量子力学基础1.ppt

1 德布罗意 1923年 法国物理学家路易斯 德布罗意 LouisVictorDeBroglie 1892 1987 在权威的英国 哲学研究 杂志上发表论文 提出了物质波的概念和理论 把量子论发展到一个新的高度 德布罗意本来是学历史的 他从大学毕业后 却没有在历史学领域进行更多的研究 因为他的兴趣已经强烈地转向物理方面 德布罗意家族的历史悠久 家族继承着最高世袭身份的头衔 公爵 王子的爵号 他的哥哥 莫里斯 德布罗意是一位著名的射线物理学家 参加了1911年的布鲁塞尔物理会议 女巫盛宴 将会上关于量子理论激烈的争论告诉了德布罗意 德布罗意对科学的热情被完全地激发出来 并立志把一生奉献给这一令人激动的事业 2 德布罗意刚下定决心开始对理论物理的研究 不久 第一次世界大战 1914 1918年 就爆发了 他便服兵役上了前线 被分派了一个无线电技术人员的工作 德布罗意思路一开立即拓出一片新的天地 1923年他接连发表三篇论文 提出 物质波 的新概念 直到1922年他才重回哥哥的实验室继续中断许久的研究 在长期思考后 他渐渐地生成了一个大胆的思想 爱因斯坦的光量子理论应该推广到一切物质粒子 特别是电子 3 1924年 他写出博士论文 关于量子理论的研究 更系统地阐述了物质波理论 可以说是当时物理学界一个独一无二的新观点 许多人看了文章都摇头 德布罗意的导师朗之万也不相信这种观念 只不过觉得这篇论文写得很有才华 才让他得到博士学位 朗之万对这件事总是不放心 也不知他的这个学生到底该算是个才子还是个疯子 便将论文稿寄给爱因斯坦审阅 爱因斯坦真不愧为一个理论物理大师 他刚读完文章就拍案叫绝 并立即向物理学界的几个大人物写信 吁请对这个新思想给予关注 请读一读这篇论文吧 这可能是一个疯子写的 但只有疯子才有这种胆量 爱因斯坦 美学的 宇宙观 和谐 对称 4 对于质量为m 以速度v运动的实物粒子 光子动量 光子质量 4粒子的波动性 让我们在心里读两遍 光的波粒二象性 德布罗意根据对称性思想提出了物质波假设 认为波粒二象性不是光独有的特性 一切实物粒子都有波粒二象性 德布罗意 物质波 波长 1 德布罗意物质波假设 5 德布罗意物质波的实验验证 1927年戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单晶 电子束被散射 其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释 从而验证了物质波的存在 同年汤姆逊实验证明了电子在穿过金属片后也象X射线一样产生衍射现象 电子的衍射实验证明了德布罗意关系的正确性 德布罗意在1924年论文答辩时 当时著名的科学家J B Perrin问他 这些波怎样用实验来证实呢 德布罗意回答 用晶体对电子的衍射实验可以做到 6 纽约贝尔电话实验室研究人员戴维逊 长期以来和助手革末做电子轰击金属的实验 这天二人正在做实验 忽然一只盛放液态空气的瓶子倒地炸裂 实验用的金属靶子是置于真空条件下的 现在液态空气立即气化 弥漫全室 钻进了真空系统 那块当靶子的钝锌板立即就被氧化 他们只好连夜加班 将这块锌板换下来又是加热 又是洗刷 费力地将锌板表面的氧化膜去乾净 再装回真空容器里 第二天 戴维逊和革末又来到实验室 他们将仪器安置好后又开始了那个不知重复了多少次的实验 戴维逊扳动开关将电流直向锌板射去 一边喊革末调整一下锌靶的角度 革未将锌靶轻轻转了一个角度 戴维逊却吃惊地喊道 见鬼 今天怎么连电子也学会与我绕弯子 真实的历史 7 这种现象很像一束波绕过障碍物时发生的衍射 但是电子明明是粒子啊 它怎么能有波的性质呢 二人又将这个实验重复了多遍 仍然如此 他们就这样百思不得其解 在闷葫芦里一直闷了两年 两年后的夏天 戴维逊访问英国 遇到著名的物理学家玻恩 戴维逊将那个在肚子里憋了两年的问题提了出来 玻恩一听戴维逊如此这般地描述 便喜不自禁 也不顾是与客人初次见面 突然在对方肩上拍了一把 大声说道 朋友 您已经撞开了上帝的大门 光有波粒二象性 一切物质微粒也有波粒二象性 电子也不例外 这正是欧洲大陆上近年来最新的理论 可惜这个假设还从没有人来验证 想不到证据却操在你的手里 8 法国人德布罗意 本是学文科的 半路出家投身物理 但也正因此他没有我们同行中惯有的旧框子 所以倒捷足先登 他不但提出假设 还推出公式 能具体地求出粒子的波长呢 他的论文发表在法国科学院会议周报上和英国的 哲学杂志 上 您可以仔细研究一下 这两个科学家越谈越有劲 而戴维逊心里已在悄悄地说 只今天这一席谈话我就不虚此行了 拜会过玻恩之后戴维逊已无心再到哪里转了 便草草结束了这次访问 他回到美国后 重做了两年前的实验 果然与德布罗意的预言和计算完全一致 原来两年前的那次液态气瓶爆裂帮了他的大忙 他和革末对锌板加热 洗刷后 锌板就变成了单晶体 而任何一种波经过晶体 都会生成强度周期性的变化现象 他们真是因祸得福 9 戴维孙 革末实验 电子束在晶体表面上散射的实验 观察到和X射线衍射类似的电子衍射现象 首先证实了电子的波动性 计算的理论值与实验值基本符合 证明了德布罗意物质波的存在 10 汤姆逊电子衍射实验 以后 大量实验事实证明 电子 原子甚至分子等实物粒子都具有波粒二象性 11 德布罗意因对实物波动性的发现而获1929年的诺贝尔物理学奖 戴维逊和汤姆逊因验证电子的波动性分享1937年的诺贝尔物理学奖 12 物质波的一个最重要的应用就是电子显微镜 德布罗意的发现意味着如果能找到使电子束聚集的方法 就能将其用来放大物像 第一台电子显微镜是由德国鲁斯卡 E Ruska 1932年研制成功 荣获1986年诺贝尔物理奖 从波动光学可知 由于显微镜的分辨本领与波长成反比 光学显微镜的最大分辨距离大于0 2 m 最大放大倍数也只有1000倍左右 自从发现电子有波动性后 电子束德布罗意波长比光波波长短得多 而且极方便改变电子波的波长 这样就能制造出用电子波代替光波的电子显微镜 最大放大倍数已经达到150万倍 13 透射式电子显微镜 近几年来 一种新型的扫描电子显微镜 逐步发展起来 磁聚焦 磁场成了一个透镜电子变成了光 14 1 质量为10克的小球以100m s 1的速度运动 2 质子以1 0 104m s 1的速度运动 3 自由电子的动能为54eV 例题 求下列情况下的物质波波长 解 根据德布罗意公式 观测不到 15 对于宏观粒子来说 波长非常小以至很难观测到 宏观物体的运动几乎不显示波动性 可以过渡到经典物理 例如第一种情况 在第二种和第三种情况中 波长与X射线的波长相当 所以微观粒子的波动性不可忽略 观察其衍射需要利用晶体 结论 16 一切物质 包括光和实物粒子 都具有波粒二象性 这一概念的提出及其被实验事实所证实 揭示了物质世界所具有的普遍属性 量子论 翻开 波粒统一 一页 概率波 怎样理解波粒二象性 物质波的本质 怎样把粒子性 颗粒性 集中于一点 与波动性 连续性 扩展于空间 统一起来 17 2概率波 关于 波粒统一 历史上两种典型的看法 一 把微观粒子看作是经典粒子和经典波的混合体 1 粒子是由波组成的 把粒子看作是由很多波组成的波包 但波包在媒质中要扩散 消失 和粒子性矛盾 2 波是由粒子组成的 认为波是大量粒子组成的 波动性是大量粒子相互作用而形成的 但这和单个粒子就具有波动性相矛盾 18 如果减弱入射电子束的强度 使电子一个一个依次通过双缝 当电子数很少时 呈现的是杂乱的点 说明电子确实是粒子 电子到达何处完全是无规律的 则随着电子的积累 将逐渐显示衍射图样 有规律 当电子数很多时 就显示出明晰的条纹 与大量电子在短时间内通过双缝后形成的条纹相同 电子逐个穿过双缝的衍射实验 一个电子在许多次相同实验中的统计结果 19 什么是统计规律性 大量偶然 无规律 事件从整体上反映出来的一种规律性 尽管单个电子的运动是无规律的 但是大量电子在一定的条件下呈现出统计规律性 如双缝 粒子性 波动性 二 概率波 玻恩认为 德布罗意波是一种概率波 并且通过统计性把波和粒子两个截然不同的经典概念联系起来 20 1 波函数 引入能体现微观粒子 波粒二象性 的波函数 玻恩假定 t时刻 粒子在空间r处的单位体积中出现的概率 又称为概率密度 1 时刻t 粒子在空间r处dV体积内出现的概率 2 归一化条件 粒子在整个空间出现的概率为1 概率波给出的结果服从统计规律性 它不能预言粒子必然在哪里出现 只能预言粒子出现的概率 用波函数完全描述量子状态是量子力学的基本假设之一 21 玻恩的波函数的概率解释 量子力学的基本原理之一 基本假设 MaxBorn荣获1954年NobelPrize forhisfundamentalresearchinquantummechanics especiallyforhisstatisticalinterpretationofthewavefunction 玻恩经常组织学术活动 每周一次的 物理结构讨论班 吸引了大批学生 讨论班的形式是活泼的 不拘礼节 允许争论 20年代先后参加讨论班的主要成员有泡利 海森堡 奥本海默 康普顿 狄拉克等 这个讨论班对来量子力学的发展有决定性的作用 玻恩吸引学生的一个重要原因是他的亲切 他经常和学生打成一片 一起参加散步 野餐 讨论各类问题 MaxBorn72岁获NobelPrize 22 玻恩于1924年率先提出 量子力学 这一专业术语 随后奠定了量子力学的几率诠释 确立了非决定论的思想 玻恩对波函数作出的统计解释导致了科学思想的一次重大革命 实现了人类认识史上的又一次飞跃 非决定论的思想成为现代以系统辩证性思维方式为特征的思维方式的重要组成部分 它对信息论 控制论 耗散结构理论 模糊数学和灰色系统理论等的提出都产生了一定的影响 迟到了22年的荣誉 但1932年瑞典皇家科学院把诺贝尔物理学奖授予海森堡 却没把同样的荣誉授予他的老师和合作者 波函数统计解释的创始人玻恩 这使很多人大为吃惊 好在瑞典皇家科学院终于在1954年弥补了这一缺憾 只是这一年 玻恩都已经72岁了 23 但是 波函数的统计解释或者说几率波概念只是从现象上为人们提供了一种描述方法 或者说只是提供了一个唯象的解释 并没有从本质上说明问题 因而量子力学只是一个唯象的理论 它虽然取得了令人信服的辉煌成就 但由于它的理论基础 物质的波粒二象性的本质问题没有解决 所以从某种意义上说 整个量子力学就像是辉煌壮丽的空中楼阁 关于量子力学的完备性问题物理学家们已经争论了几十年 现在还处于喋喋不休的争论之中 24 量子论 翻开 苦涩 一页 海森堡 不确定关系 经典物理 由t 0时粒子坐标 动量 任意t时粒子坐标 动量 粒子的轨道 经典的决定论 人们很自然地用描写宏观粒子的方法 坐标 动量 去描述微观粒子 然而统计解释的非决定论必然导致 25 海森伯是二十世纪另一位大物理学家 1925年23岁时在德国 物理学杂志 上发表一篇论文 题目是 关于运动学和动力学的量子力学解释 海森伯认为量子力学的问题不能直接用不可观测的轨道来表述 应该采用跃迁几率这类可以观测的量来描述 引导了量子力学的发展 有人说这是三百年来物理学史上继牛顿的 数学原理 以后影响最深远的一篇文章 可是这篇文章只开创了一个摸索前进的方向 此后两年间还要通过玻恩 狄拉克 薛定谔 玻尔等人和海森伯自己的努力 量子力学的整体架构才逐渐完成 量子力学使物理学跨入崭新的时代 核能发电 核武器 激光 半导体元件等都是量子力学的产物 为了表彰在建立量子力学中的重大贡献 海森伯获得1932年诺贝尔物理学奖 26 海森伯所有的文章都有一共同特点 朦胧 不清楚 有渣滓 读了海森伯的文章 你会惊叹他的独创力 然而又觉得很难弄清楚他究竟想说些什么 狄拉克的文章给人 秋水文章不染尘 的感受 而海森伯的文章完全不同 二者对比清浊分明 1 海森伯当时的工作 后人的评价 2 海森伯学术研究 1927年海森伯首先提出了测不准原理 两个确定微观粒子运动的参数 位置和速度 不过 任何时候也不可能同时准确地确定这两个参数 如果进行实验测量 如精确地测定粒子在特定时刻所处的位置 那么运动即遭到破坏 以致以后不可能重新找到该粒子 反之 如果精确地测出它的速度 那么它的位置图象就完全模糊不清 27 微观粒子具有物质波的波动性且不可忽略 其运动不可用准确的坐标 动量 轨道来描述 据说海森伯1927年从云室中观察到电子轨迹粗大而发现了电子坐标是不确定的 电子枪 3不确定度关系 测不准原理现在称不确定关系 电子径迹 1 坐标和动量的不确定关系 28 海森伯认为 一定是电子的位置存在着某种不确定关系 海森伯通过对电子单缝衍射等若干 理想 实验的分析研究后 提出了微观粒子的不确定关系 单缝衍射实验如右图所示 a是单缝宽度 是衍射角 P为衍射电子动量 根据光的衍射规律 单缝衍射强度最小的条件是 对单个粒子来说 穿过狭缝后可以在衍射角范围内到达屏上的任何位置 29 由于电子的波动性 我们只知电子穿过了狭缝 但无法准确测定它通过狭缝的那一点和到达屏上的那一位置 两个 不确定 如果用坐标x和动量Px来描述单个电子在x方向的运动状态 那么狭缝的宽度a就是电子坐标的不确定量 即 无法准确测定它通过狭缝的那一点 无法准确测定它到达屏上的那一位置 可以决定电子的动量Px的不确定量 电子的动量Px在零与Psin 之间 而无法确定其量值 即电子动量Px的不确定量 30 以代入上述单缝衍射公式得 无法准确测定它通过狭缝的那一点 无法准确测定它到达屏上的那一位置 称为不确定关系式 它对所有微观粒子都适用 量子力学公式 31 该式说明 对微观粒子的坐标和动量不可能同时进行准确的测量 如果坐标测量得越准确 则动量测定的偏差就越大 反之亦然 2 能量和时间的不确定关系 原子光谱线都有一定的频率宽度 说明原子能量有一个不确定量 E 原子处于某激发态存在一个平均寿命 平均发光时间 说明原子处于激发态的时间也有一个不确定量 t 能量和时间的不确定关系是 该式说明 对微观粒子的能量和时间不可能同时进行准确的测量 32 牛顿力学的适用度 在相对论力学中 真空中的光速c是实物粒子运动的上限 同时也是能量和信息传播速度的上限 这个常数c为我们提供了相对论和非相对论考虑问题的判据 当速度比光速小得多时 非相对论理论已足够精确了 在这种情况下 牛顿力学是非常适用的 当速度与光速可相比拟时 相对论效应十分明显 在这种情况下 牛顿力学不再适用 33 在研究微观粒子的运动规律时 是否也存在一个类似的判据和一个类似与光速c那样的自然常数 使之成为量子物理和非量子物理处理问题的判据呢 这个判据和常数就是不确定关系和普郎克常数h 在一个物理体系中 若具有h量纲的任何动力学变量用h来量度都非常大 非量子物理定律已足够精确 如果可与h相比拟 则必须用量子方法来处理 讨论 不确定关系中h的重要性 h 0使得不确定关系在微观世界成为一个重要的规律 但h很小使不确定关系在宏观世界不能得到直接体现 当h 0时 量子物理 经典物理 对应原理 34 由于 根据不确定性关系得 解 枪口直径可以当作子弹射出枪口时位置的不确定量 x 和子弹飞行速度每秒几百米相比 这速度的不确定性是微不足道的 所以子弹的运动速度是确定的 例 设子弹的质量为0 01 枪口的直径为0 5 试求 子弹射出枪口时的横向速度的不确定量 35 例 原子的线度为10 10m 求原子中电子速度的不确定量 照牛顿力学计算 氢原子中电子轨道运动速度约为106m s 与上面的速度不确定量同数量级 所以 对原子范围的电子 讨论其速度进而讨论其轨道是没有实际意义的 解 说 电子在原子中 就意味着电子位置的不确定量为10 10m 由不确定关系可得 36 量子论 翻开 理性 快速发展 的一页 薛定谔方程 应该不仅有波函数来描述物质波 波还需要传播方程 物质波假设 粒子的波动性 让我们在心里读两遍 37 薛定谔1933年度诺贝尔物理学奖 薛定谔认为德布罗意的讨论方式过于简单 为了正确处理波 应当有一个波动方程 于是 薛定谔开始认真考虑物质波的可能形式 以及它所遵循的传播方程 薛定锷的特长是数学很好 像牛顿总结伽利略 开普勒的成果 麦克斯韦总结法拉第的成果一样 立即用数学公式将德布罗意的思想又提高了一层 得出一个著名的 薛定锷方程 德布罗意假设一提出 当时大部分物理学家都抱着试试看的态度 其中有一个奥地利物理学家薛定锷 1887 1961 在维也纳大学任教 当时在维也纳大学主持物理学术活动的教授德拜建议他把这个假设拿到学生中去讨论 他很不以为然 只是出于礼貌 才勉强答应下来 可是当他为讨论准备介绍报告时 立即被德布罗意的思想抓住了 38 薛定谔在接下来的两周里 仔细的读了一下德布罗意的 博士论文 其实从内容上来讲也许根本就用不上 仔细 二字 这篇论文只不过一页纸多一点 通篇提出的式子也不过就两个而已 并且其原型是已经在爱因斯坦发表的论文中出现过的 两周之后 薛定谔硬着头皮在seminar上讲了一下这篇论文的内容 讲者不懂 听者自然也是云里雾里 而德拜则做了一个客气的评价 两周以后 薛定谔再次在seminar上讲解德布罗意的论文 并且为德布罗意的 波 找了一个波动方程这个方程就是著名的 薛定谔方程 这个年轻人的观点还是有些新颖的东西的 当然也许他需要更深入一步 比如既然提到波的概念 那么总该有一个波动方程吧 并且 德拜建议薛定谔做一做这个工作 在两周以后的seminar上再讲一下 39 在量子力学中 微观粒子的运动状态由波函数来描写 状态随时间的变化遵循着一定的规律 1926年 薛定谔在德布罗意关系和态叠加原理的基础上 从波函数入手建立了微观粒子的波动微分方程 即薛定谔方程 薛定谔方程是量子力学中的又一基本方程 当初薛定谔就是通过 猜 加 凑 得到的 5薛定谔方程 40 1 波函数 自由粒子沿x方向运动 能量 E动量 P 复函数 猜 加 凑 在波函数中成功地引进了描写粒子性的物理量 E P 41 波函数对x取二阶偏导数 对t取一阶偏导数可以得到自由粒子沿x方向运动的薛定谔方程为 由麦克斯韦电磁场方程组可解出一维情形电磁波波动方程 猜 加 凑 类比 42 2 定态薛定谔方程 定态是指粒子的概率密度 能量不随时间变化的状态 自由粒子在稳定势场中运动是定态问题 微观粒子作定态运动 可对波函数分离变量 令 其中 得到 43 代入上式可得 若粒子在稳定势场中运动 则 代入上式得 对任意的x t都成立 44 薛定谔方程是量子力学中的一个基本方程 也是量子力学的一个基本假定 其正确性只能靠实验来检验 教材 17 45 三维非相对论定态薛定谔方程 一维非相对论定态薛定谔方程 考虑 45 注意 作为方程解的波函数 满足叠加原理 2 从数学上来说 对于任何能量E的值 方程都有解 但不是对所有E值的解都能满足物理上的要求 一般而言 作为有物理意义的波函数 方程的解必须是单值的 有限的和连续的 这就波函数的标准条件 根据这些条件 从薛定谔方程自然而然就能得到微观粒子的重要特征 量子化条件 在当今材料科学领域中 电子体系的薛定谔方程决定着材料的电导率 金属的热导率 超导电性 能带结构 磁学性能等等 1 薛定谔方程是线性微分方程 46 3 薛定谔方程的简单应用 1 一维无限深势阱 质量为m的粒子在一维无限深势阱中运动 满足 自由电子在金属内部的运动可以看成自由的 但要逸出金属表面 就必须克服正电荷的吸引力而作功 逸出功 这相当于在金属的表面处电子的势能突然增大 因此 自由电子在金属内的运动就相于粒子在势阱中运动 粗略分析 可以用无限深势阱这一图象 47 粒子在势阱内受力为零 势能为零 在阱外势能为无穷大 在阱壁上受极大的斥力 由一维定态薛定谔方程 粒子只可能在阱内运动 根据波函数的标准化条件 在边界上 在阱内粒子势能为零 满足 U x 0 48 令 通解 由边界条件得 据归一化条件 得 得定态波函数表达式 49 令 通解 由边界条件得 结论 在一维无限深势阱中运动的粒子 它的能量是量子化的 由 得到 50 若n 0 没有意义 n 1时粒子取最低能量 称之为基态能量 概率分布函数 51 一维无限深方势阱中粒子的波函数和概率分布函数 何处粒子出现的几率最大 与经典理论相容吗 你还观察到什么 52 特征分析 1 波函数是驻波方程 能级越高 驻波个数越多 在x 0和x a的边界上是驻波波节 在0 x a的区域 驻波有n 1个波节 驻波不向外辐射能量 粒子处于各种稳定态 2 概率密度分布具有起伏性 能级越高 起伏次数越多 量子 经典 玻尔对应原理 53 两种不同金属材料连接在一起 其接触面将形成势垒 按照经典力学的观点 2 势垒贯穿隧道效应 1 E U0的粒子 能够越过势垒 2 E U0的粒子 不能越过势垒 被反射 跳高 跳马 54 实验证明 能量低于势垒高度的自由电子也能穿透势垒进入另一金属区 这就是隧道效应 用量子力学的定态薛定谔方程来研究又将如何呢 经典力学不能解释 关键是 2区 2 x 及 2 x 2的分析 如果 2 x 2 0 可解释隧道效应 55 设粒子在图中三个区域的波函数分别为 根据波函数单值 有限 连续的标准条件 1区和3区的定态薛定谔方程相同 令 无反射波 56 2区的定态薛定谔方程为 其中 将随x增大而无限增大 这与波函数的有限性相矛盾 应该去掉 E U0 57 由边值条件和归一化条件可确定A1 A2 B C四个常数 下面研究粒子穿透势垒的概率密度 m U0 E一定时 是一个定值 穿透势垒的概率密度随势垒宽度增大按指数规律减小 穿透势垒 在势垒中形成电流 这种现象形象地称为隧道效应 58 量子物理 粒子有波动性遵从不确定原理粒子经过2区和能量守恒并不矛盾只要势垒区宽度 x a不是无限大粒子能量就有不确定量 E x a很小时 P和 E很大 怎样理解粒子通过势垒区 经典物理 从能量守恒的角度看是不可能的 59 扫描隧道显微镜 特征 扫描隧道显微镜不使用光源和透镜 工作原理 量子隧道效应 显微部件 一枚细而尖的探针 如钨丝 装置和工作原理如下图 对隧道电流及其变化进行放大 处理 显示待测样品的三维图象 60 在样品的表面有一表面势垒阻止内部的电子向外运动 由于电子的隧道效应 这时 在样品与针尖之间加一微小电压 电子就会穿过电极间的势垒形成隧道电流 原理分析 隧道电流对针尖与样品间的距离十分敏感 距离改变一个原子的直径 隧道电流会变化1000倍 若控制隧道电流不变 则探针在垂直于样品方向上的高度变化就能反映样品表面的起伏 经过计算机处理后 荧光屏上的三维图象可比实际尺寸大一亿倍 为了显示表面的微观结构 要求探针在样品上方移动时 针尖与表面距离小于1nm 61 利用隧道显微镜可以分辨表面上原子的台阶 平台和原子阵列 可以直接绘出表面的三维图象 扫描隧道显微镜的发明 使人类第一次能够实时地观测到单个原子在物质表面上的排列状态以及与表面电子行为有关的性质 在表面科学 材料科学和生命科学等领域中有着重大的意义 1990年 IBM公司的研究小组借助扫描隧道显微镜 STM 首次实现了人类操作原子的梦想 他们用一个一个的氙原子 在镍表面排出了 IBM 字样 是人类的一大创举 48个Fe原子形成 量子围栏 围栏中的电子形成驻波 62 1926年 玻恩的波函数的概率解释 1927年海森伯提出了测不准原理 1926年 薛定谔在从波函数入手建立了微观粒子的波动微分方程 即薛定谔方程 第一届索尔维会议 女巫盛宴 于1911年在布鲁塞尔召开 后来虽然一度被第一次世界大战所打断 但从1921年开始又重新恢复 定期3年举行一届 到了1927年 这已经是第五届索尔维会议了 也是最著名的一次索尔维会议 1924年 德布罗意提出物质波理论 后记 63 第一排左起 2 MPlanck 普朗克 量子论先驱 3 MadameCurie 5AEinstein 爱因斯坦 第二排左起 PDebye MKnudsen WLBragg HAKramers PAMDirac 狄拉克 量子力学创立人之一 AHCompton LVdeBroglie 德布罗意 提出物质的波动性 MBorn 玻恩 量子力学创立人之一 NBohr 玻尔 量子论先驱 发展量子力学的领袖 第三排左起 APiccard EHenriot PEhrenfest EDHerzen THdeDonder ESchroedinger 薛定谔 量子力学创立人之一 EVerschaffelt WPauli 泡利 量子力学创立人之一 WHeisenberg 海森堡 量子力学创立人之一 RHFowler LBrillouin 1927年索尔维会议 64 第五届索尔维会议的主角是玻尔和爱因斯坦 哥本哈根学派是20世纪20年代初期形成的 为首的是丹麦著名物理学家玻尔 玻恩 海森伯 泡利以及狄拉克等是这个学派的主要成员 哥本哈根学派对量子力学的创立和发展作出了杰出贡献 并且它对量子力学的解释被称为量子力学的 正统解释 海森伯和玻恩当众宣布 我们认为量子力学是一个完备的理论 它的基本物理和数学假设不再容许修正 这一看法为与会的大多数物理学家所赞同 65 量子论的学派之争