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1、量子力学发展史量子力学发展史一、量子论的提出一、量子论的提出1900年年12月月14日，德国物理学家马克思日，德国物理学家马克思普朗克发普朗克发表了一篇重要的论文，他在分析黑体辐射的能谱时，表了一篇重要的论文，他在分析黑体辐射的能谱时，提出了光的能量和频率成正比并以不连续的量子状提出了光的能量和频率成正比并以不连续的量子状态辐射的新概念。态辐射的新概念。1918年获得诺贝尔物理学奖年获得诺贝尔物理学奖19世纪末，已建立了三大物理理论世纪末，已建立了三大物理理论：（1）牛顿力学，确定粒子的运动；）牛顿力学，确定粒子的运动；（2）麦克斯韦电动力学，确定电磁场和电磁波的运动；）麦克斯韦电动力学，确定
2、电磁场和电磁波的运动；（3）热力学和统计物理，确定热平衡态的物性。）热力学和统计物理，确定热平衡态的物性。三大理论形成了完整的数学框架，在解释某些自然现三大理论形成了完整的数学框架，在解释某些自然现象时取得了很大的成功，当时人们相信它们能解释万物运象时取得了很大的成功，当时人们相信它们能解释万物运动的规律，但经过努力，仍不能解释上述这些物性的经验动的规律，但经过努力，仍不能解释上述这些物性的经验规律是如何由基本规律形成的。规律是如何由基本规律形成的。新的发现和经典理论预见的结果相左新的发现和经典理论预见的结果相左光速不变、黑体光速不变、黑体辐射、光电效应、放射性、电子轨道的不稳定性等，形成辐射
3、、光电效应、放射性、电子轨道的不稳定性等，形成了传统物理学的危机。了传统物理学的危机。在解释黑体辐射实验的时候，用经典理论都无法解释黑体辐在解释黑体辐射实验的时候，用经典理论都无法解释黑体辐射的实验曲线，由此，普朗克提出了量子理论，作出光辐射射的实验曲线，由此，普朗克提出了量子理论，作出光辐射能量与频率成正比且按照量子的而非经典连续形式辐射的假能量与频率成正比且按照量子的而非经典连续形式辐射的假定。成功推出了和实验结果一致的能谱曲线。定。成功推出了和实验结果一致的能谱曲线。维恩公式和瑞利维恩公式和瑞利-金斯公金斯公式都是用经典物理学的方式都是用经典物理学的方法来研究热辐射所得的结法来研究热辐射
4、所得的结果，都与实验结果不符，果，都与实验结果不符，明显地暴露了经典物理学明显地暴露了经典物理学的缺陷。开尔文认为黑体的缺陷。开尔文认为黑体辐射实验室物理学晴朗天辐射实验室物理学晴朗天空中一朵令人不安的乌云。空中一朵令人不安的乌云。爱因斯坦最早接受了量子的观念，爱因斯坦最早接受了量子的观念，1905年他在其著名的讨年他在其著名的讨论光电效应的文章中，提出光在传播过程中是波动，而在与论光电效应的文章中，提出光在传播过程中是波动，而在与物质相互作用时是粒子的看法，应用光量子的观念解释光电物质相互作用时是粒子的看法，应用光量子的观念解释光电效应获得了成功。量子论的观点开始在物理界传播开来，但效应获得
5、了成功。量子论的观点开始在物理界传播开来，但真正理解它的物理学家仍然很少，怀疑者很多。真正理解它的物理学家仍然很少，怀疑者很多。光是波还是粒子？光是波还是粒子？牛顿的粒子说和惠更斯的波动说。牛顿的粒子说和惠更斯的波动说。由于牛顿的学术地位，粒子说在由于牛顿的学术地位，粒子说在18世纪前一直占据统治地世纪前一直占据统治地位，直到位，直到1801年杨以双缝干涉实验证明了波动说，争论方年杨以双缝干涉实验证明了波动说，争论方告一段落。以后麦克斯韦导出电磁波，并由光速和电磁波告一段落。以后麦克斯韦导出电磁波，并由光速和电磁波速度相等说明光也是电磁波，光的波动说得到了电磁场理速度相等说明光也是电磁波，光的
6、波动说得到了电磁场理论的支持。论的支持。二、量子论的发展二、量子论的发展固体比热固体比热固体比热在室温以上时一常数，由声波每一固体比热在室温以上时一常数，由声波每一自由度的平均能量与自由度的平均能量与kT成正比所决定，但低温的比热与此成正比所决定，但低温的比热与此偏离。偏离。1912年，德拜根据爱因斯坦在年，德拜根据爱因斯坦在1907年的一个想法计年的一个想法计算了固体的比热，假定声波的能量也和其频率成正比，比算了固体的比热，假定声波的能量也和其频率成正比，比率常数也为普朗克常数，得到在低温和高温下都符合实验率常数也为普朗克常数，得到在低温和高温下都符合实验的结果。的结果。德拜的工作暗示了不仅
7、光波带有量子的性质，物质的波动德拜的工作暗示了不仅光波带有量子的性质，物质的波动也同样带有量子的性质。也同样带有量子的性质。原子结构原子结构1913年，波尔将量子论应用于原子结构，假年，波尔将量子论应用于原子结构，假定原子内电子的角动量合轨道是量子化的，电子在不同能定原子内电子的角动量合轨道是量子化的，电子在不同能量的轨道上跃迁产生或吸收具有与能量差相同能量的光量量的轨道上跃迁产生或吸收具有与能量差相同能量的光量子。子。波尔模型的成功大大推动了量子论的发展，但是波尔模波尔模型的成功大大推动了量子论的发展，但是波尔模型假定的正确性一直是受关注的重要问题，同时它也不型假定的正确性一直是受关注的重要
8、问题，同时它也不能解释光谱的强度。能解释光谱的强度。1923年，德布罗意在其博士论文中提出了电子也具有波动年，德布罗意在其博士论文中提出了电子也具有波动性的建议；性的建议；1924年，泡利提出了不相容原理；年，泡利提出了不相容原理；1924年，玻色和爱因斯坦引起了玻色年，玻色和爱因斯坦引起了玻色-爱因斯坦统计；爱因斯坦统计；1925年，乌伦贝克和古德斯密特提出了电子自旋的建议；年，乌伦贝克和古德斯密特提出了电子自旋的建议；1925年，海森堡、波恩和约尔丹发表量子矩阵力学；年，海森堡、波恩和约尔丹发表量子矩阵力学；1926年，薛定谔提出波动方程，发表量子波动力学；年，薛定谔提出波动方程，发表量子
9、波动力学；1927年，戴维孙、革末和汤姆孙的实验证明电子的波动性；年，戴维孙、革末和汤姆孙的实验证明电子的波动性；1932年，海森伯引进同位旋概念，提出原子核的核子模型；年，海森伯引进同位旋概念，提出原子核的核子模型；1932年，安德森发现正电子。年，安德森发现正电子。量子力学的发现者们多数虽然年轻，但都具有深量子力学的发现者们多数虽然年轻，但都具有深厚的理论和实验的知识。他们了解光谱和各种物厚的理论和实验的知识。他们了解光谱和各种物性的实验进展和状况，对分析动力学、电磁场理性的实验进展和状况，对分析动力学、电磁场理论、热力学和统计物理都有深刻的领会。这说明，论、热力学和统计物理都有深刻的领会。这说明，只有掌握人类创造的全部知识财富，才能产生革只有掌握人类创造的全部知识财富，才能产生革命性的创新。命性的创新。