简述量子力学的发展.docxVIP

— PAGE \* Arabic 1 — 简述量子力学的发展 简述量子力学发展   理学家都希望并且相信，能用经典物理学理论驱散这些“乌云”。结果发现上述的实验事实，用经典物理学理论无法解释，号称“完美无缺”的经典物理学开始破产，人们在对“第一号乌云”的研究中，引出了狭义相对论，而在对“第二号乌云”的研究中，引出了量子理论。  人们从日常经验知道，一个物体(固体或液体)温度升高时，会向四周放射热量，这种现象叫做“热辐射”。在十九世纪后半期，由于热机广泛使用，电照明的需要和冶金技术的变革，引起了热辐射的研究，发现了绝对黑体(置于温度恒定的热槽中的开有一个小孔的金属封闭空腔辐射能量随波长而变化的实验曲线。在这个实验曲线面前，为了解答辐射能量分布随不同的波长而异，许多物理学家都力图从经典物理学理论出发推导出黑体辐射的具体能谱分布公式，维恩、端利一金斯等就是其中的几个。1893年，德国物理学家维恩(Wien)应用经典物理学的热学理论创立了一种黑体辐射能量的理论，他所提出的公式可以较准确地描述辐射能量在光谱紫端的分布情况，但不适用于波长较大的红端。另一方面，英周物理学家端利和金斯川根据经典电磁理沦和经典统计理论的能量均分定理研究出了能够，描述光谱红端的辐射能量分布的方程，但却完全不适用于紫端。总之，当时根据经典物理学创立的最好理论只能解释光谱的这一半或那一半的能量分布情况，而无法同时适用于整个光谱。这些理论在解释黑体辐射能谱问题上的失玫，便开始动摇了人们对经典物理学的迷信，迫使人们不得不提出一些新的假设。  量子力学是研究微观粒子运动规律的物理学科，属于研究微观粒子运动规律的分支。它的主要研究对象是分子、原子、凝聚态物质，此外还有原子核结构、性质等基础性理论。它同相对论共同构成了现代物理学的理论基础，量子力学除了在近代物理学方面起着基础性作用，同时在化学等相关学科以及很多近现代技术中得到广泛应用。二十世纪初，物理学方面最大的突破一个是爱因斯坦提出的狭义相对论，另一个就是德国科学家普朗克所提出的量子概念。量子概念是普朗克在1900年首先提出的，继而在1925年到1926年，海森伯和薛定愕最终确立了量子力学，从而解决了原子物理等高深理论的基本问题，取得成功。随后，量子力学向着两个方向进一步发展，一个是更小的尺度应用，如原子以下的尺度，原子核物理学就是在其引导下广泛发展的，进而发展为现在的基本粒子物理学。  因此可以说，量子力学在人类对物质世界认识方面起着至关重要的作用，促使人们的眼光从宏观层次跨进微观层次。而另一个发展方向就是更大尺度的应用，例如分子问题，即量子化学相关问题。此外还有固体物理和凝聚态物理的相关问题。从研究对象的尺度来说范围也逐渐扩大，从固体物理到地球物理、行星物理，最后延伸到夭体物理和宇宙物理。  二、德布罗意的物质波假设一物质的波粒二象性  在前面谈到，为了解释原子的分立的线状光谱，需要假定原子具有分立的能级，即假设原子内电子运动的某种不连续性。可是电子作为一种粒子，本身不能提供运动能量不连续性的根据，要进一步发展理论，必须从电子运动本性的探索入手。1923年法国青年物理学家德布罗意(L.deBroglei)第一个提出了这个想法，他大胆假定物质粒子也有波动性。  德布罗意提出物质波的假设不是偶然的。当时他正在他兄长莫里斯的X射线实验室工作，因此，他对于那些在经典物理学理论的框架中所无法解决的问题十分熟悉。同时，光的波粒二象性和旧的量子论给了他很大的启示。如果承认光的波粒二象性，就是说承认原来以为只有波性的东西(如电磁波)竟可以有粒子性;反过来，原来只有粒子性的东西，为什么不可以有波性呢?德布罗意就是这样把问题倒过来考虑，提出了这样一个问题:“整个世纪来，在光学上，比起波动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法;  在物质的理论上，是否发生了相反的错误呢?是不是我们把关于`粒子’的图象想得太多，而过份忽略了波的图象呢?”在他对问题作了这种根本性的考虑之后，他大胆提出了微观粒子也具有波动性的假设。1923年他向法国科学院首次提出这个假设。玻尔理论中的定态假设和量子化条件中出现的整数，还启示他考虑到原子内部实物物体的力学与某些波动现象之间的联系，因为在波动现象(如干涉、驻波)中都出现过整数数字，因此他设想原子内部是一稳定的驻波系统。在1923、1924年的论文中，德布罗意将他的这个设想应用到玻尔的原子理论中去，并用位相波在闭合轨道上的驻波形式解释了玻尔的量子化条件。德布罗意在回忆自己提出微观粒子具有波粒二象性的概念时写到:  “在1923年，儿乎已经清楚，玻尔理论以及旧量子论仅仅是经典概念与某  种允许更深入地研究量子现象的