量子力學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展

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1、量子力學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展胡毅材料物理0211014概述量子力學(xué)是描述微觀世界結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與變化規(guī)律的物理科學(xué)。它是20世紀(jì)人類文明發(fā)展的一個(gè)重大飛躍，量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了一系列劃時(shí)代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)發(fā)明，對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步做出重要貢獻(xiàn)。量子革命的導(dǎo)火線輻射問題熱的物體發(fā)光，越熱發(fā)出的光越明亮。光譜的范圍很廣，當(dāng)溫度升高時(shí)，光譜的峰值從紅線向黃線移動(dòng)，然后又向藍(lán)線移動(dòng)經(jīng)典理論遇到的困難結(jié)合熱力學(xué)和電磁學(xué)的概念似乎可以對(duì)光譜的形狀作出解釋，不過所有的嘗試均以失敗告終。普朗克的輻射量子假說德國(guó)物理學(xué)家普朗克為了解釋熱輻射能譜提出了一個(gè)大膽的

2、假設(shè)：在熱輻射的產(chǎn)生與吸收過程中能量是以hV為最小單位，一份一份交換的。這個(gè)能量量子化的假設(shè)不僅強(qiáng)調(diào)了熱輻射能量的不連續(xù)性，而且與輻射能量和頻率無關(guān)由振幅確定的基本概念直接相矛盾，無法納入任何一個(gè)經(jīng)典范疇。光量子說著名科學(xué)家愛因斯坦經(jīng)過認(rèn)真思考，于1905年提出了光量子說。1916年美國(guó)物理學(xué)家密立根發(fā)表了光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了愛因斯坦的光量子說。玻爾的假設(shè)原子中的電子只能在分立的軌道上運(yùn)動(dòng)，原子具有確定的能量，它所處的這種狀態(tài)叫“定態(tài)”。原子發(fā)光過程不是經(jīng)典輻射，是電子在不同的穩(wěn)定軌道態(tài)之間的不連續(xù)的躍遷過程，光的頻率由軌

3、道態(tài)之間的能量差A(yù)E＝hV確定，即頻率法則。玻爾原子理論的成功之處解釋了氫原子分立光譜線解釋了化學(xué)元素周期表，導(dǎo)致了72號(hào)元素鉛的發(fā)現(xiàn)，引發(fā)了一系列的重大科學(xué)進(jìn)展康普頓效應(yīng)經(jīng)典波動(dòng)理論：靜止物體對(duì)波的散射不會(huì)改變頻率康普頓效應(yīng)：1923年4月美國(guó)物理學(xué)家康普頓發(fā)表了X射線被電子散射所引起的頻率變小現(xiàn)象不相容原理原子中不能有兩個(gè)電子同時(shí)處于同一量子態(tài)。這一原理解釋了原子中電子的殼層結(jié)構(gòu)。這個(gè)原理對(duì)所有實(shí)體物質(zhì)的基本粒子（通常稱之為費(fèi)米子，如質(zhì)子、中子、夸克等）都適用，構(gòu)成了量子統(tǒng)計(jì)力學(xué)———費(fèi)米統(tǒng)計(jì)的基點(diǎn)。德布羅意關(guān)系1924年

4、，法國(guó)物理學(xué)家德布羅意提出了表達(dá)波粒二象性的愛因斯坦———德布羅意關(guān)系：E＝hV，p＝h／入，將表征粒子性的物理量能量、動(dòng)量與表征波性的頻率、波長(zhǎng)通過一個(gè)常數(shù)h相等。數(shù)學(xué)描述———矩陣力學(xué)1925年，德國(guó)物理學(xué)家海森伯和玻爾，建立了量子理論第一個(gè)數(shù)學(xué)描述———矩陣力學(xué)。數(shù)學(xué)描述——波動(dòng)力學(xué)1926年，奧地利科學(xué)家提出了描述物質(zhì)波連續(xù)時(shí)空演化的偏微分方程———薛定愕方程，給出了量子論的另一個(gè)數(shù)學(xué)描述——波動(dòng)力學(xué)物理學(xué)家將矩陣力學(xué)與波動(dòng)力學(xué)統(tǒng)一起來，統(tǒng)稱量子力學(xué)。總結(jié)量子力學(xué)在低速、微觀的現(xiàn)象范圍內(nèi)具有普遍適用的意義。它是現(xiàn)代物理

5、學(xué)基礎(chǔ)之一，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的表面物理、半導(dǎo)體物理、凝聚態(tài)物理、粒子物理、低溫超導(dǎo)物理、量子化學(xué)以及分子生物學(xué)等學(xué)科的發(fā)展中，都有重要的理論意義。量子力學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展標(biāo)志著人類認(rèn)識(shí)自然實(shí)現(xiàn)了從宏觀世界向微觀世界的重大飛躍。