量子力学简史

量子力学简史——玻尔

如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。第2页,共25页，2024年2月25日，星期天道尔顿原子这个观念被十九世纪初(1803)英国化学家道尔顿（1766-1844）采纳，并提供了可靠的实验根据。他定量地考虑原子问题，编制了第一个原子量表。第3页,共25页，2024年2月25日，星期天1895年11月10日，德国物理学家伦琴（WilhelmKonradRontgen1854-1923）在做阴极射线实验时，偶然发现了一种新的辐射，它能轻易穿透一些如纸张之类不透明的物质。伦琴把它叫做X射线。第4页,共25页，2024年2月25日，星期天X射线和铀的放射性激发了居里夫人（MarieCurie，1867-1934）对放射线的研究兴趣。在对铀矿物放射性的研究中，她发现某些铀矿物的放射性特别强，并断定这额外的放射性是由未知的放射性元素造成的。为了寻找这种未知元素，她的丈夫居里（1859-1906）也加入到了她的工作中来。第5页,共25页，2024年2月25日，星期天1885年，巴尔默(JohannJakobBalmer,1825-1898)发现能够描述四种光谱波长的公式，后来Ångstrom.发现这些谱线属于氢原子。第6页,共25页，2024年2月25日，星期天1893维恩(WilhelmCarlWernerOttoFritzFranzWien,1864-1928)在实验上发现热体最大辐射的波长反比于温度(维恩定律)。维恩在炉子上钻了一个小孔，模拟理论黑体。1911年Nobel奖热辐射定律的导出和研究第7页,共25页，2024年2月25日，星期天瑞利和紫外灾难

瑞利（J.W.Rayleigh，1842～1919），英国物理学家。原名J.W.斯特拉特。瑞利在1900年根据经典电动力学和统计物理理论，给出了一个关于黑体热辐射的公式，并由金斯（J.H.Jeans）在1905年对其作了修正，称为Rayleigh-Jeans公式。

Rayleigh-Jeans公式在低频部分与实验结果很好地吻合，但当ν→∞时，辐射能量密度E

ν→∞，是发散的。称为紫外灾难。Rayleigh因为发现了氩获得1904年诺贝尔物理学奖第8页,共25页，2024年2月25日，星期天普朗克(MaxKarlErnstLudwigPlanck,1858-1947)德国物理学家，1900年10月19日在柏林的德国物理学会会议上，普朗克给出了他导出的黑体辐射公式，与当时的实验数据符合得非常好。并且消除了“紫外灾害”的矛盾。为此获得1918年诺贝尔奖。这个所谓的正态的能量分布代表着某种绝对的东西，……对绝对的东西所作的探索是研究的最高形式……第9页,共25页，2024年2月25日，星期天普朗克“孤注一掷”提到的这个理论太具有革命性了，物理学家们不能马上接受。甚至也超出了普朗克本人的接受能力。在接下来数年里他几次动摇对自己理论的信念。普朗克有时把它称作只不过是一种数学游戏。1905年爱因斯坦提出光量子假说，支持普朗克的能量子理论。普朗克非但没有支持，甚至到了1909年还在反对光量子假说。第10页,共25页，2024年2月25日，星期天爱因斯坦(AlbertEinstein,1879-1955)德裔美国理论物理学家，他创立的狭义和广义相对论使现代关于时间和时间性质的想法发生突破性进展并给原子能的利用提供了理论基础。因其对光电效应的解释获1921年诺贝尔奖。爱因斯坦的“奇迹1905”1905年，爱因斯坦26岁。3月，他发表关于《光的产生和转化的一个试探性观点》，发展了量子论，提出光量子假说，解决了光电效应问题。4月，完成论文《分子大小的新测定法》，之后凭此文获得了苏黎世大学的博士学位。5月，完成论文《论动体的电动力学》，独立而完整地提出狭义相对性原理，开创物理学的新纪元。9月，发表论文《物体的惯性与它所含的能量有关吗？》，提出了著名的质能关系式：E=mc2.第11页,共25页，2024年2月25日，星期天1907-1913年，他致力于改进威耳逊云雾室中对基本粒子电荷的测量。与此同时，他还致力于光电效应的研究经过细心认真的观测，1916年、他的实验结果完全肯定了爱因斯坦光电效应方程，并且测出了当时最精确的普朗克常量h的值。罗伯特·安德鲁·密立根(Robert

Andrews

Millikan,1868～1953)，美国实验物理学家。

由于对基本电荷和光电效应的工作，获得1923年诺贝尔物理学奖。第12页,共25页，2024年2月25日，星期天作为汤姆逊的学生，卢瑟福（ErnestRutherford，1871-1937）却不喜欢汤姆逊的原子模型。他决定用一种新粒子——

粒子当作炮弹来轰击原子，以探索原子的内部结构。卢瑟福第13页,共25页，2024年2月25日，星期天1911年，卢瑟福根据

粒子散射实验，发表了原子的核式结构模型：原子有一个小而重的带电的核，在它周围是一群在库仑吸力作用下绕核转动的电子。第14页,共25页，2024年2月25日，星期天

尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔（NielsHenrikDavidBohr，1885.10.07～1962.11.18)丹麦物理学家，哥本哈根学派的创始人。1913年，玻尔在卢瑟福原有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。获1922年诺贝尔物理学奖。第15页,共25页，2024年2月25日，星期天弗兰克（JamesFranck,1882-1964）

从1913年开始，夫兰克和赫兹合作对电子与气体原子和分子间的碰撞进行了非常精确的研究。1914年，他们的实验结果第一次证实了玻尔所假设的量子化能级，在历史上对量子理论的建立有重要意义。因发现电子和原子的碰撞规律，共同分享了1925年度的诺贝尔物理学奖。

赫兹（GustavHertz,1887-1975）第16页,共25页，2024年2月25日，星期天康普顿(ArthurHollyCompton1892-1962)1920年，开始在美国圣路易斯华盛顿大学担任韦曼·克劳(WaymanCrow)讲座教授兼物理系主任。在这里他作出了对他来说是最伟大的一个发现：康普顿效应。由此获得1927年诺贝尔物理学奖。第17页,共25页，2024年2月25日，星期天德布罗意的物质波1923年31岁的法国物理学家德布罗意（LouisdeBroglie1892-1987）引入物质波的概念，指出电子不仅是粒子，也是波。1924年他建立了波动力学基础。德布罗意认为物质粒子的运动伴随着某种引导波，这些波伴随粒子一起在空间传播。

由于电子波动性的理论研究而获得1929年诺贝尔物理学奖第18页,共25页，2024年2月25日，星期天1925年24岁的德国物理学家海森伯（WernerKarlHeisenberg1901－1976）在德国物理学家43岁的波恩（MaxBorn1882-1970）和23岁的约尔丹的帮助下创立矩阵量子力学，对运动学和力学的各个方面给出量子论的解释。海森伯第19页,共25页，2024年2月25日，星期天沃尔夫冈·泡利（WolfgangE.Pauli，1900～1958）

泡利，美籍奥地利科学家。1925年春，在汉堡大学提出泡利不相容原理。直到泡利提出不相容理论20年后的1945年，这个理论的正确性和它产生的广泛深远的影响才得以确认。不相容原理被称为量子力学的主要支柱之一，是自然界的基本定律。1945年诺贝尔物理学奖获得者第20页,共25页，2024年2月25日，星期天薛定谔（ErwinSchrodinger，1887～1961）1925年底到1926年初，薛定谔在A.爱因斯坦关于单原子理想气体的量子理论和L.V.德布罗意的物质波假说的启发下，从经典力学和几何光学间的类比，提出了对应于波动光学的波动力学方程，奠定了波动力学的基础，发现波动力学和矩阵力学在数学上是等价的,是量子力学的两种形式。1926年1～6月,他一连发表了四篇论文，题目都是《量子化就是本征值问题》，系统地阐明了波动力学理论。1933年诺贝尔物理学奖获得者第21页,共25页，2024年2月25日，星期天马克斯·玻恩(MaxBorn1882～1970)1926年，玻恩通过自己的研究对波函数的物理意义作出了统计解释，即波函数的二次方代表粒子出现的几率取得了很大的成功。1954年诺贝尔物理学奖获得者第22页,共25页，2024年2月25日，星期天海森伯（Heisenberg，WernerKarl，1901～1976）

海森伯于1927年提出“不确定性”。“不确定性”适用于一切宏观和微观现象，但它的有效性通常只限于微观物理学。1929年，他同W.E.泡利一道曾为量子场论的建立打下基础，首先提出基本粒子中同位旋的概念。1932年获诺贝尔物理学奖。

第23页,共25页，2024年2月25日，星期天戴维孙（Davisson,ClintonJoseph，1881－1958）G.P.汤姆孙（GeorgePagetThomson，1892-1975）1927年，分别使用不同的方法独立证实了电子的波动性。共同获得1937年的诺贝尔物理学奖。第24页,共25页，2024年2月25日，星期天狄拉克