥廷恩。外尔对量子力学的贡献是独特的,既有作为铺垫的微分方程与算符本征值理论,也有作为深化工具的群表示论。外尔关于量子力学的研究是同相对论研究相纠缠... 量子力学,还有相对论,是数学物理的重要分支。量子力学这样的学问只能产生于哥廷恩。外尔对量子力学的贡献是独特的,既有作为铺垫的微分方程与算符本征值理论,也有作为深化工具的群表示论。外尔关于量子力学的研究是同相对论研究相纠缠的,因此能对狄拉克方程最终作出正确的诠释,且一直是后续研究的灵感源泉。因为不为一般物理学家所理解,以群论为底色的一些量子力学研究被当成了“群瘟”,想来令人唏嘘。 展开更多
关键词 量子力学 相对论 自伴随算符理论 群论 群瘟 狄拉克方程 外尔方程
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矩阵力学与波力学的等价性问题(下)
18
作者 曹则贤 《物理》 北大核心 2025年第11期781-796,共16页
(接54卷第10期)3泡利的等价性证明泡利的等价性证明,见于1926年4月12日泡利至约当的一封信里[B.L.van der Waerden,From Matrix Mechanics and Wave Mechanics to Unified Quantum Mechanics,in Jagdish Mehra(ed.),The Physicist’s Co... (接54卷第10期)3泡利的等价性证明泡利的等价性证明,见于1926年4月12日泡利至约当的一封信里[B.L.van der Waerden,From Matrix Mechanics and Wave Mechanics to Unified Quantum Mechanics,in Jagdish Mehra(ed.),The Physicist’s Conception of Nature,Reidel(1973)pp.276—293]。这封信1973年才被发现。信不长,略述如下。 展开更多
关键词 约当 等价性 波力学 泡利 矩阵力学 1926年
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量子力学诞生的动荡岁月
19
作者 徐仁新(翻译) 《物理》 北大核心 2025年第6期437-438,共2页
现代量子力学的创建过程错综复杂,许多开创者并未领会其发现的意义。为纪念量子力学的完整表述诞生一百周年,联合国设立“2025国际量子科学与技术年”。1925年,德国物理学家海森伯首次提出新物理学的数学框架,其“矩阵力学”可预言原子... 现代量子力学的创建过程错综复杂,许多开创者并未领会其发现的意义。为纪念量子力学的完整表述诞生一百周年,联合国设立“2025国际量子科学与技术年”。1925年,德国物理学家海森伯首次提出新物理学的数学框架,其“矩阵力学”可预言原子的量子行为(如发射光谱)。年底,奥地利物理学家薛定谔给出一种更受欢迎的替代方案,即波动力学(1926年发表)。 展开更多
关键词 海森伯 矩阵力学 波动力学 量子力学 薛定谔
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浅议经典不确定性关系与量子不确定性关系
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作者 张荣 石礼伟 +1 位作者 唐军 白龙 《物理通报》 2025年第7期2-6,共5页
不确定性关系根植于微观粒子运动的波粒二象性,是量子物理中的一个重要内容.首先基于傅里叶变换推导了经典不确定性关系,然后重述了量子不确定性关系,并且对这两种不确定性关系进行了详细比较.结果表明,掌握经典不确定性关系有助于理解... 不确定性关系根植于微观粒子运动的波粒二象性,是量子物理中的一个重要内容.首先基于傅里叶变换推导了经典不确定性关系,然后重述了量子不确定性关系,并且对这两种不确定性关系进行了详细比较.结果表明,掌握经典不确定性关系有助于理解量子不确定性关系. 展开更多
关键词 不确定性关系 傅里叶变换 波粒二象性
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