• 對應原理

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    對應原理

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    在物理學中,對應原理指出,量子力學理論(或舊量子理論)描述的系統行為在大量子數的限制下再現了經典物理學。 換句話說,它說對于大軌道和大能量,量子計算必須與經典計算一致。

    該術語將這樣一種思想編纂成法典,即新理論應該在某些條件下在舊理論起作用的領域中再現舊的公認理論的結果。 由于變形參數的存在,這個概念與形式限制的要求有些不同,在這種限制下,新理論會減少到舊理論。

    經典量以可觀測值的預期值的形式出現在量子力學中,因此埃倫費斯特定理(預測預期值的時間演化)支持對應原理。

    量子力學

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    量子力學規則在描述微觀物體、原子和基本粒子方面非常成功。 但宏觀系統,如彈簧和電容器,可以用經典力學和經典電動力學等經典理論準確描述。 如果量子力學要適用于宏觀物體,那么量子力學還原為經典力學就必須有一些限制。 玻爾的對應原理要求經典物理學和量子物理學在系統變大時給出相同的答案。 1921 年,Arnold Sommerfeld 將該原理稱為 Bohrs Zauberstab(玻爾魔杖)。

    量子物理學和經典物理學一致的條件稱為對應極限或經典極限。 玻爾為對應極限提供了一個粗略的規定:當描述系統的量子數很大時,它就會出現。 對波包傳播中的量子經典對應 (QCC) 的更詳細分析導致了穩健的受限 QCC 和脆弱的詳細 QCC 之間的區別。 受限 QCC 指的是概率分布的前兩個矩,即使波包發生衍射也是如此,而詳細 QCC 需要在比波長大得多的尺度上變化的平滑勢能,這正是玻爾所考慮的。

    1925 年后的新量子理論有兩種不同的表述。 在矩陣力學中,對應原理被內置并用于構建理論。 在薛定諤的方法中,經典行為并不清楚,因為波在移動時會散開。 一旦薛定諤方程被賦予概率解釋,Ehrenfest 表明牛頓定律平均成立:位置動量的量子統計期望值服從牛頓定律。

    對應原理是物理學家用來選擇與現實對應的量子理論的工具之一。 量子力學的原理很廣泛:物理系統的狀態形成一個復雜向量空間,物理可觀測值用作用于這個希爾伯特空間的厄米算子來識別。 對應原理將選擇限制為那些在對應極限內再現經典力學的選擇。

    其他科學理論

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    術語對應原則在更一般的意義上使用,是指在適當的情況下將新的科學理論還原為早期的科學理論。 這要求新理論解釋先前理論已知有效的情況下的所有現象,即對應極限。

    例如,

    • 愛因斯坦的狹義相對論滿足對應原理,因為它在速度小于光速的極限下簡化為經典力學(示例如下);
    • 廣義相對論在弱引力場的極限下簡化為牛頓引力;

    對應原理

    • 當忽略行星間相互作用時,拉普拉斯的天體力學理論簡化為開普勒的;
    • 粒子數量很大時,統計力學再現熱力學
    • 生物學中,染色體遺傳學說再現了孟德爾遺傳定律,在遺傳因子是蛋白質編碼基因的領域。
    • 在數理經濟學中,正如保羅·薩繆爾森 (Paul Samuelson) 在經濟分析基礎 (1947) 中形式化的那樣,對應原理和其他假設暗示了關于當經濟系統中的參數發生變化時均衡如何變化的可檢驗預測。

    為了存在對應關系,早期的理論必須有一個有效范圍——它必須在某些條件下有效。 并非所有理論都有有效范圍。

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    1. 對應原理
    2. 量子力學
    3. 其他科學理論

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