簡(jiǎn)述量子力學(xué)的發(fā)展

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1、簡(jiǎn)述量子力學(xué)發(fā)展摘要:量子力學(xué)是研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)科，屬于研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分支。它的主要研究對(duì)象是分子、原子、凝聚態(tài)物質(zhì)，此外還有原子核結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等基礎(chǔ)性理論。它同相對(duì)論共同構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)，量子力學(xué)除了在近代物理學(xué)方面起著基礎(chǔ)性作用，同時(shí)在化學(xué)等相關(guān)學(xué)科以及很多近現(xiàn)代技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。通過量子力學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)以及相互作用的原理的了解發(fā)生了質(zhì)的變化。通過量子力學(xué)，很多之前無(wú)法解釋的現(xiàn)象得到了真正的解釋，新的現(xiàn)象也被精準(zhǔn)的預(yù)言出來(lái)，因?yàn)橥ㄟ^量子力學(xué)的精確計(jì)算，以及精確的實(shí)驗(yàn)證明，很多之前

2、無(wú)法觸及的領(lǐng)域漸漸清晰明朋。量子力學(xué)發(fā)展前景廣闊，在許多機(jī)器中，量子隧道的效應(yīng)已經(jīng)發(fā)展成事實(shí)，如閃光存儲(chǔ)片中可以通過量子隧道效應(yīng)完成清除存儲(chǔ)單元的工作。雖然量子力學(xué)主要是在物質(zhì)的原子范疇內(nèi)被廣泛應(yīng)用，但是很多大型系統(tǒng)也正在或?qū)?huì)運(yùn)用到量子效應(yīng)。關(guān)鍵詞：量子力學(xué);物理;微觀;發(fā)展;應(yīng)用一、舊量子論的產(chǎn)生和發(fā)展由于人們?cè)谑?、十七世紀(jì)對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律已有了比較系統(tǒng)、比較完整的了解，經(jīng)過伽里略、牛頓等科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)和推理，從而產(chǎn)生了物理學(xué);到了十八世紀(jì)，物理學(xué)迅速地向前發(fā)展，以牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)，先后形成了熱學(xué)和分子運(yùn)動(dòng)論、

3、電磁學(xué)理論。到了十九世紀(jì)中期，形成了完整的、系統(tǒng)的經(jīng)典物理學(xué)理論體系。運(yùn)用這種經(jīng)典理論，人們成功地解釋了許多物理現(xiàn)象，解決了不少生產(chǎn)實(shí)際問題。由于經(jīng)典物理學(xué)在發(fā)展過程中幾乎沒有遇到什么重大難題，因而當(dāng)時(shí)有許多物理學(xué)家錯(cuò)誤地認(rèn)為經(jīng)典物理學(xué)理論是物理學(xué)的“最終理淪”，往后沒有什么重大的工作可做了，只是解一下微分方程和對(duì)具體問題進(jìn)行解釋。但是，也就是在物理學(xué)家舉杯慶賀經(jīng)典物理學(xué)取得輝煌成就的時(shí)候，在經(jīng)典物理學(xué)晴朗的天空中，不斷出現(xiàn)了幾朵“烏云”—經(jīng)典理論無(wú)法解釋的實(shí)驗(yàn)事實(shí)。其中最著名的是開耳芬稱之為“第一號(hào)烏云”的邁克爾遜—莫雷

4、實(shí)驗(yàn)與“第二號(hào)烏云”的黑體輻射實(shí)驗(yàn)，此外還有光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)和原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律等。當(dāng)時(shí)大多數(shù)物理學(xué)家都希望并且相信，能用經(jīng)典物理學(xué)理論驅(qū)散這些“烏云”。結(jié)果發(fā)現(xiàn)上述的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，用經(jīng)典物理學(xué)理論無(wú)法解釋，號(hào)稱“完美無(wú)缺”的經(jīng)典物理學(xué)開始破產(chǎn)，人們?cè)趯?duì)“第一號(hào)烏云”的研究中，引出了狹義相對(duì)論，而在對(duì)“第二號(hào)烏云”的研究中，引出了量子理論。人們從日常經(jīng)驗(yàn)知道，一個(gè)物體(固體或液體)溫度升高時(shí)，會(huì)向四周放射熱量，這種現(xiàn)象叫做“熱輻射”。在十九世紀(jì)后半期，由于熱機(jī)廣泛使用，電照明的需要和冶金技術(shù)的變革，引起了熱輻射的研究，發(fā)現(xiàn)了絕對(duì)黑

5、體(置于溫度恒定的熱槽中的開有一個(gè)小孔的金屬封閉空腔輻射能量隨波長(zhǎng)而變化的實(shí)驗(yàn)曲線。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)曲線面前，為了解答輻射能量分布隨不同的波長(zhǎng)而異，許多物理學(xué)家都力圖從經(jīng)典物理學(xué)理論出發(fā)推導(dǎo)出黑體輻射的具體能譜分布公式，維恩、端利一金斯等就是其中的幾個(gè)。1893年，德國(guó)物理學(xué)家維恩(Wien)應(yīng)用經(jīng)典物理學(xué)的熱學(xué)理論創(chuàng)立了一種黑體輻射能量的理論，他所提出的公式可以較準(zhǔn)確地描述輻射能量在光譜紫端的分布情況，但不適用于波長(zhǎng)較大的紅端。另一方面，英周物理學(xué)家端利和金斯川根據(jù)經(jīng)典電磁理淪和經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論的能量均分定理研究出了能夠，描述光譜

6、紅端的輻射能量分布的方程，但卻完全不適用于紫端。總之，當(dāng)時(shí)根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)創(chuàng)立的最好理論只能解釋光譜的這一半或那一半的能量分布情況，而無(wú)法同時(shí)適用于整個(gè)光譜。這些理論在解釋黑體輻射能譜問題上的失玫，便開始動(dòng)搖了人們對(duì)經(jīng)典物理學(xué)的迷信，迫使人們不得不提出一些新的假設(shè)。量子力學(xué)是研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)科，屬于研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分支。它的主要研究對(duì)象是分子、原子、凝聚態(tài)物質(zhì)，此外還有原子核結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等基礎(chǔ)性理論。它同相對(duì)論共同構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)，量子力學(xué)除了在近代物理學(xué)方面起著基礎(chǔ)性作用，同時(shí)在化學(xué)等相關(guān)學(xué)科以及

7、很多近現(xiàn)代技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。二十世紀(jì)初，物理學(xué)方面最大的突破一個(gè)是愛因斯坦提出的狹義相對(duì)論，另一個(gè)就是德國(guó)科學(xué)家普朗克所提出的量子概念。量子概念是普朗克在1900年首先提出的，繼而在1925年到1926年，海森伯和薛定愕最終確立了量子力學(xué)，從而解決了原子物理等高深理論的基本問題，取得成功。隨后，量子力學(xué)向著兩個(gè)方向進(jìn)一步發(fā)展，一個(gè)是更小的尺度應(yīng)用，如原子以下的尺度，原子核物理學(xué)就是在其引導(dǎo)下廣泛發(fā)展的，進(jìn)而發(fā)展為現(xiàn)在的基本粒子物理學(xué)。因此可以說，量子力學(xué)在人類對(duì)物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)方面起著至關(guān)重要的作用，促使人們的眼光從宏觀層次

8、跨進(jìn)微觀層次。而另一個(gè)發(fā)展方向就是更大尺度的應(yīng)用，例如分子問題，即量子化學(xué)相關(guān)問題。此外還有固體物理和凝聚態(tài)物理的相關(guān)問題。從研究對(duì)象的尺度來(lái)說范圍也逐漸擴(kuò)大，從固體物理到地球物理、行星物理，最后延伸到夭體物理和宇宙物理。二、德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)一物質(zhì)的波粒二象性在前面談到，為了解釋原子的分立的線狀光譜