最后更新: 2024-01-09 08:54 查看: 211 次反馈刷题

量子力学的创立和索尔维会议

量子力学的建立
19、20世纪之交, 人们在黑体辐射、光电效应、氢原子光谱等许多类问题中,都发现了经典物理学无法解释的现象。这些现象不是孤立的, 而是在各类系统中普遍存在的, 且都和原子、分子等微观粒子的行为紧密相关。在这些问题中经典物理学往往连实验结果的定性行为都无法解释。这就表明, 微观世界的物理规律和宏观世界的物理定律可能存在巨大的差别,人们需要建立描述微观世界的物理理论。
普朗克黑体辐射理论、爱因斯坦光电效应理论、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论在解释实验方面都取得了成功。

![图片](/uploads/2024-01/image_20240109f65107c.png)

但它们中的每一个, 都是针对一个特定的具体问题, 都不是统一的普遍性理论。值得注意的是, 在这些成功的理论中, 普朗克常量都扮演了关键性的角色 (图4.5-3)。这就预示着这些理论之间存在着紧密的内在联系。在它们的背后, 应该存在着统一描述微观世界行为的普遍性规律。

人们在 20 世纪 20 年代成功地建立了这种普遍性理论。 1925 年, 德国物理家海森堡和玻恩等人对玻尔的氢原子理论进行了推广和改造, 使之可以适用于更普遍的情况。他们建立的理论被称为矩阵力学。很快, 1926年, 奥地利物理学家薛定谔提出了物质波满足的方程一薛定谔方程 （图 4.5-4）。把这个方程应用于氢原子, 就很容易能得到氢原子光谱的公式。同时, 这个方程还可以方便地应用于其他的系统，使玻尔理论的局限得以消除。由于这个理论
![图片](/uploads/2024-01/image_202401099c62728.png)
的关键是物质波, 因此被称为波动力学。1926年, 薛定谔和美国物理学家埃卡特很快又证明, 波动力学和矩阵力学在数学上是等价的, 它们是同一种理论的两种表达方式。

随后数年，在以玻恩、海森堡、薛定谔以及英国的狄拉克和奥地利的泡利为代表的众多物理学家的共同努力下,描述微观世界行为的理论被逐步完善并最终完整地建立起来, 它被称为量子力学 (quantum mechanics)。

量子力学是在普朗克、玻尔等人所建立的一个个的具体理论（它们被统称为 “早期量子论”) 的基础上创立的。它继承了早期量子论的成功之处并克服了其困难和局限,最终取代了早期量子论, 成为统一描述微观世界物理规律的普遍理论。

## 量子力学的应用

量子力学被应用到众多具体物理系统中, 得到了与实验符合得很好的结果, 获得了极大的成功。借助量子力学,人们深人认识了微观世界的组成、结构和属性。

量子力学推动了核物理和粒子物理的发展。人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个微观层次的物质结构。而粒子物理学的发展又促进了天文学和宇宙学的研究。从整个宇宙到微小的粒子, 人类探索自然的视野前所未有的宽广。人们惊讶地发现, 世界具有奇妙的结构, 最微观层次和最宏观层次的规律, 竟有着紧密的联系。核物理的发展, 还让人们成功地认识并利用了原子核反应堆所释放的能量一一核能。爱因斯坦说: “这是人们第一次利用太阳以外的能量。”

量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。人们认识了原子的结构, 以及原子、分子和电磁场相互作用的方式。在此基础上, 发展了各式各样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的技术, 如激光、核磁共振、原子钟,等等。激光技术使人们第一次拥有了纯净可控的光源, 我们今天能在全球范围内实现即时通信, 基础之一就是以激光为载体的光纤网络 (图4.5-5)。核磁共振技术使人们可以利用振荡的磁场测量材料中原子的性质, 因此, 被广泛地用于化学、生物研究和医学诊断。原子钟利用原子为电磁波校准频率, 从而实现了对时间的高精度测量。在日常生活和国家安全中发挥巨大作用的卫星定位技术, 其核心部件就是原子钟。

量子力学推动了固体物理的发展。人们了解了固体中电子运行的规律, 并弄清了为什么固体有导体、绝缘体和半导体之分。科学家们利用半导体的独特性质发明了晶体管等各类固态电子器件, 并结合激光光刻技术制造了大规模集成电路, 俗称 “芯片” (图 4.5-6)。这些器件利用固体的微观结构对电路进行操控, 速度和可靠性都远胜过去的电子管，而体积则小得多。靠它们，人们才可以制造体积小且功能强大的电子计算机、智能手机等信息处理设备,真正走进了信息时代。此外, 固体物理学的发展, 还为人们带来了低能耗高亮度的半导体发光技术, 并让人们认识了超导等一系列神奇的现象。

量子力学的应用还有很多。毫不夸张地说, 在过去的近一百年中, 量子力学极大地推动了人类的进步。“一步一重天，百步上云端”，人类探索自然的步伐不会停息，量子力学必将在这个征途上继续发挥巨大的基础性作用。

刷题

做题，是检验是否掌握数学的唯一真理

上一篇：德布罗意波

下一篇：放射性元素的衰变

本文对您是否有用？有用 (0) 无用 (0)