量子力学的产生与发展

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1、量子力学的产生与发展胡毅材料物理0211014概述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。量子革命的导火线辐射问题热的物体发光，越热发出的光越明亮。光谱的范围很广，当温度升高时，光谱的峰值从红线向黄线移动，然后又向蓝线移动经典理论遇到的困难结合热力学和电磁学的概念似乎可以对光谱的形状作出解释，不过所有的尝试均以失败告终。普朗克的辐射量子假说德国物理学家普朗克为了解释热辐射能谱提出了一个大胆的

2、假设：在热辐射的产生与吸收过程中能量是以hV为最小单位，一份一份交换的。这个能量量子化的假设不仅强调了热辐射能量的不连续性，而且与辐射能量和频率无关由振幅确定的基本概念直接相矛盾，无法纳入任何一个经典范畴。光量子说著名科学家爱因斯坦经过认真思考，于1905年提出了光量子说。1916年美国物理学家密立根发表了光电效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量子说。玻尔的假设原子中的电子只能在分立的轨道上运动，原子具有确定的能量，它所处的这种状态叫“定态”。原子发光过程不是经典辐射，是电子在不同的稳定轨道态之间的不连续的跃迁过程，光的频率由轨

3、道态之间的能量差AE＝hV确定，即频率法则。玻尔原子理论的成功之处解释了氢原子分立光谱线解释了化学元素周期表，导致了72号元素铅的发现，引发了一系列的重大科学进展康普顿效应经典波动理论：静止物体对波的散射不会改变频率康普顿效应：1923年4月美国物理学家康普顿发表了X射线被电子散射所引起的频率变小现象不相容原理原子中不能有两个电子同时处于同一量子态。这一原理解释了原子中电子的壳层结构。这个原理对所有实体物质的基本粒子（通常称之为费米子，如质子、中子、夸克等）都适用，构成了量子统计力学———费米统计的基点。德布罗意关系1924年

4、，法国物理学家德布罗意提出了表达波粒二象性的爱因斯坦———德布罗意关系：E＝hV，p＝h／入，将表征粒子性的物理量能量、动量与表征波性的频率、波长通过一个常数h相等。数学描述———矩阵力学1925年，德国物理学家海森伯和玻尔，建立了量子理论第一个数学描述———矩阵力学。数学描述——波动力学1926年，奥地利科学家提出了描述物质波连续时空演化的偏微分方程———薛定愕方程，给出了量子论的另一个数学描述——波动力学物理学家将矩阵力学与波动力学统一起来，统称量子力学。总结量子力学在低速、微观的现象范围内具有普遍适用的意义。它是现代物理

5、学基础之一，在现代科学技术中的表面物理、半导体物理、凝聚态物理、粒子物理、低温超导物理、量子化学以及分子生物学等学科的发展中，都有重要的理论意义。量子力学的产生和发展标志着人类认识自然实现了从宏观世界向微观世界的重大飞跃。