量子力学的诞生与创新思维

1、量子力学的诞生与创新思维第1页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三返回总目录至19世纪末页，经典物理在各个领域里都取得了很大的成功：牛顿力学的建立 ，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。另外还找到了力、电、光、声-等都遵循的规律-能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。量子力学诞生的历史背景：量子力学的诞生与创新思维海王星的发现链接麦克斯韦链接第2页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三 正于是1900年英国物理学家开尔文在瞻望20世纪物理学的发展的文章中说到： 但开尔文毕竟是一位重视现

2、实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到： “但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，-” “在已经基本建成的科学大厦中，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” -开尔文-量子力学的诞生与创新思维第3页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三后来的事实证明，正是这两朵乌云发展成为一埸革命的风暴，乌云落地化为一埸春雨，诞生了两门新的学科热辐射理论解释（微观领域）电磁理论适用的参照系（高速运动）量子力学的诞生与创新思维第4页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三电磁理论适用的参照系（高速运动） 相对论热辐射理论解释（微观领域）量子力

3、学量子力学的诞生相对论问世微观领域高速领域量子力学的诞生与创新思维第5页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三19.1 热辐射一、基本概念（一） 热辐射下一页上一页返回本章目录这种辐射可以是红外线、可见光或紫外线，人眼不一定可见。量子力学的诞生与创新思维第6页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三白炽灯火炉400度1000度600度白炽灯的热辐射规律当物体因辐射而失去的能量等于从外界吸收的辐射能时，这时物体的状态可用一确定的温度来描述，这种热辐射称为平衡热辐射。反之称为非平衡 热辐射。下一页上一页返回本章目录量子力学的诞生与创新思维第7页，共27页，2022

4、年，5月20日，21点38分，星期三（二） 黑体下一页上一页返回本章目录3）一个开有小孔的内表面粗糙的空腔可近似看成理想的黑体。量子力学的诞生与创新思维第8页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三（三） 辐射出射度（辐出度）光源S=11）辐出度（总发射本领）显然，它是温度的函数2）单色辐出度（单色发射本领） 单位时间内，温度为T的物体上单位 面积上发射波长在 +d范围内的 辐射能dM与波长间隔d比值，用 M（ ）表示。量子力学的诞生与创新思维第9页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三下一页上一页返回本章目录光源S=13）辐出度与单色辐出度关系2）单色辐出度

5、（单色发射本领）量子力学的诞生与创新思维第10页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三二、黑体辐射实验规律（一） 黑体辐出度 的实验规律下一页上一页返回本章目录热辐射实 验量子力学的诞生与创新思维第11页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三1.02.03.04.05.0203010405060(nm)2200K2000K1800K1600K（二） 黑体单色辐出度 的实验规律量子力学的诞生与创新思维第12页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三（三） 维恩位移定律下一页上一页返回本章目录量子力学的诞生与创新思维第13页，共27页，2022年

6、，5月20日，21点38分，星期三（一） 经典物理学公式三、普朗克黑体辐射公式下一页上一页返回本章目录1.02.03.04.05.06.07.08.09.0(nm)热辐射实 验量子力学的诞生与创新思维第14页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三1.02.03.04.05.06.07.08.09.0(nm)热辐射实 验维恩公式量子力学的诞生与创新思维第15页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三（二） 普朗克黑体辐射公式下一页上一页返回本章目录1.02.03.04.05.06.07.08.09.0(nm)热辐射实 验量子力学的诞生与创新思维第16页，共27页

7、，2022年，5月20日，21点38分，星期三下一页上一页返回本章目录量子力学的诞生与创新思维第17页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三下一页上一页返回本章目录（三） 普朗克量子假说量子力学的诞生与创新思维 原来，物质由分子和原子组成，原子中的原子核和电子构成一个电偶极子，如果它们之间的距离随时间作谐振动，也就是它的电偶极矩随时间作谐振动，我们称其为振荡电偶极子，或带电谐振子。它们将向外辐射电磁波。这就是热辐射。根据振动理论，谐振动的能量与振幅成正比，由于经典物理中振动的振幅可以连续变化，因此带电谐振子具有的能量将是连续地变化。第18页，共27页，2022年，5月20日，

8、21点38分，星期三（四） 伟大意义 普朗克的能量量子化假说，不仅为解释黑体辐射的实验规律提供了理论根据，更重要的是打破了经典理论对人们头脑的束缚。从此以后，各种新思想、新观点层出不穷。最终导致量子力学这门新学科的诞生。因此1900年12月14日公认为量子力学的诞生之日。下一页上一页返回本章目录量子力学的诞生与创新思维第19页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三 从普朗克的量子假设我们看到，要在科技上创新，至少需要三点：一是要对学科的前沿有深入的了解。二是要有独立的思考，创造性的思维。三是要有扎实的基本功。下一页上一页返回本章目录量子力学的诞生与创新思维 洛仑兹后来在评论普

9、朗克关于能量子这个大胆假设的时候所说的话，才道出了问题的本质。他说：“我们一定不要忘记，这样灵感观念的好运气，只有那些刻苦工作和深入思考的人才能得到。”第20页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三注意：普朗克这一思想是完全背离经典物理，并受到当时许多人的怀疑和反对，包括当时的物理学泰斗-洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某种方式来消除这一关系式。它写道： “我试图将h纳入经典理论的范围，但一切这样的尝试都失败了，这个量非常顽固.”后来他又说： “在好几年内我花费了很大的劳动，徒劳地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。我的一些同事把这看成是悲剧。但我有自已的看法，因为我从这

10、种深入剖析中获得了极大的好处，起初我只是倾向于认为，而现在是确切地知道作用量子 将在物理中发挥出巨大作用”。事实上正是这一理论导致了量子力学的诞生，普朗克也成为了量子力学的开山鼻祖，1918年因此而获得诺贝尔奖。普朗克的困惑量子力学的诞生与创新思维下一页上一页返回本章目录第21页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三观书有感朱熹半亩方塘一鉴开，天光云影共徘徊，问渠那得清如许，为有源头活水来。朱熹：南宋著名理学家 20世纪初物理学的活水就是普朗克的能量子假设和爱因斯坦的相对论量子力学的诞生与创新思维下一页上一页返回本章目录第22页，共27页，2022年，5月20日，21点38分

11、，星期三量子力学的发展史是物理学上最激动人心的篇章之一，我们会看到物理大厦在狂风暴雨下轰然坍塌，却又在熊熊烈焰中得到了洗礼和重生。我们会看到最革命的思潮席卷大地，带来了让人惊骇的电闪雷鸣，同时却又展现出震撼人心的美丽。我们会看到科学如何在荆棘和沼泽中艰难地走来，却更加坚定了对胜利的信念 量子力学的诞生与创新思维量子史话链接下一页上一页返回本章目录第23页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三研究物理学问题的三类方法一类问题：经典力学的决定论量子力学的研究方法量子力学的诞生与创新思维海王星的发现链接下一页上一页返回本章目录第24页，共27页，2022年，5月20日，21点38分

12、，星期三近几十年来，经典力学决定论的世界观受到了来自内部的巨大冲击，那就是混沌运动问题。在某些非线性系统中，系统对初值的依赖极端敏感，两次只是初值有微小差别的混沌运动，它们的差别随时间推移越来越大，混沌运动具有某种程度的不可预测性。 蝴蝶效应链接第二类问题：非线性条件下的混沌运动量子力学的诞生与创新思维下一页上一页返回本章目录第25页，共27页，2022年，5月20日，21点38分，星期三第三类问题，如气体分子热运动具有无序性，满足统计规律，与机械运动有本质的区别，在一定的条件下，某个分子以某种速率出现是一种随机事件，应用统计方法。量子力学：波与实物粒子具有波粒二象性。波函数的概率解释，原子中的电子不可能具有确定的轨道，在任意时刻以一定的概率在某处出现。不确定关系，它的位置与动量、角位置与角动量、