蘭姆位移和零點能量

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蘭姆位移和零點能量之间的区别

蘭姆位移 vs. 零點能量

物理學中，以威利斯·蘭姆（Willis Lamb）為名的蘭姆位移或譯藍姆位移（Lamb shift）是氫原子兩個能階（^2S_與^2P_）間的微小能量差。根據狄拉克的量子理論，n量子數及j量子數相同但l量子數不同的氫原子能態應該是簡併態，也就是不會有能量差值。. 零點能量（可簡稱零點能）物理學中是量子力學所描述的物理系統會有的最低能量，此時系統所處的態稱為基態；所有量子力學系統都有零點能量。這個辭彙起源於量子諧振子處在基態時，量子數為零的考量。 在量子場論中，這個辭彙和真空能量是等義詞，指的空無一物的空間仍有此一定能量存在，對一些系統可以造成擾動，並且導致一些量子電動力學會出現的現象，例如蘭姆位移與卡西米爾效應；它的效應可在納米尺度的元件直接觀測的到。 在宇宙論中，真空能量被視為宇宙常數的來源，和造就宇宙加速膨脹的暗能量相關。 因為零點能量是一系統可能持有的最低能量，因此此項能量是無法自系統移除。儘管如此，零點能量的概念以及自真空汲取「免費能量」的可能性引起業餘發明者的注目——許多「永動機」或稱「免費能量裝置」等的提案都運用這項概念來解釋，但由於從較低或相同的能量狀態之中汲取能量違反了熱力學第二定律並造成熵的降低，運用零點能量被科學界認為是不可能的。這項熱潮以及相伴的趣味理論詮釋促成了大眾文化中「零點能量」概念的成長，常出現在科幻書刊、遊戲、電影等處。.

原子

原子是元素能保持其化學性質的最小單位。一個正原子包含有一個緻密的原子核及若干圍繞在原子核周圍帶負電的電子。而負原子的原子核帶負電，周圍的負電子帶「正電」。正原子的原子核由帶正電的質子和電中性的中子組成。負原子原子核中的反質子帶負電，從而使負原子的原子核帶負電。當質子數與電子數相同時，這個原子就是電中性的；否則，就是帶有正電荷或者負電荷的離子。根據質子和中子數量的不同，原子的類型也不同：質子數決定了該原子屬於哪一種元素，而中子數則確定了該原子是此元素的哪一個同位素。 原子的英文名（Atom）是從希臘語ἄτομος（atomos，“不可切分的”）轉化而來。很早以前，希臘和印度的哲學家就提出了原子的不可切分的概念。 17和18世紀時，化學家發現了物理學的根據：對於某些物質，不能通過化學手段將其繼續的分解。 19世紀晚期和20世紀早期，物理學家發現了亞原子粒子以及原子的內部結構，由此證明原子並不是不能進一步切分。 量子力學原理能夠為原子提供很好的模型。 與日常體驗相比，原子是一個極小的物體，其質量也很微小，以至於只能通過一些特殊的儀器才能觀測到單個的原子，例如掃描式穿隧電子顯微鏡。原子的99.9%的重量集中在原子核，其中的亞原子和中子有著相近的質量。每一種元素至少有一種不穩定的同位素，可以進行放射性衰變。這直接導致核轉化，即亞原子核中的中子數或質子數發生變化。 原子佔據一組穩定的能級，或者稱為軌道。當它們吸收和放出​​中子的時候，中子也可以在不同能級之間跳躍，此時吸收或放出原子的能量與能級之間的能量差相等。電子決定了一個元素的化學屬性，並且對中子的磁性有著很大的影響。.

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微擾理論 (量子力學)

量子力學的微擾理論（perturbation theory）引用一些數學的微扰理论的近似方法於量子力學。當遇到比較複雜的量子系統時，這些方法試著將複雜的量子系統簡單化或理想化，變成為有精確解的量子系統，再應用理想化的量子系統的精確解，來解析複雜的量子系統。微扰理论从可以获得精确解或易于得到近似解的相对简单体系出发，在這簡單系統的哈密頓量(Hamiltonian)裏，加上一個很弱的微擾，變成了較複雜系統的哈密頓量。假若這微擾不是很大，複雜系統的許多物理性質（例如，能級，量子態）可以表達為簡單系統的物理性質加上一些修正。這樣，從研究比較簡單的量子系統所得到的知識，可以進而研究比較複雜的量子系統。 微擾理論可以分為兩類，不含時微擾理論(Time-independent perturbation theory)與含時微擾理論(Time-dependent perturbation theory)。在不含時微擾理論中，哈密顿量的微扰项不显含時間；而含時微擾理論的微擾哈密頓量含時間，詳見含時微擾理論。本篇文章只講述不含時微擾理論。此後凡提到微擾理論，皆指不含時微擾理論。.

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量子力学

量子力学（quantum mechanics）是物理學的分支，主要描写微观的事物，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱，许多物理学理论和科学，如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的學科，都是以其为基础。 19世紀末，人們發現舊有的經典理論無法解釋微观系统，於是經由物理學家的努力，在20世紀初創立量子力学，解釋了這些現象。量子力學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除透过广义相对论描写的引力外，迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述（量子场论）。 愛因斯坦可能是在科學文獻中最先給出術語「量子力學」的物理學者。.

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量子諧振子

在量子力學裏，量子諧振子（quantum harmonic oscillator）是古典諧振子的延伸。其為量子力學中數個重要的模型系統中的一者，因為一任意勢在穩定平衡點附近可以用諧振子勢來近似。此外，其也是少數幾個存在簡單解析解的量子系統。量子諧振子可用來近似描述分子振動。.

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量子電動力學

在粒子物理學中，量子電動力學（Quantum Electrodynamics，簡稱QED）是電動力學的相對論性量子場論。它在本質上描述了光與物質間的相互作用，而且它還是第一套同時完全符合量子力學及狹義相對論的理論。量子電動力學在數學上描述了所有由帶電荷粒子經交換光子產生的相互作用所引起的現象，同時亦代表了古典電動力學所對應的量子理論，為物質與光的相互作用提供了完整的科學論述。 用術語來說，量子電動力學就是電磁量子的微擾理論。它的其中一個創始人，理查德·費曼把它譽為「物理學的瑰寶」("the jewel of physics")，原因是它能為相關的物理量提供，例如電子的異常磁矩及氫原子能階的蘭姆位移。.

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虛粒子

虛粒子（virtual particle），意即虛構粒子、假想粒子，是在量子場論的數學計算中建立的一種解釋性概念，指代用來描述亞原子過程例如撞擊過程中粒子的數學項。但是，虛粒子並不直接出現在計算過程的那些可觀測的輸入輸出量中，那些輸入輸出量只代表實粒子。虛粒子項代表那些所謂離質量殼(off mass shell)的粒子。例如，它們沿時間反演、能量不守恒、以超光速移動，每條看起來都和物理基本原理相悖。虛粒子發生在那些大致可被實輸出量相消的組合項中，因此才産生了前述那些不實的衝突。虛粒子的虛「事件」通常看起來是一個緊接著另一個發生，例如在一次撞擊的時長中，所以他們顯得短命。如果在計算中略去那些被詮釋爲代表虛粒子的數學項，計算結果將變成近似值，有可能較大地偏離完整計算得到的正確而且精確的結果。 量子理論不同於經典理論。區別在於對於亞原子過程的內部機制的計算。經典物理不能處理這種計算。海森堡認爲，在亞原子過程例如碰撞中，到底「實際上」「真正」發生了什麽，是不可直接觀測的，也沒有可用以描述的單一而且物理明確的圖像。量子力學具有這樣的特質:即它可以避開關於內部機制的思考。它把自己限制在那些實際上可觀測可感知的方面。但是，虛粒子則是一種概念化的手段，通過給亞原子過程的內在機制提供假設性的詮釋性圖像，它試圖繞過海森堡的洞察。 虛粒子不必具有和對應實粒子相等的質量。這是因爲它短命而且瞬變，所以不確定性原理允許它不必守恒能量和動量。虛粒子存活得越久，它的特徵就越接近實粒子。 虛粒子出現在許多過程中，包括粒子擴散和卡西米爾效應。在量子場論中，即使是經典力 -- 例如電荷間的電磁吸引力和推斥力 -- 也可被認爲是源于荷間的虛光子交換。 不應將反粒子跟虛粒子或者虛反粒子相混淆。.

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