淺議量子力學發(fā)展和應(yīng)用

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1、淺議量子力學發(fā)展和應(yīng)用摘要：量子力學是對經(jīng)典物理學在微觀領(lǐng)域的一次革命。它有很多基本特征，如不確定性、波粒二象性等，在原子和亞原子的微觀尺度上將變的極為顯著。愛因斯坦、海森堡、波爾、薛定譜、狄拉克等人對其理論發(fā)展做出了重要貢獻。量子力學是現(xiàn)代物理學基礎(chǔ)之一，在低速、微觀的現(xiàn)象范圍內(nèi)具有普遍適用的意義。論述了量子力學的發(fā)展以及與量子力學相關(guān)的物理概念，討論了量子力學研究的主要內(nèi)容。關(guān)鍵詞：量子力學量子力學發(fā)展質(zhì)子和粒子前言：量子力學是對牛頓物理學的根本否定。19世紀末正當人們?yōu)榻?jīng)典物理取得重大成就歡呼的時候，一系列經(jīng)典理論無法解釋的現(xiàn)象一個接一個地發(fā)現(xiàn)了。在經(jīng)典力學時期，物理學所探討的

2、主要是那些描述用比較直接的試驗研究就可以接觸到的物理現(xiàn)象的定律和理論。在宏觀和慢速的世界中，牛頓定律和麥克斯韋電磁理論是很好的自然定律。而對于發(fā)生在原子和粒子這樣小的物體中的物理現(xiàn)象，經(jīng)典物理學就顯得無能為力，很多現(xiàn)象沒法解釋。1?量子力學的起源量子論起源于經(jīng)典物理學體系中出現(xiàn)的反常的經(jīng)驗問題，以及相伴隨的概念問題。量子力學的發(fā)展主要歸功于四位物理學家。德國的海森伯于1926年作出了量子力學理論的第一種表述。利用矩陣力學的理論，求得描述原子內(nèi)部電子行為的一些可觀察量的正確數(shù)值。接著,奧地利的薛定銬發(fā)表了波動力學，是量子力學的另一種數(shù)學表述。同年，德國的伯恩對上述兩種數(shù)學表述作出可以接

3、受的物理解釋，并首先使用“量子力學”這個名詞。1928年，英國的狄拉克又把上面的理論加以推廣，并與狹義相對論結(jié)合起來。量子力學是對牛頓物理學的根本否定。牛頓認為物質(zhì)是由粒子組成的，粒子是一個實體，量子力學認為粒子是波，波是無邊無際的。牛頓認為宇宙是一部機器，可以把研究對象分成幾部分，然后對每一部分進行研究。量子力學認為自然界是深深地連通著的，一定不能把微觀體系看成是由可以分開的部分組成的。因為兩個粒子從實體看可以分開，從波的角度他們是糾纏在一起的。牛頓認為宇宙是可以預(yù)言的，而量子力學認為，自然界在微觀層次上是由隨機性和機遇支配的。牛頓認為自然界的變化是連續(xù)的，量子力學認為自然界的變化

4、是以不連續(xù)的方式發(fā)生的。2.量子力學的形成2.1量子假說的提出1900年12月14日，德國物理學家普朗克在柏林德國物理學會一次會議上提出了黑體輻射定律的推導(dǎo)，這一天被認為是量子力學理論的誕辰日。在推導(dǎo)輻射強度作為波長和絕對溫度函數(shù)的理論表達式時，普朗克假設(shè)構(gòu)成腔壁的原子的行經(jīng)像極小電磁振子，各振子均有一個振蕩的特征頻率。振子發(fā)射電磁能量于空腔中，并自空腔中吸收電磁能量，因此可以由在輻射平衡狀態(tài)的振子的特性而推出空腔輻射的特性。而關(guān)于原子的振子，普朗克作了兩項根本的假設(shè)，現(xiàn)簡述如下：①振子不能為"任何能量"，只能為：(1)式中：為振子頻率，為常數(shù)(現(xiàn)稱為普朗克常數(shù))，只能為整數(shù)(現(xiàn)稱為

5、量子數(shù))，(1)式斷言振子的能量只能是一份一份的，而不能是連續(xù)的，即振子能量是量子化的。②振子并不連續(xù)放射能量，僅能以"跳躍”方式放射，或稱'‘量子式”放射。當振子自一量狀態(tài)改變至另一態(tài)時，即放出能量量子。因此，當改變一個單位時，放射之能量為:只要振子仍在同一量子狀態(tài)，則既不放射能量也不吸收能量。2.2愛因斯坦利用量子假說揭開光電效應(yīng)之謎愛因斯坦根據(jù)普朗克的量子假設(shè)推理認為：如果一個振動電荷的能量是量子化的，那么它的能量變化只能是從一個允許的能量瞬時地躍遷到另一個允許的能量，因為根本不允許它具有任何中間的能量值。而能量守恒就意味著，發(fā)射出的輻射必須是以一股瞬時的輻射進發(fā)的形式從振動電

6、荷產(chǎn)生出來，而不是電磁波理論所預(yù)言的長時間的連續(xù)波。愛因斯坦得出結(jié)論：輻射永遠以一個個小包、小粒子的形式出現(xiàn),但不是象質(zhì)子、電子那樣的實物粒子。這些新粒子是輻射構(gòu)成的；它們是可見光粒子、紅外光粒子、射線粒子等等。這些輻射粒子叫做光子。光子和實物粒子不同：它們永遠以光速運動；它們的靜止質(zhì)量為零；振動的帶電粒子產(chǎn)生光子。3?量子力學的宇宙觀在原子的量子理論的探討中，從對氫原子的研究中發(fā)現(xiàn)，氫原子有無數(shù)個量子態(tài)。而電子多于一個的原子有更復(fù)雜的量子態(tài)，這些量子態(tài)都從求解適合于該特定原子的薛定銬方程，并且要求其場剛好環(huán)繞原子核產(chǎn)生駐波而求得。由于這些量子態(tài)的每一個都是有特定頻率的駐波，并且波的

7、頻率和它的能量相聯(lián)系，預(yù)期每個量子態(tài)只有一個特殊的能量。這就是說，預(yù)期任何一個態(tài)的能量不會有任何量子不確定性。可以對每個態(tài)的能量大小作合理的猜測。由于質(zhì)子作用于電子的力是吸引力，要把一個電子向外拖到離原子核更遠的地方就必須做功。因此電子離原子核越遠，電子的電磁能量就越高。量子理論的中心思想是，一切東西都由不可預(yù)言的粒子構(gòu)成，但這些粒子的統(tǒng)計行為遵循一種可以預(yù)言的波動圖樣。1927年，德國物理學家海森伯發(fā)現(xiàn)，這種波粒二象性意味著，微觀世界具有一種內(nèi)稟的，可以