简述量子力学的产生和科学发展

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1、简述量子力学的产生和科学发展学院：机电工程学院专业：12电子科学与技术姓名：赵鹏羽学号：20120661138伟大的物理学家爱因斯坦曾说过：“科学绝对不是也永远不会是一本写完了的书，每一项重大成就都会带来新的I'M）题，任何一个发展随着时间的推移都会出现新的严重的问题。”[1]在本学期量子力学课程的学习中，我深深地体会了这句话的含义。这门课程中多个知识点的发展过程都为爱因斯坦的这句话做出了最好的诠释，其中最让我印象深刻的是量子力学建立的建立过程，这一过程深刻地体现了科学的发展是一个逐步的过程，需要实验和理论多次反复相互论证，在这个逐步的过程中，认识往往是不完备

2、的，只是近似，但是逐步深化，逐步走向完善的。本文通过回顾量子力学建立的建立过程，体会科学发展的过程。量子力学是描述微观世界结构、运动与变化规律的物理科学。它是20世纪人类文明发展的一个重大飞跃，量子力学的发现引发了一系列划时代的科学发现与技术发明，对人类社会的进步做出重要贡献。在十九世纪末，物理学家中普遍存在着一种乐观情绪，认为对复杂纷纭的物理现象的本质的认识已经完成。他们陶醉于十七世纪建立起来的力学体系，十九世纪建立起来的电动力学以及热力学和统计物理学。正如绝对温标的创始人开尔文所言：“19世纪已经将物理大厦全部建成，今后物理学家的任务就是修饰和完善这所大厦

3、了”。然而A然科学总是不断地发展。为了研宂不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体，称为黑体，以此作为热辐射研宂的标准物体。当时有两位科学家按经典的理论导出的公式很好地解释了长波辐射与能量的关系，到了短波部分却山现了“紫外灾难”，这一灾难性的后果是经典物理所无法解释的。德国物理学院普朗克经过潜心研究，提出物理吸收或辐射的能量必须是不连续的观点，成功地解决了经典物理的凼难。量了的概念从此诞生。但是这一概念与经典物理是相冲突，很难力世人所接受，甚至连普朗克本人都不相信。经典物理在解释光电效应的的时候也遇到了困难。科学家在实验中发现，用紫外光照

4、射金属表面时有电子逸出，并且只有当入射光的频率大于一定值时才会有光电子产生，即使光强较弱，光电子也能在极短时间内逸出：逸出的光电子最大的能量与入射光的频率有关，与入射光光强无关。这些实验结论与经典物理学冲突的。按照经典电动力学，在入射光的作川下，电子作强迫振动，不断地积聚能量，只要光照的时间足够长，电子一定能从金属表面逸山。入射光强较弱吋，积聚能量需要较长的吋间，电子不可能在短吋间内逸山。其次，光电子的最大动能应决定于入射光的振幅而不是频率。1905年，爱因斯坦为了解释光电效应，在普朗克能量子假设的基础上，提出了光量子的概念，成功解释了光电效应。但是这一概念的

5、提出一开始并没有得到所有科学家的赞同，密立根甚至为了否定这一概念，花了几年时间设计了精确的实验装置进行实验，竟于1914年用实验证实了这一概念，为确立量子论的地位起到了重要作用。原子光谱的线状结构也是经典物理学无法解释的。根据1911年卢瑟福提出的原子结构模型，原子屮的电子环绕原子核的运动是一种加速运动，而作加速运动的电子因不断辐射能量而使其轨道半径变小，其辐射的电磁波频率也是连续变化的，这与观察到的原子光谱的线状结构是矛盾的。另外，经典物理学在解释原子稳定性方面也存在W难。1913年，年青的丹麦物理学家玻尔提山了原子的量子论解决了这些困难，为量子物理学的发展

6、起了重要的作用。玻尔的理论也存在许多局限性，这激发着人们去寻找新的理论。1923年，德布罗意提出了物质波的概念后，薛定谔从微观粒子的波动性出发，利用波函数描述微观粒子的运动,于1926年建立了薛定谔方程，解释了大量的量子现象。薛定谔称这一理论为波动力学。同吋，海森堡、波恩、约丹和狄拉克等人建立了矩阵力学。薛定谔证明了矩阵力学与波动力学的等价性，狄拉克和约丹完成了变换理论，把波动力学和矩阵力学综合成了一个量子力学体系。至此，量子力学的相关理论基本建立。从这一过程中，我们可以总结出科学发展的基本过程。先在自然界中、生产过程中或者科学实验中观察到一些事实，为了要解释

7、这些事实，把观察到的现象进行分析，综合已有的科学理论，提出一个粗糙的假定。如果这个假定能够简单地说明观察到得事实，或甚至与进一步的实验相符合，就可以从这个假定出发提出比较深入的理论。从这样发展的理论又可以推测其他情况下的实验结果，于是再进行实验。实验的结果能证实理论的正确性，理论就可以被肯定。如果实验的结果与理论不符,就要考虑放弃或修改理论或重做实验。可见，科学的发展总是从生产实践或科学实验到理论，再把理论用于生产或实验的反复的过程。在许多现代技术装备屮，量子物理学的效应起了重要的作用。从激光、电子显微镜、原子钟到核磁共振的医学阁像显示装置，都关键地依靠了砧子

8、力学的原理和效应。对半导体的研宂导致了