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绪论 量子物理学百年回顾 一 19 世纪后期经典物理学的辉煌 模型:（1665-1685） 引力作用和三大定律 描述宏观物体的运动和作用: 地球上 物体运动 力 动量能量 交换等 天体运动 预言和发现海王星 天-地 统一起来 第 1 次物理理论大统一 实验表明：牛顿力学工作得很好 1 牛顿(1642-1727) 力学 200年发展 2 电磁学的统一 Maxwell 1864 电磁学方程组 很好地解释了电磁现象 预言存在电磁波 赫兹1888年发现了电磁波 证实了麦克斯韦的预言 第2次物理理论的统一：电磁光 3 热学形成系统理论框架 解释了许多热学现象 4 物质构造 原子分子论的建立 道尔顿 原子学说 1808 肯定原子存在 阿佛加德罗 分子假说 1811 门捷列夫 元素周期律 1872 对化学一次综合 光谱分析精确地指明化学元素名称 5 19世纪末物理学 辉煌篇章：牛顿力学和电磁学都已得到完满的说明 ，热学现象已有热力学定律予以说明，物质构造确 认了“基本砖块”-原子；物理学上两次大的综合和 统一，使古典物理学显示出形式上的完整。 陶醉 ：把物理学誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和 动人心弦美丽的庙宇”,科学大厦即将竣工，剩下的 只是将已经建立起来的原理用于解释自然界种种现 象，测准一些常数（小数点后第6位）或把一些定律 进行实际的应用。 6 问题与局限 19世纪古典物理学发展到了顶峰，但是 1）晴空中仍有 “两朵乌云”：紫外灾难 以太飘移 2）世纪末的新发现使古典物理学出现了“危机” 3）实际上人类对自然界的认识仅限于宏观和低速， 对于微观和高速、原子内部和宇观 不知或知之甚少！ 乌云和危机导致了物理学创新，产生了新的理论！ 二 观测尺度和认识 宇观 (107 m)宏观 ( m ) 介观 ( 10-9 m ) 微观(10-9 1026-1027 m 10-15 m 观测工具 三 20世纪物理学两个划时代的里程碑 狭义相对论-改变了牛顿力学的绝对时空观, 指明牛顿力学只适用于VC 量子力学 物体运动形式和规律的根本变革 适用于微观世界和一定条件下的某些宏观运 动（极低温下的超导、超流、Bose-Einstein 凝聚等）量子力学是历史上最成功、并且为 实验精确检验了的一个理论。 四 量子力学史 1、1925年 Wolfgang Pauli提出了不相容原理， 为周期表奠定了理论基础 2、1925年 Werner Heisenberg, Max Born, and Pascual Jordan 提出了量子力学的第一个版本，矩阵力 学。人们终于放弃了通过系统整理可观察的谱 线来解释原子中电子的运动这一历史目标。 3、1926年 Erwin Schrdinger 提出了量子力学的 第二种形式，波动力学。其实质和矩阵力学 是等价的。 4、1926年 Enrico Fermi and Paul A. M. Dirac 提出了 新的统计规律， Fermi Dirac统计。 5、1927年Heisenberg阐明测不准原理。 6、1928年Paul A.M. Dirac提出了相对论性的 波动方程用来描述电子，解释了电子的自旋并 预测了反物质。 7、 Dirac提出电磁场的量子描述，建立了量 子场论的基础。 8、Bohr提出互补原理（一个哲学原理），试 图解释量子理论中一些明显的矛盾，特别是波 粒二象性。 量子论和量子力学对社会、哲学、技术和经济带 来的巨大影响 没有量子论就不可能有半导体、集成电路、激 光和信息科学。（周光召） 量子论和相对论的诞生堪称本世纪最伟大的 科学革命。（路甬祥） 展望未来 一个世纪前，我们所理解的物质世界是经 验性的；20世纪，量子力学给我们提供了一个 物质和场的理论，它改变了我们的生活。 展望21世纪，量子力学将继续为所有的科 学提供基本的观念和重要的工具。我们作这样 自信的预测是因为量子力学为我们周围的世界 提供了精确的完整的理论；然而，今日物理学 与1900年的物理学有很大的共同点：它仍旧保 留了基本的经验性，我们不能预测组成物质的 基本要素的属性，仍然需要测量它们。无论结 果如何，从科学的黎明时期就开始的对自然的 终极理解之梦将继续成为新知识的推动力。从 现在开始，不断地追求这个梦，其结果将使我 们所有的想象成为现实