量子力學(xué)簡史

量子力學(xué)簡史第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月——玻爾

如果誰不為量子論而感到困惑，那他就是沒有理解量子論。第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月道爾頓原子這個觀念被十九世紀(jì)初(1803)英國化學(xué)家道爾頓（1766-1844）采納，并提供了可靠的實驗根據(jù)。他定量地考慮原子問題，編制了第一個原子量表。第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1895年11月10日，德國物理學(xué)家倫琴（WilhelmKonradRontgen1854-1923）在做陰極射線實驗時，偶然發(fā)現(xiàn)了一種新的輻射，它能輕易穿透一些如紙張之類不透明的物質(zhì)。倫琴把它叫做X射線。第4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月X射線和鈾的放射性激發(fā)了居里夫人（MarieCurie，1867-1934）對放射線的研究興趣。在對鈾礦物放射性的研究中，她發(fā)現(xiàn)某些鈾礦物的放射性特別強(qiáng)，并斷定這額外的放射性是由未知的放射性元素造成的。為了尋找這種未知元素，她的丈夫居里（1859-1906）也加入到了她的工作中來。第5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1885年，巴爾默(JohannJakobBalmer,1825-1898)發(fā)現(xiàn)能夠描述四種光譜波長的公式，后來?ngstrom.發(fā)現(xiàn)這些譜線屬于氫原子。第6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1893維恩(WilhelmCarlWernerOttoFritzFranzWien,1864-1928)在實驗上發(fā)現(xiàn)熱體最大輻射的波長反比于溫度(維恩定律)。維恩在爐子上鉆了一個小孔，模擬理論黑體。1911年Nobel獎熱輻射定律的導(dǎo)出和研究第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月瑞利和紫外災(zāi)難

瑞利（J.W.Rayleigh，1842～1919），英國物理學(xué)家。原名J.W.斯特拉特。瑞利在1900年根據(jù)經(jīng)典電動力學(xué)和統(tǒng)計物理理論，給出了一個關(guān)于黑體熱輻射的公式，并由金斯（J.H.Jeans）在1905年對其作了修正，稱為Rayleigh-Jeans公式。

Rayleigh-Jeans公式在低頻部分與實驗結(jié)果很好地吻合，但當(dāng)ν→∞時，輻射能量密度E

ν→∞，是發(fā)散的。稱為紫外災(zāi)難。Rayleigh因為發(fā)現(xiàn)了氬獲得1904年諾貝爾物理學(xué)獎第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月普朗克(MaxKarlErnstLudwigPlanck,1858-1947)德國物理學(xué)家，1900年10月19日在柏林的德國物理學(xué)會會議上，普朗克給出了他導(dǎo)出的黑體輻射公式，與當(dāng)時的實驗數(shù)據(jù)符合得非常好。并且消除了“紫外災(zāi)害”的矛盾。為此獲得1918年諾貝爾獎。這個所謂的正態(tài)的能量分布代表著某種絕對的東西，……對絕對的東西所作的探索是研究的最高形式……第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月普朗克“孤注一擲”提到的這個理論太具有革命性了，物理學(xué)家們不能馬上接受。甚至也超出了普朗克本人的接受能力。在接下來數(shù)年里他幾次動搖對自己理論的信念。普朗克有時把它稱作只不過是一種數(shù)學(xué)游戲。1905年愛因斯坦提出光量子假說，支持普朗克的能量子理論。普朗克非但沒有支持，甚至到了1909年還在反對光量子假說。第10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月愛因斯坦(AlbertEinstein,1879-1955)德裔美國理論物理學(xué)家，他創(chuàng)立的狹義和廣義相對論使現(xiàn)代關(guān)于時間和時間性質(zhì)的想法發(fā)生突破性進(jìn)展并給原子能的利用提供了理論基礎(chǔ)。因其對光電效應(yīng)的解釋獲1921年諾貝爾獎。愛因斯坦的“奇跡1905”1905年，愛因斯坦26歲。3月，他發(fā)表關(guān)于《光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個試探性觀點》，發(fā)展了量子論，提出光量子假說，解決了光電效應(yīng)問題。4月，完成論文《分子大小的新測定法》，之后憑此文獲得了蘇黎世大學(xué)的博士學(xué)位。5月，完成論文《論動體的電動力學(xué)》，獨立而完整地提出狹義相對性原理，開創(chuàng)物理學(xué)的新紀(jì)元。9月，發(fā)表論文《物體的慣性與它所含的能量有關(guān)嗎？》，提出了著名的質(zhì)能關(guān)系式：E=mc2.第11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1907-1913年，他致力于改進(jìn)威耳遜云霧室中對基本粒子電荷的測量。與此同時，他還致力于光電效應(yīng)的研究經(jīng)過細(xì)心認(rèn)真的觀測，1916年、他的實驗結(jié)果完全肯定了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并且測出了當(dāng)時最精確的普朗克常量h的值。羅伯特·安德魯·密立根(Robert

Andrews

Millikan,1868～1953)，美國實驗物理學(xué)家。

由于對基本電荷和光電效應(yīng)的工作，獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎。第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月作為湯姆遜的學(xué)生，盧瑟福（ErnestRutherford，1871-1937）卻不喜歡湯姆遜的原子模型。他決定用一種新粒子——粒子當(dāng)作炮彈來轟擊原子，以探索原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。盧瑟福第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1911年，盧瑟福根據(jù)粒子散射實驗，發(fā)表了原子的核式結(jié)構(gòu)模型：原子有一個小而重的帶電的核，在它周圍是一群在庫侖吸力作用下繞核轉(zhuǎn)動的電子。第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

尼爾斯·亨利克·大衛(wèi)·玻爾（NielsHenrikDavidBohr，1885.10.07～1962.11.18)丹麥物理學(xué)家，哥本哈根學(xué)派的創(chuàng)始人。1913年，玻爾在盧瑟福原有核原子模型的基礎(chǔ)上建立起原子的量子理論。獲1922年諾貝爾物理學(xué)獎。第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月弗蘭克（JamesFranck,1882-1964）

從1913年開始，夫蘭克和赫茲合作對電子與氣體原子和分子間的碰撞進(jìn)行了非常精確的研究。1914年，他們的實驗結(jié)果第一次證實了玻爾所假設(shè)的量子化能級，在歷史上對量子理論的建立有重要意義。因發(fā)現(xiàn)電子和原子的碰撞規(guī)律，共同分享了1925年度的諾貝爾物理學(xué)獎。

赫茲（GustavHertz,1887-1975）第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月康普頓(ArthurHollyCompton1892-1962)1920年，開始在美國圣路易斯華盛頓大學(xué)擔(dān)任韋曼·克勞(WaymanCrow)講座教授兼物理系主任。在這里他作出了對他來說是最偉大的一個發(fā)現(xiàn)：康普頓效應(yīng)。由此獲得1927年諾貝爾物理學(xué)獎。第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月德布羅意的物質(zhì)波1923年31歲的法國物理學(xué)家德布羅意（LouisdeBroglie1892-1987）引入物質(zhì)波的概念，指出電子不僅是粒子，也是波。1924年他建立了波動力學(xué)基礎(chǔ)。德布羅意認(rèn)為物質(zhì)粒子的運動伴隨著某種引導(dǎo)波，這些波伴隨粒子一起在空間傳播。

由于電子波動性的理論研究而獲得1929年諾貝爾物理學(xué)獎第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1925年24歲的德國物理學(xué)家海森伯（WernerKarlHeisenberg1901－1976）在德國物理學(xué)家43歲的波恩（MaxBorn1882-1970）和23歲的約爾丹的幫助下創(chuàng)立矩陣量子力學(xué)，對運動學(xué)和力學(xué)的各個方面給出量子論的解釋。海森伯第19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月沃爾夫?qū)づ堇╓olfgangE.Pauli，1900～1958）

泡利，美籍奧地利科學(xué)家。1925年春，在漢堡大學(xué)提出泡利不相容原理。直到泡利提出不相容理論20年后的1945年，這個理論的正確性和它產(chǎn)生的廣泛深遠(yuǎn)的影響才得以確認(rèn)。不相容原理被稱為量子力學(xué)的主要支柱之一，是自然界的基本定律。1945年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月薛定諤（ErwinSchrodinger，1887～1961）1925年底到1926年初，薛定諤在A.愛因斯坦關(guān)于單原子理想氣體的量子理論和L.V.德布羅意的物質(zhì)波假說的啟發(fā)下，從經(jīng)典力學(xué)和幾何光學(xué)間的類比，提出了對應(yīng)于波動光學(xué)的波動力學(xué)方程，奠定了波動力學(xué)的基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)波動力學(xué)和矩陣力學(xué)在數(shù)學(xué)上是等價的,是量子力學(xué)的兩種形式。1926年1～6月,他一連發(fā)表了四篇論文，題目都是《量子化就是本征值問題》，系統(tǒng)地闡明了波動力學(xué)理論。1933年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月馬克斯·玻恩(MaxBorn1882～1970)1926年，玻恩通過自己的研究對波函數(shù)的物理意義作出了統(tǒng)計解釋，即波函數(shù)的二次方代表粒子出現(xiàn)的幾率取得了很大的成功。1954年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者第22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月海森伯（Heisenberg，WernerKarl，1901～1976）

海森伯于1927年提出“不確定性”。“不確定性”適用于一切宏觀和微觀現(xiàn)象，但它的有效性通常只限于微觀物理學(xué)。1929年，他同W.E.泡利一道曾為量子場論的建立打下基礎(chǔ)，首先提出基本粒子中同位旋的概念。1932年獲諾貝爾物理學(xué)獎。

第23頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月戴維孫（Davisson,ClintonJoseph，1881－1958）G.P.湯姆孫（GeorgePagetThomson，1892-1975）1927年，分別使用不同的方法獨立證實了電子的波動性。共同獲得1937年的諾貝爾物理學(xué)獎。第24頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月狄拉克（