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量子力学的产生与发展 胡毅 材料物理 0211014 概述 量子力学是描述微观世界结构、运动与 变化规律的物理科学。它是20世纪人类 文明发展的一个重大飞跃，量子力学的 发现引发了一系列划时代的科学发现与 技术发明，对人类社会的进步做出重要 贡献。 量子革命的导火线 辐射问题 热的物体发光，越热发出的光越明亮。 光谱的范围很广，当温度升高时，光谱 的峰值从红线向黄线移动，然后又向蓝 线移动 经典理论遇到的困难 结合热力学和电磁学的概念似乎可以对 光谱的形状作出解释，不过所有的尝试 均以失败告终。 普朗克的辐射量子假说 德国物理学家普朗克为了解释热辐射能 谱提出了一个大胆的假设：在热辐射的 产生与吸收过程中能量是以hV为最小单 位，一份一份交换的。这个能量量子化 的假设不仅强调了热辐射能量的不连续 性，而且与辐射能量和频率无关由振幅 确定的基本概念直接相矛盾，无法纳入 任何一个经典范畴。 光量子说 l著名科学家爱因斯坦经过认真思考，于 1905年提出了光量子说。 l1916年美国物理学家密立根发表了光电 效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量 子说。 玻尔的假设 l原子中的电子只能在分立的轨道上运动 ，原子具有确定的能量，它所处的这种 状态叫“定态”。 l原子发光过程不是经典辐射，是电子在 不同的稳定轨道态之间的不连续的跃迁 过程，光的频率由轨道态之间的能量差 AEhV确定，即频率法则。 玻尔原子理论的成功之处 l解释了氢原子分立光谱线 l解释了化学元素周期表，导致了72号元 素铅的发现， l引发了一系列的重大科学进展 康普顿效应 l经典波动理论：静止物体对波的散射不 会改变频率 l康普顿效应：1923年4月美国物理学家康 普顿发表了X射线被电子散射所引起的频 率变小现象 不相容原理 原子中不能有两个电子同时处于同一量 子态。这一原理解释了原子中电子的壳 层结构。这个原理对所有实体物质的基 本粒子（通常称之为费米子，如质子、 中子、夸克等）都适用，构成了量子统 计力学费米统计的基点。 德布罗意关系 1924年，法国物理学家德布罗意提出了 表达波粒二象性的爱因斯坦德布 罗意关系：EhV，ph入，将表征 粒子性的物理量能量、动量与表征波性 的频率、波长通过一个常数h相等。 数学描述矩阵力学 1925年，德国物理学家海森伯和玻尔， 建立了量子理论第一个数学描述 矩阵力学。 数学描述波动力学 l 1926年，奥地利科学家提出了描述物质 波连续时空演化的偏微分方程薛 定愕方程，给出了量子论的另一个数学 描述波动力学 l 物理学家将矩阵力学与波动力学统一 起来，统称量子力学。 总结 量子力学在低速、微观的现象范围内具有普遍 适用的意义。它是现代物理学基础之一，在现 代科学技术中的表面物理、半导体物理、凝聚 态物理、粒子物理、低温超导物理、量子化学 以及分子
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