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1、量子力学简史现在学习的是第1页，共25页玻玻尔 如果谁不为量子论而感到困惑，如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。那他就是没有理解量子论。现在学习的是第2页，共25页道尔顿n原子这个观念被十原子这个观念被十九世纪初九世纪初(1803)英英国化学家道尔顿国化学家道尔顿（1766-1844）采纳，）采纳，并提供了可靠的实并提供了可靠的实验根据。他定量地验根据。他定量地考虑原子问题，编考虑原子问题，编制了第一个原子量制了第一个原子量表。表。现在学习的是第3页，共25页n1895年年11月月10日，德日，德国物理学家伦琴国物理学家伦琴（Wilhelm Konrad Rontgen 185
2、4-1923）在做阴极射线）在做阴极射线实验时，偶然发现了实验时，偶然发现了一种新的辐射，它能一种新的辐射，它能轻易穿透一些如纸张轻易穿透一些如纸张之类不透明的物质。之类不透明的物质。伦琴把它叫做伦琴把它叫做X射线。射线。现在学习的是第4页，共25页nX射线和铀的放射性激发了射线和铀的放射性激发了居里夫人（居里夫人（Marie Curie，1867-1934）对放射线的研）对放射线的研究兴趣。究兴趣。n在对铀矿物放射性的研究在对铀矿物放射性的研究中，她发现某些铀矿物的中，她发现某些铀矿物的放射性特别强，并断定这放射性特别强，并断定这额外的放射性是由未知的额外的放射性是由未知的放射性元素造成的。
3、放射性元素造成的。n为了寻找这种未知元素，为了寻找这种未知元素，她的丈夫居里（她的丈夫居里（1859-1906）也加入到了她的工作）也加入到了她的工作中来。中来。现在学习的是第5页，共25页n1885年，巴尔默年，巴尔默(Johann Jakob Balmer,1825-1898)发现能够描述四种光谱波长的公发现能够描述四种光谱波长的公式，后来式，后来ngstrom.发现这些谱线属于氢发现这些谱线属于氢原子。原子。现在学习的是第6页，共25页n1893维恩维恩(Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien,1864-1928)在实验上发现热体最大辐射在实验
4、上发现热体最大辐射的波长反比于温度的波长反比于温度(维恩定律维恩定律)。维恩在炉子上维恩在炉子上钻了一个小孔，模拟理论黑体。钻了一个小孔，模拟理论黑体。n1911年年Nobel奖奖 热辐射定律的导出和研究热辐射定律的导出和研究现在学习的是第7页，共25页瑞利和紫外灾难瑞利和紫外灾难 瑞利（瑞利（J.W.Rayleigh，18421919），英国物理学家，英国物理学家。原名。原名J.W.斯特拉特斯特拉特。瑞利在瑞利在1900年根据经典电动力学和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（辐射的公式，并由金斯（J.H.Jeans）在
5、在1905年对其作了修正，称为年对其作了修正，称为Rayleigh-Jeans公式。公式。Rayleigh-Jeans公式在低频部分公式在低频部分与实验结果很好地吻合，但当与实验结果很好地吻合，但当 时，时，辐射能量密度辐射能量密度E ，是发散的。称为，是发散的。称为紫外灾难。紫外灾难。Rayleigh因为发现了氩获得因为发现了氩获得1904年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖现在学习的是第8页，共25页n普朗克普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck,1858-1947)n德国物理学家，德国物理学家，1900年年10月月19日在柏林的德国日在柏林的德国物理学会会议上，普朗
6、物理学会会议上，普朗克给出了他导出的黑体克给出了他导出的黑体辐射公式，辐射公式，与当时的实与当时的实验数据符合得非常好。验数据符合得非常好。并且消除了并且消除了“紫外灾害紫外灾害”的矛盾。为此的矛盾。为此获得获得1918年诺贝尔奖年诺贝尔奖。这个所谓的正态的能量分布这个所谓的正态的能量分布代表着某种绝对的东西，代表着某种绝对的东西，对绝对的东西所作的对绝对的东西所作的探索是研究的最高形式探索是研究的最高形式现在学习的是第9页，共25页n普朗克普朗克“孤注一掷孤注一掷”提到的这个理论太具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。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
7、人的接受能力。甚至也超出了普朗克本人的接受能力。n在接下来数年里他几次动摇对自己理论的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信念。普朗克有时把它称作只不过是一种数学游戏。数学游戏。n1905年爱因斯坦提出光量子假说，支持普朗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，克的能量子理论。普朗克非但没有支持，甚至到了甚至到了1909年还在反对光量子假说。年还在反对光量子假说。现在学习的是第10页，共25页n爱因斯坦爱因斯坦(Albert Einstein,1879-1955)n德裔美国理论物理学家，他创立的狭德裔美国理论物理学家，他创立的狭
8、义和广义相对论使现代关于时间和时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。子能的利用提供了理论基础。因其对因其对光电效应的解释获光电效应的解释获1921年诺贝尔奖年诺贝尔奖。爱因斯坦的爱因斯坦的“奇迹奇迹1905”1905年，爱因斯坦年，爱因斯坦26岁。岁。3月，他发表关于月，他发表关于光的产生和转化的一个试探性观点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，发展了量子论，提出光量子假说，解决了光电效应问题。了光电效应问题。4月，完成论文月，完成论文分子大小的新测定法分子大小的新测定法，之后
9、凭此文获得了苏黎世大学的博士学位。，之后凭此文获得了苏黎世大学的博士学位。5月，完成论文月，完成论文论动体的电动力学论动体的电动力学，独立而完整地提出狭义相对性原理，开创物理学的新纪元。，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，发表论文月，发表论文物体的惯性与它所含的能量有关吗？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：，提出了著名的质能关系式：E=mc2.现在学习的是第11页，共25页 1907-1913年，他致力于年，他致力于改进威耳逊云雾室中对基本粒改进威耳逊云雾室中对基本粒子电荷的测量。与此同时，他子电荷的测量。与此同时，他还致力于光电效应的研究经过还
10、致力于光电效应的研究经过细心认真的观测，细心认真的观测，1916年、年、他的实验结果完全肯定了爱因他的实验结果完全肯定了爱因斯坦光电效应方程，并且测出斯坦光电效应方程，并且测出了当时最精确的普朗克常量了当时最精确的普朗克常量h的值。的值。罗伯特罗伯特安德鲁安德鲁密立根密立根(RobertAndrewsMillikan,18681953)，美，美国实验物理学家。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。现在学习的是第12页，共25页n作为汤姆逊的学生，作为汤姆逊的学生，卢瑟福（卢瑟福（Ernest Rutherford，1871-1937）却不喜欢汤姆）却不喜
11、欢汤姆逊的原子模型。他决逊的原子模型。他决定用一种新粒子定用一种新粒子 粒子当作炮弹来轰粒子当作炮弹来轰击原子，以探索原子击原子，以探索原子的内部结构。的内部结构。卢瑟福现在学习的是第13页，共25页n1911年，卢瑟福根年，卢瑟福根据据 粒子散射实验粒子散射实验，发表了原子的发表了原子的核式核式结构模型结构模型：原子有：原子有一个小而重的带电一个小而重的带电的核，在它周围是的核，在它周围是一群在库仑吸力作一群在库仑吸力作用下绕核转动的电用下绕核转动的电子。子。现在学习的是第14页，共25页 尼尔斯尼尔斯亨利克亨利克大卫大卫玻尔（玻尔（Niels Henrik David Bohr，1885.
12、10.071962.11.18)丹麦物理学家，哥本丹麦物理学家，哥本哈根学派的创始人。哈根学派的创始人。1913年，玻尔在卢瑟福原有年，玻尔在卢瑟福原有核原子模型的基础上建立起原子的核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。获量子理论。获1922年诺贝尔物理年诺贝尔物理学奖。学奖。现在学习的是第15页，共25页弗兰克（弗兰克（James Franck,1882-1964）从从1913年开始，夫兰克和赫兹合作对电子与气体原子和分年开始，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。子间的碰撞进行了非常精确的研究。1914年，他们的实验结果第年，他们的实验结果第一次证实了玻尔所
13、假设的量子化能级，在历史上对量子理论的建立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。有重要意义。因发现电子和原子的碰撞规律，共同分享了因发现电子和原子的碰撞规律，共同分享了1925年度年度的诺贝尔物理学奖。的诺贝尔物理学奖。赫兹（赫兹（Gustav Hertz,1887-1975）现在学习的是第16页，共25页康普顿康普顿(Arthur Holly Compton 1892-1962)1920年，开始在美国圣路易斯华盛顿大学担任韦曼年，开始在美国圣路易斯华盛顿大学担任韦曼克劳克劳(Wayman Crow)讲座教授兼物理系主任。在这里他作讲座教授兼物理系主任。在这里他
14、作出了对他来说是最伟大的一个发现：康普顿效应。出了对他来说是最伟大的一个发现：康普顿效应。由此获得由此获得1927年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。现在学习的是第17页，共25页德布罗意的物质波德布罗意的物质波n1923年年31岁的法国物理学岁的法国物理学家德布罗意（家德布罗意（Louis de Broglie 1892-1987）引入）引入物质波的概念，指出电子物质波的概念，指出电子不仅是粒子，也是波。不仅是粒子，也是波。n1924年他建立了波动力学基年他建立了波动力学基础。德布罗意认为物质粒子础。德布罗意认为物质粒子的运动伴随着某种引导波，的运动伴随着某种引导波，这些波伴随粒子一起在空间
15、这些波伴随粒子一起在空间传播。传播。由于电子波动性的理论研究而获得1929年诺贝尔物理学奖现在学习的是第18页，共25页 1925 1925年年2424岁的德国的德国物理学家海森物理学家海森伯伯（Werner Werner Karl Heisenberg 1901Karl Heisenberg 190119761976）在德国物理学家）在德国物理学家4343岁的波恩（的波恩（Max Born Max Born 1882-19701882-1970）和）和2323岁的的约尔丹的帮助下丹的帮助下创立矩立矩阵量量子力学，子力学，对运运动学和力学学和力学的各个方面的各个方面给出量子出量子论的的解解释。
16、海森海森伯伯现在学习的是第19页，共25页沃尔夫冈沃尔夫冈泡利（泡利（Wolfgang E.Pauli，19001958）泡利，美籍奥地利科学家。泡利，美籍奥地利科学家。1925年春，在汉堡大学提出泡利年春，在汉堡大学提出泡利不相容原理。直到泡利提出不不相容原理。直到泡利提出不相容理论相容理论20年后的年后的1945年，这个年，这个理论的正确性和它产生的广泛深远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，是称为量子力学的主要支柱之一，是自然界的基本定律。自然界的基本定律。1945年诺贝尔物理学奖获得者年诺贝尔物理学奖获得
17、者现在学习的是第20页，共25页薛定谔（薛定谔（Erwin Schrodinger，18871961）1925年底到年底到1926年初，薛定谔在年初，薛定谔在A.爱因斯坦关于单原子理想气体的量子理论爱因斯坦关于单原子理想气体的量子理论和和L.V.德布罗意的物质波假说的启发下，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学在数学上是等价的,是量子力学的两种是量子力学的两种形式形式
18、。1926年年16月月,他一连发表了四篇他一连发表了四篇论文，题目都是论文，题目都是量子化就是本征值问量子化就是本征值问题题，系统地阐明了波动力学理论。，系统地阐明了波动力学理论。1933年诺贝尔物理年诺贝尔物理学奖获得者学奖获得者现在学习的是第21页，共25页马克斯马克斯玻恩玻恩(Max Born 18821970)1926年，玻恩通过自年，玻恩通过自己的研究对波函数的物理己的研究对波函数的物理意义作出了统计解释意义作出了统计解释，即波函数的二次方代表粒即波函数的二次方代表粒子出现的几率取得了很大子出现的几率取得了很大的成功。的成功。1954年诺贝尔物理学奖获得者年诺贝尔物理学奖获得者现在学
19、习的是第22页，共25页海森伯（海森伯（Heisenberg，Werner Karl，19011976）海森伯于海森伯于1927年提出年提出“不确定不确定性性”。“不确定性不确定性”适用于一切宏适用于一切宏观和微观现象，但它的有效性通常观和微观现象，但它的有效性通常只限于微观物理学。只限于微观物理学。1929年，他同年，他同W.E.泡利一道曾为量子场论的建立泡利一道曾为量子场论的建立打下基础打下基础，首先提出基本粒子中同，首先提出基本粒子中同位旋的概念。位旋的概念。1932年获诺贝尔物理年获诺贝尔物理学奖。学奖。现在学习的是第23页，共25页戴维孙（戴维孙（Davisson,Clinton J
20、oseph，18811958）G.P.汤姆孙（汤姆孙（George Paget Thomson，1892-1975）1927年，分别使用不同的方法独立证实了电子的波动性。年，分别使用不同的方法独立证实了电子的波动性。共同获得共同获得1937年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。现在学习的是第24页，共25页狄拉克（狄拉克（Paul Adrie Maurice DIRAC，1902-1984）1933年诺贝尔物理学奖获得者年诺贝尔物理学奖获得者n1929年年27岁的狄拉克（岁的狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac 1902-1984）和）和29岁的德国物理学家泡岁的德国物理学家泡利（利（Wolfgang Pauli 1900-1958）提）提出量子电动力学。把狭义相对论出量子电动力学。把狭义相对论效应纳入到量子力学中。效应纳入到量子力学中。n狄拉克提出的狄拉克波动方程还狄拉克提出的狄拉克波动方程还预言了正电子的存在。预言了正电子的存在。现在学习的是第25页，共25页