量子理论

量子理论

19世纪末20世纪初，物理学处于新旧交替的时期。生产的发展和技术的提高，导致了物理实验上一系列重大发现，使当时的经典物理理论大厦越发牢固，欣欣向荣，而唯一不协调的只是物理学天空上小小的"两朵乌云"。但是正是这两朵乌云却揭开了物理学革命的序幕：一朵乌云下降生了量子论，紧接着从另一朵乌云下降生了相对论。量子论和相对论的诞生，使整个物理学面貌为之一新。

中文名量子论外文名Quantum theory别称量子力学提出者普朗克提出时间1900年应用学科物理学适用领域范围黑体辐射数学基础微分几何、线性代数目录1简介2量子理论的发展与建立

?历史的孕育

?旧量子论的建立1简介编辑量子论是现代物理学的两大基石之一。量子论给我们提供了新的关于自然界的表述

方法和思考方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等。

2量子理论的发展与建立编辑该文回顾了从量子理论提出到量子力学建立的一段历史,详细叙述了在量子理论发展过程中每一种新的思想提出的曲折经过.

19世纪末20世纪初,物理学处于新旧交替的时期.生产的发展和技术的提高,导致了物理实验上一系列重大发现,使当时的经典物理理论大厦越发牢固，欣欣向荣，而唯一不协调的只是物理学天空上小小的"两朵乌云"。但是正是这两朵乌云却揭开了物理学革命的序幕:一朵乌云下降生了量子论,紧接着从另一朵乌云下降生了相对论.量子论和相对论的诞生,使整个物理学面貌为之一新.

马克思有句名言:"历史上有惊人的相似之处."正处于新的世纪之交的20世纪的物理学硕果累累,但也遇到两大困惑----夸克禁闭和对称性破缺.这预示着物理学正面临新的挑战.重温百年前量子论建立与发展的那段历史,也许会使我们受到新的启迪.

历史的孕育

在19世纪末,经典物理学理论已经发展到相当完备的阶段.几个主要部门----力学,热力学和分子运动论,电磁学以及光学,都已经建立了完整的理论体系,在应用上也取得了巨大成果.其主要标志是:物体的机械运动在其速度远小于光速的情况下,严格遵守牛顿力学的规律;电磁现象总结为麦克斯韦方程组;光现象有光的波动理论,最后也归结为麦克斯韦方程组;热现象有热力学和统计物理的理论.在当时看来,物理学的发展似乎已

达到了颠峰.于是,多数物理学家认为物理学的重要定律均已找到,伟大的发现不会再有了,理论已相当完善了.以后的工作无非是在提高实验精度和理论细节上作些补充和修正,使常数测得更精确而已.英国著名物理学家开尔文在一篇瞻望20世纪物理学的文章中,就曾谈到:"在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了."然而,正当物理学界沉浸在满足的欢乐之中的时候,从实验上陆续出现了一系列重大发现.如固体比热,黑体辐射,光电效应,原子结构cdots cdots这些新现象都涉及物质内部的微观过程,用已经建立起来的经典理论进行解释显得无能为力.特别是关于黑体辐射的实验规律,运用经典理论得出的瑞利-金斯公式,虽然在低频部分与实验结果符合得比较好,但是,随着频率的增

加,辐射能量单调地增加,在高频部分趋于无限大,即在紫色一端发散,这一情况被埃伦菲斯特称为"紫外灾难";对迈克尔逊-莫雷实验所得出的"零结果"更是令人费解,实验结果表明,根本不存在"以太漂移".这引起了物理学家的震惊,反映出经典物理学面临着严峻的挑战.这两件事被当时物理学界的权威称为"在物理学晴朗的天空的远处还有两朵小小的,令人不安的乌云".然而就是这两朵小小的乌云,给物理学带来了一场深刻的革命.

下表列出了世纪之交，物理学上有重大意义的实验发现：

eginmbox{年代}& mbox{人物}& mbox{贡献}1895 & mbox{伦琴} & mbox{发现X射线}1896 &mbox{贝克勒尔}& mbox{发现放射性}1896 &mbox{塞曼} & mbox{发现磁场使光谱线分裂}1897 &mbox{J.J汤姆生} &mbox{发现电子}1898 &mbox{卢瑟福} & mbox{发现}alpha.

eta mbox{射线}----1898 &mbox{居里夫妇} &mbox{发现放射性元素钋和镭}1899--1900 &mbox{卢梅尔和鲁本斯等人} &mbox{发现热辐射能量分布曲线偏离维恩分布率}--1900 &mbox{维拉德}

&mbox{发现了}gammambox{射线}1901 &mbox{考夫曼} &mbox{发现电子的质量随速度增加}1902 &mbox{勒那德} &mbox{发现光电效应基本规律}1902 &mbox{里查森} &mbox{发现热电子发射规律}1903 &mbox{卢瑟福} &mbox{发现放射性元素的蜕变规律}end

这些新的物理现象,打破了沉闷的空气,把人们的注意力引向更深入,更广阔的天地;这一系列新发现,跟经典物理学的理论体系产生了尖锐的矛盾,暴露了经典物理理论中的隐患,指出了经典物理学的局限.物理学只有从观念上,从基本假设上以及从理论体系上来一番彻底的变革,才能适应新的形势.

由于这些新发现,物理学面临大发展的局面:

1.电子的发现,打破了原子不可分的传统观念,开辟了原子研究的崭新领域;

2.放射性的发现,导致了放射学的研究,为原子核物理学作好必要的准备;

3.以太漂移的探索,使以太理论处于重重矛盾之中.为从根本上抛开以太存在的假设,创立狭义相对论提供了重要依据;

4.黑体辐射的研究导致了普朗克黑体辐射定律的发现.由此提出了能量子假说,为量子理论的建立打响了第一炮.

总之,在世纪之交的年代里,物理学处于新旧交替的阶段.这个时期,是物理学发展史上不平凡的时期.经典理论的完整大厦,与晴朗天空的远方漂浮着两朵乌云,构成了19世纪末的画卷;20世纪初,新现象,新理论如雨后春笋般不断涌现,物理学界思想异常活跃,堪称物理学的黄金时代.这些新现象与经典理论之间的矛盾,迫使人们冲破原有理论的框架,摆脱经典理论的束缚,在微观理论方面探索新的规律,建立新的理论.

旧量子论的建立

20世纪初,新的实验事实不断发现,经典物理学在解释一些现象时出现了困难,其中表现最为明显和突出的是以下三个问题:

黑体辐射问题;

光电效应问题;

原子稳定性和原子光谱.

量子概念就是在对这三个问题进行理论解释时作为一种假设而提出的。

1 黑体辐射的研究

热辐射是19世纪发展起来的一门新学科,它的研究得到了热力学和光谱学的支持,同时用到了电磁学和光学的新兴技术,因此发展很快.到19世纪末,由这个领域又打开了一个缺口,即关于黑体辐射的研究,导致了量子论的诞生.为了得出和实验相符合的黑体辐射定律,许多物理学家进行了各种尝试.

1893年德国物理学家维恩(Winhelm Wein,1864-1928)提出一个黑体辐射能量分布定律,即维恩公式.这个公式在短波部分与实验中观察到的结果较为符合,但是在长波部分则明显地与实验不符.

1900年英国物理学家瑞利(Rayleigh)和金斯(J.H.Jeans)又提出一个辐射定律,即瑞利-金斯公式,这个公式在长波部分与观察一致,而在短波(高频)部分则与实验大相径庭,导致了所谓的"紫外灾难".这个"灾难"使多数物理学家敏锐地看到,经典物理正面临着严重的危机.1900年,才华横溢而又保守谨慎的德国物理学家普朗克(MaxPlanck,1858-1947)为解决黑体辐射问题,大胆地提出了一个革命性的思想:电磁振荡只能以"量子"的形式发生,量子的能量E和频率u之间有一确定的关系:[E=h u] h为一自然的基本常数.普朗克假定:黑体以h u 为能量单位不连续地发射和吸收频率为u的辐射,而不是象经典理论所要求的那样可以连续地发射和吸收能量.令人叹为观止的是,普朗克利用这个荒谬绝伦的因素,能够在理论上得到与观察一致的能量-频率关系.

普朗克是一名出色的物理学工作者,长期从事热力学的研究工作.自1894年起,他把注意力转向黑体辐射问题.瑞利公式提出后,普朗克试图用"内插法"找到一个普遍化公式,把代表短波方向的维恩公式和代表长波方向的瑞利-金斯公式综合在一起.很快地,他就找到了:[frac{8pi h u^}{c^} ullet frac{e^{h u/KT}-1} ]这就是普朗克辐射定律.与维恩公式相比,仅在指数函数后多了一个(-1).作为理论物理学家,普朗克当然不满足于找到一个经验公式.实验结果越是证明他的公式与实验相符,就越促使他致力于探求这个公式的理论基础.为从理论上推导这一新定律,普朗克以最紧张的工作,经过两三个月的努力,终于在1900年底用一个能量不连续的谐振子假设,按照玻尔兹曼的统计方法,推出了黑体辐射公式.普朗克解决黑体辐射问题并提出能量子假说的关键,是采用了玻尔兹曼的方法.玻是热力学第二定律的统计解释的提出者.1877年,玻尔兹曼在讨论能量在分子间的分配问题时,把实际连续可变的能量分成分立的形式加以讨论.普朗克本来一直是玻尔兹曼统计观点的反对者.为此曾与玻尔兹曼进行过论战.然而,当他从热力学的普遍理论出发,无法直接推出新的辐射定律时,他只好"孤注一掷"地使用玻尔兹曼的统计方法了.出乎所有人的意料,这个"孤注一掷",不仅解决了黑体辐射问题,使一场"灾难"消于无形,更为重要的是,普朗克凭此壮举,揭示了量子论光临的曙光.普朗克的能量子概念,是近代物理学中最重要的概念之一,在物理学发展史上具有划时代的意义.自从17世纪以来,"一切自然过程都是连续的"这条原理,似乎被认为是天经地义的.莱布尼兹和牛顿创立的无限小数量的演算,微积分学的基本精神正体现了这一点;而普朗克的新思想是与经典理论相违背的,它冲破了经典物理传统观念对人们的长期束缚,这就为人们建立新的概念,探索新的理论开拓了一条新路.在这个假设的启发下,许多微观现象得到了正确的解释,并在此基础上建立起一个比较完整的,并成为近代物理学重要支柱之一的量子理论体系.许多物理学家认为:1900年不仅是历史书上一个新世纪的开始,也是物理学

发展史上一个新纪元的开端.它标志着人类对自然的认识,对客观规律的探索从宏观领域进入微观领域的物理学新时代的开始.另外,同任何新生理论一样,普朗克的量子理论仍须进一步完善.在普朗克的理论中,他只考虑器壁上振子是量子化的,而对空腔内的电磁辐射,普朗克认为它仍是连续的,只有当它们与器壁振子能量交换时,其能量才显示出不连续性.至于电磁波在空间传播过程中如何分布,普朗克亦未说明.而年轻的爱因斯坦,则在普朗克理论的基础上,为量子理论的发展打开了新的局面.

2 光电效应的研究

1905年,爱因斯坦针对经典理论解释光电效应所遇到的困难,发表了他的著名论文:<<关于光的产生和转化的一个试探性观点>>.在这篇论文中,爱因斯坦总结了光学发展中微粒说和波动说长期争论的历史,揭示了经典理论的困境,在普朗克能量子假说的基础上,提出了一个崭新的观点----光量子假说.爱因斯坦从经验事实出发,阐明了能量子存在的客观性.他指出,19世纪中期,光的波动说与电磁理论取得了绝对性的胜利,但在光的产生与转化的瞬时现象中,光的波动说与经验事实不相符.爱因斯坦注意到:如果假定黑体空腔中的电磁辐射有粒子性,即假定辐射能量由大小为h u的量子组成,就能理解普朗克的奇怪的黑体辐射定律的某些方面,而光是电磁波,可以看作由光量子组成.他在文中写道:"在我看来,如果假定光的能量在空间的分布是不连续的,就可以更好地理解黑体辐射、光致发光、紫外线产生阴极射线(即光电效应),以及其他有关光的产生和转化的现象的各种观测结果.根据这一假设,从点光源发射出来的光束的能量在传播过程中将不是连续分布在越来越大的空间中,而是由一个数目有限的局限于空间各点的能量子所组成.这些能量子在运动中不再分散,只能整个地被吸收或产生."爱因斯坦早已意识到量子概念必然会引起物理学基本理论的变革.不过,在普朗克看来,电磁场在本质上还是连续的波.在这里,爱因斯坦明确指出,光的能量不仅在辐射时是一份一份的,即量子化的,而且在传播过程中以及在与物质相互作用过程中也是一份一份的.这就是说,电磁场能量本身是量子化的,辐射场也不是连续的,而是由一个个集中存在的,不可分割的能量子组成的.爱因斯坦把这一个个能量子称为"光量子",1926年被美国物理学家路易斯定名为"光子".同时,爱因斯坦从维恩公式有效范围内的辐射熵的讨论中,得到了光量子的能量表达式:[E=h u]爱因斯坦认为,当光照到金属表面时,能量为h u的光子与电子之间发生了能量交换.电子全部吸收了光子的能量,从而具有了能量E=h u,但要使电子从金属表面逸出,则须克服金属表面对它的吸引力,损失掉一部分能量,即电子须克服吸引力而做功W(逸出功).根据能量转化和守恒定律可知,剩下的一部分能量就成为离开表面时的动能:[ E_=h u-W( ox{W和材料有关}) ]这就是爱因斯坦的光电方程.依据爱因斯坦的光量子假说和光电方程,便可以非常出色地解释光电效应的实验结果.从上式可以看到,电子逸出金属表面的速度(动能),只与光的频率和所用材料有关而与光的强度无关;当所用光的频率低于某一特定值时,即h u小于W时,无论光强多大,电子都不会逸出金属表面.1923年,美国物理学家康普顿通过X射线在物质中的散射实验,进一步证实了光量子的存在,为爱因斯坦的理论提供了有力的证据.爱因斯坦所以能得出光电方程,并对光电效应进行了正确的解释,主要是由于他对黑体辐射现象的深入理解,得到了普朗克能量子假说的启发,再加上他的坚实的知识基础和创新的精神.爱因斯坦提出光量子假说和光电方程,又的确是非常大胆的,因为在当时还没有足够的实验事实来支持他的理论,尽管理论与已有的实际观测结果并无矛盾.爱因斯坦非常谨慎,所以称之为"试探性观点".但如果我们比较详细地回顾一下光电效应的

发现史,就会更加佩服爱因斯坦的胆略.光量子理论在揭示自然规律时的重要意义不仅在于对光电效应作出了正确的解释,还表现在它使人们重新认识了光的粒子性,从而对光的本性的认识产生了一个飞跃,揭示了光既有波动性又有微粒性的双重特性,为光的波粒二象性的提出作了准备.这种特性具体表现在,作为一个"粒子"的光量子的能量E,它是与电磁波的频率u不可分割地联系在一起.具体地说,在光的衍射与干涉现象中,光主要表现出波动性;而在光电效应一类现象中则主要表现出粒子性.1909年爱因斯坦一次学术讨论会上说,理论物理学发展的下一阶段,将会出现关于光的新理论,这个理论将把光的波动说与微粒说统一起来.

3 玻尔理论

普朗克和爱因斯坦的工作在物理学史上有其重要的地位,但使量子理论产生深远影响的是玻尔.1913年,丹麦物理学家及20世纪主要科学思想家尼尔斯.玻尔再一次极其漂亮地利用了普朗克理论.他从卢瑟福的有核模型,普朗克的能量子概念以及光谱学的成就出发,得到了在相当准确度上,自然实际服从的许多分立的并稳定的能量级和光谱频率的"怪异的"规则.从而成功地解决了原子有核结构的稳定性问题,并出色地解释了氢原子的光谱.后来,依万士(E.J.Evans)的氢光谱实验证实了玻尔关于匹克林(Pickering)谱线的预见.莫塞莱(H.G.J.Moseley)测定各种元素的X射线标识谱线,证明它们具有确定的规律性,为卢瑟福和玻尔的原子理论提供了有力证据.1911年,英国物理学家卢瑟福在alpha粒散射实验的基础上,提出了原子的有核模型这个模型无疑是符合事实的.但是,一个严峻而急迫的难题,挡住了卢瑟福模型进一步发展的道路,那就是它还缺少一个理论支柱.因为,如果按照经典理论和卢瑟福模型,原子将不会稳定存在,并且原子光谱也将是连续变化的.而事实上,原子是稳定的,光谱则是分立的.丹麦物理学家玻尔(N.Bohr,1885---1962)是卢瑟福的学生,他坚信卢瑟福的有核原子模型是符合客观事实的.当然,他也很了解这个模型所面临的困难.玻尔认为,要解决原子的稳定性问题,"只有量子假说是摆脱困难的唯一出路."也就是说,要描述原子现象,就必须对经典概念进行一番彻底的改造.但是摆在玻尔面前的是重重困难,问题十分棘手.在此之前,为了解决原子模型的稳定性问题,一些物理学家曾试图将普朗克的量子假设引入到种种原子模型中,但均未获成功.但是他们的工作,给了玻尔很大的启发.玻尔决定把量子概念引入到卢瑟福的有核原子模型中.1913年初,正当玻尔苦思冥想之际,他的一位朋友汉森向他介绍了氢光谱的巴尔末公式和斯塔克的著作.他立即认识到这个公式与卢瑟福的核模型之间应当存在着密切的关系.他仔细地分析和研究了当时已知的大量光谱数据和经验公式,特别是巴尔末公式,受到了很大的启示.同时他从斯塔克的著作中学习了价电子跃迁产生辐射的理论.这样,光谱学和原子结构,这原先互不相干的两门学科,被玻尔看到了它们的内在联系.光谱学中大量的实验数据和经验公式,为原子结构提供了十分有用的信息.玻尔抓住光谱学的线索,使他的原子理论发展到一个决定性阶段.玻尔在这些基础上,深思了这些问题和前人的设想,分析了原子和光谱之间的矛盾,巧妙地把普朗克,爱因斯坦和卢瑟福的思想结合起来,创造性地将光的量子理论引入到原子结构中来,从原子具有稳定性以及分立的线状光谱这两个经验事实出发,建立了新的原子结构模型.1913年玻尔写出了伟大的三部曲:名为<<原子与分子结构>>----I.II.III的三篇论文.在这三篇论文中,玻尔提出了与经典理论相违背的两个极为重要的假设,它们是:定态假设和跃迁假设.为了具体确定定态的能量数值,玻尔提出了量子化条件,即电子的角动量J只能是h的整数倍.在这里他运用了在以后经典量子论中一直起指导作用的"对应原理".玻尔的原子结构模型取得了巨大的成功,较好地了解决

原子的稳定性问题,并且成功地解释了氢光谱的巴尔末公式,对氢原子和尖氢离子光谱的波长分布规律作出了完满的解释,使得原子物理学与光谱学很好地结合起来.同时,玻尔理论还成功地解释了元素的周期表,使量子理论取得了重大进展.狄拉克后来曾评论说:"这个理论打开了我的眼界,使我看到了一个新的世界,一个非常奇妙的世界.""我认为,在量子力学的发展中,玻尔引进的这些概念,是迈出了最伟大的一步."玻尔之所以成功,在于他全面地继承了前人的工作,正确地加以综合,在旧的经典理论和新的实验事实的矛盾面前勇敢地肯定实验事实,冲破旧理论的束缚,从而建立了能基本适于原子现象的定态跃迁原子模型.下面的图表摘自洪德(F.Hund)所著<<量子理论史>>,对玻尔理论的渊源作了精辟的分析:[光谱学成果| ][卢瑟福原子模型|- 玻尔][量子理论|/ ]

玻尔的原子理论突破了经典理论的框架,是量子理论发展中一个重要里程碑.一举对氢原子光谱和原子稳定性作出了成功的解释.但是,玻尔漂亮的设想虽极其成功,却只是提供了一种临时"凑合物"的理论.因为玻尔在处理原子问题时,并没有从根本上抛弃经典理论.例如,玻尔仍然将电子看成是经典物理学中所描述的那样的粒子,这些粒子具有完全确定的轨道行动等.实际上他的理论是经典理论与量子理论的混合体.所以人们常把1900年---1923年中发展起来的量子理论称为旧量子论.这一时期从普郎克的能量子假说,爱因斯坦的光量子说直至玻尔的原子结构模型,都表明物理学已经开始冲破了经典理论的束缚,实现了理论上的飞跃,它们的共同特征是以不连续或量子化概念取代了经典物理学中能量连续的观点.普朗克,爱因斯坦,玻尔同为旧量子理论的奠基者.他们的思想是旧量子论的重要组成部分,而玻尔理论是其核心内容.玻尔则是旧量子论的集大成者.借恩格斯评论19世纪化学状况的话来说,有了玻尔理论,就使得"现已达到的各种结果都具有了秩序相对的可靠性,已经能够系统地,差不多是有计划地向还没有征服的领域进攻,就象计划周密地围攻一个堡垒一样了".众所周知,随之而来的"进攻"是波澜壮阔,声势浩大的.所以说玻尔理论使得物理学迈出了"最大的一步".虽然新理论本身还不完善,它对实验现象的解释范围有限,但却打开了人们的思路,给人们很大的启发,它推动人们去寻找更为完善的理论.量子力学就是在这种情况下逐步建立起来的.三量子力学的建立与发展自普朗克提出量子概念后,物理学的基本理论研究已进入到近代物理的领域.在本世纪20年代,物理学理论的研究主要集中在下面三方面:一.从经典电动力学的研究进入到相对论的研究.1905年,爱因斯坦提出了狭义相对论,1917年又提出了广义相对论,从此相对论不单是理论物理学家们况相钻研的对象,而且为全世界所瞩目.

二.19世纪末麦克斯韦,玻尔兹曼,20世纪初吉布斯等人所建立的统计物理是理论物理中广泛研究的内容之一.到本世纪20年代导致了玻色爱因斯坦统计和费密狄拉克统计的出现.

三.关于原子结构的研究.1897年,汤姆生发现电子,开始了对原子结构的研究.1911年,卢瑟福提出原子的有核模型.1913年玻尔提出原子结构的量子论.从此这方面的研究愈来愈活跃.量子力学就是开始于研究原子物理中的一些不能解释的问题,由此可以说,量子力学是从讨论原子结构入手的.它的发展有两条路线,一条路线是由德布罗意提出物质波,后来薛定谔引入波函数的概念,并提出薛定谔方程,建立了波动力学;另一条路线是海森堡提出了矩阵力学,玻恩等人提出了力学量算符表示法.从两条不同的道路解决了同一个问题,即微观粒子的力学方面的运动规律.二者的统一工作主要是由狄拉克完成,并加以推广,最后完成了相对论

性的量子力学.

3.1 德布罗意物质波

作为量子力学的前奏,德布罗意的物质波理论有着特殊的重要性.早在1905年,爱因斯坦在他提出的光量子假说中,就隐含了波动性和粒子性是光的两种表现形式的思想,并预言会出现将波动说与微粒说统一起来的新理论.20年代初,正当现代物理学面临重大突破之际,具有求美眼光的德布罗意不失时机的脱颖而出了.光如何由粒子又如何由振荡组成?1923年,法国贵族及富有洞察力的物理学家----路易斯ullet德布罗意王子在他的博士论文中使这个粒子-波动的图像更加混淆,他提出实物粒子应象波动那样行为!德布罗意关于波粒二象性的研究,一方面得益于爱因斯坦相对论和光量子概念的启示;另一方面了受到布里渊把实物粒子和波联系起来的观点和影响.布里渊的尝试没有成功,可是他的思想对正在攻读博士学位的德布罗意产生了有益的影响.德布罗意把"以太"的观念去掉,把以太的波动性直接赋予电子本身,对原子理论进行深入探讨.物理学界前辈们的辛勤开拓,为后继者的探索扫清了道路.德布罗意考查了光的微粒说与波动说的历史,注意到了19世纪哈密顿(W.R.Hamilton),1805-1865)曾阐述几何光学与经典力学的相似性.因而他想到,正如几何光学不能解释光的干涉和衍射一样,经典力学也无法解释微观粒子的运动规律.所以他在一开始就有了这种想法:"看来有必要创立一种具有波动特性的新力学,它与旧力学的关系如同波动光学与几何光学的关系一样."他大胆地猜测力学和光学的某些原理之间存在着某种类比关系,并试图在物理学的这两个领域里同时建立一种适应两者的理论(这一理论后来由丹麦物理学家薛定谔完成了).1922年,以发表关于黑体辐射的论文为标标志,德布罗意向前迈出了重要的一步.在这篇文章中,他用光量子假设和热力学分子运动论推导出维恩辐射定律,而从光子气的假设下,得出普朗克定律.这说明他对辐射的粒子性有深刻的理解.这篇文章使他站在了当时物理学的前沿.对量子论的兴趣引导着德布罗意朝着将物质的波动方面和粒子方面统一起来的正确方向继续前进.1923年的夏天,德布罗意的思想突然升华到一个新的境界:普朗克的能量子论和爱因斯坦的光量子论证明了过去被认为是波的辐射具有粒子性,那么过去被认为是粒子的东西是否具有波动性呢?德布罗意后来回忆说关于这类问题"经过长期的孤寂的思索和遐想之后,在1923年我蓦然想到:爱因斯坦在1905年所作出的发现,应当加以推广,使它扩展到包括一切物质粒子,尤其是电子"的整个领域.从这年秋天起,他关于物质波的创造性思想不断地流露出来.并在9月--10月间连续在<<法国科学院通报>>上发表了三篇有关波和量子的短文,提出了将波和粒子统一起来的思想.在1924年向巴黎大学理学院递交的博士论文<<量子论的研究>>中,德布罗意把他的新观点更为系统、明确地表达了出来.他在论文中指出:"整个世纪以来,在光学上比起波动的研究方法,是过于忽视了粒子的研究方法;在实物粒子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像想得太多,而过分地忽略了波的图像呢?"他认为"任何物体伴随以波,而且不可能将物体的运动和波的传播分开".这就是说波粒二象性并不只是光才具有的特性,而是一切粒子共有的属性,即原来被认为是粒子的东西也同样具有波动性.这种与实物粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波.粒子的这种波粒二象性由德布罗意关系式p=frca可被进一步揭示.这个关系式将长期以来被认为性质完全不同的两个物理概念----动量与波长用Planck常数h有机地联系在一起.从而将粒子性与波动性融于同一客体中.虽然德布罗意的博士论文得到了答辩委员会的高度评价,认为很有独创精神.但是人们认为他的想法过于玄妙,没有认真地加以对

待.德布罗意的论文发表以后,关于物质波的理论当时并没有引起物理学界的重视.究其原因大致有以下两个方面:(1)法国科学院会议周报虽是在欧洲广为流传的杂志,但认真看它的人并不多;(2)德布罗意好争论的名声也是一个原因,他曾参与玻尔和索末菲两大学派之间关于对应原理的解释、量子数的作用、能级的数目、量子条件的应用等一系列问题的争论.如果不是他的导师朗之万把他的论文寄给爱因斯坦并劝爱因斯坦认真研读,也许他的论文在物理学界不会留下太深的印象.爱因斯坦看过德布罗意的论文后,事情起了戏剧性的变化.因为爱因斯坦在科学上有超人的美学素养,一向爱好对称的观点,认为物理世界归根结蒂应该是和谐的.德布罗意提出实物粒子具有波动性正好与他提出的光具有粒子性相对应.德布罗意在提出物质波的过程中,运用了几何光学中费马原理与经典力学中莫培督变分原理的类比,并受到爱因斯坦关于光的波粒二象性的启示.这种新观念的建立,表现出大自然具有的和谐和对称性质.同时也为波动力学的建立,提供了重要依据.另外,爱因斯坦很理解德布罗意的学说不易为人们所接受.因为他本人在1905年提出光的粒子性时,为了使他的同行们接受这个观点曾颇费周折.所以爱因斯坦给了德布罗意以有力的支持,并向其他物理学界的工作者们一一呼吁,不要小看了这位小将的工作.这样一来,德布罗意的论文经爱因斯坦的大力推荐后,引起了物理学界的广泛关注.德布罗意设想晶体对电子束的衍射实验,有可能观察到电子束的波动性.后来,戴维森和G.P汤姆森各自从电子在晶体中的衍射证明了物质波的存在.由于这方面的杰出工作,他们共同获得了1937年的诺贝尔物理学奖.

3.2 波动力学的建立

德布罗意物质波理论提出以后,人们希望建立一种新的原子力学理论来描述微观客体的运动.完成这一工作的是奥地利物理学家薛定谔.他在德布罗意物质波理论的基础上,以波动方程的形式建立了新的量子理论----波动力学.1925年夏秋之际,薛定谔正在从事量子气体的研究.这时,正值爱因斯坦和玻色关于量子统计理论的著作发表不久.爱因斯坦在1924年发表的<<单原子理想气体的量子理论>>一文,薛定谔表示不能理解,于是经常与爱因斯坦通信进行讨论.可以说,爱因斯坦是薛定谔直接的领路人,正是爱因斯坦的这篇文章,引导了薛定谔的研究方向.爱因斯坦曾大力推荐德布罗意的论文,所以薛定谔就设法找到了一份德布罗意的论文来读.在深入研究之后,薛定谔萌发了用新观点来研究原子结构的想法.他决心立即把物质波的思想推广到描述原子现象.另外,著名化学物理学家德拜对薛定谔也有积极的影响.薛定谔曾在苏黎世工业大学的报告会上向与会者介绍德布罗意的工作,作为会议主持人的德拜教授问薛定谔:物质微粒既然是波,那有没有波动方程?没有波动方程!薛定谔明白这的确是个问题,也是一个机会,于是他立刻伸手抓住了这个机会,终于获得了成功.可见,能够长期坚持做好准备,一有机会就立即抓住,是获得成功的一个关键.薛定谔认为德布罗意的工作"没有从普遍性上加以说明".因此他试图寻求一个更普遍的规律.同时,他看到矩阵力学采用了十分抽象的艰深的超越代数,因而缺乏直观性时,他决定探索新的途径.刚开始时,薛定谔试图建立一个相对论性的运动方程.他经过紧张地研究,克服了许多数学上的困难,从相对论出发,终于在1925年得到了一个与在电磁场中运动的电子相联系的波的波动方程.但是他随即发现这个波动方程在计算氢原子的光谱时得出的结果却和实验值不符合,也不能得到氢原子谱线的精细结构.他当时十分沮丧,以为自己的路线错了.过了几个月,他才从沮丧情绪中恢复过来,重新回到这一工作中来.

量子力学发展简史

量子力学发展简史 摘要： 相对论是在普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入能量子概念的基础上发展起来的，爱因斯坦提出光量子假说、运用能量子概念使量子理论得到进一步发展。玻尔、德布罗意、薛定谔、玻恩、狄拉克等人为解决量子理论遇到的困难，进行了开创性的工作，先后提出电子自旋概念，创立矩阵力学、波动力学，诠释波函数进行物理以及提出测不准原理和互补原理。终于在1925 年到1928年形成了完整的量子力学理论，与爱因斯坦的相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。 关键词：量子力学，量子理论，矩阵力学，波动力学，测不准原理 量子力学是研究微观粒子（如电子、原子、分子等）的运动规律的物理学分 支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础，是现代物理学的两大基本支柱。经典力学奠定了现代物理学的基础，但对于高速运动的物体和微观条件下的物体，牛顿定律不再适用，相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。量子力学认为在亚原子条件下，粒子的运动速度和位置不可能同时得到精确的测量，微观粒子的动量、电荷、能量、粒子数等特性都是分立不连续的，量子力学定律不能描述粒子运动的轨道细节，只能给出相对机率，为此爱因斯坦和玻尔产生激烈争论，并直至去世时仍不承认量子力学理论的哥本哈根诠释。 量子力学是一个物理学的理论框架，是对经典物理学在微观领域的一次革命。 它有很多基本特征，如不确定性、量子涨落、波粒二象性等，在原子和亚原子的微观尺度上将变的极为显著。爱因斯坦、海森堡、玻尔、薛定谔、狄拉克等人对其理论发展做出了重要贡献。原子核和固体的性质以及其他微观现象，目前已基本上能从以量子力学为基础的现代理论中得到说明。现在量子力学不仅是物理学中的基础理论之一，而且在化学和许多近代技术中也得到了广泛的应用。上世纪末和本世纪初，物理学的研究领域从宏观世界逐渐深入到微观世界；许多新的实验结果用经典理论已不能得到解释。大量的实验事实和量子论的发展，表明微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性（参见波粒二象性），微观粒子的运动不能用通常的宏观物体运动规律来描写。德布罗意、薛定谔、海森堡，玻尔和狄拉克等人逐步建立和发展了量子力学的基本理论。应用这理论去解决原子和分子范围内的问题时，得到与实验符合的结果。因此量子力学的建立大大促进了原子物理。固体物理和原子核物理等学科的发展，它还标志着人们对客观规律的认识从宏观世界深入到了微观世界。量子力学是用波函数描写微观粒子的运动状态，以薛定谔方程确定波函数的变化规律，并用算符或矩阵方法对各物理量进行计算。因此量子力学在早期也称为波动力学或矩阵力学。量子力学的规律用于宏观物体或质量和能量相当大的粒子时，也能得出经典力学的结论。在解决原子核和基本粒子的某些问题时，量子力学必须与狭义相对论结合起来（相对论量子力学），并由此逐步建立了现代的量子场论。

量子力学史简介

近代物理学史论文题目：量子力学发展脉络及代表人物简介 姓名： 学号： 学院： 2016年12月27

量子力学发展脉络 量子力学是研究微观粒子运动的基本理论，它和相对论构成近代物理学的两大支柱。可以毫不犹豫的说没有量子力学和相对论的提出就没有人类的现代物质文明。而在原子尺度上的基本物理问题只有在量子力学的基础上才能有合理地解释。可以说没有哪一门现代物理分支能离开量子力学比如固体物理、原子核粒子物理、量子化学低温物理等。尽管量子力学在当前有着相当广阔的应用前景，甚至对当前科技的进步起着决定性的作用，但是量子力学的建立过程及在其建立过程中起重要作用的人物除了业内人对于普通得人却鲜为人知。本文主要简单介绍下量子力学建立的两条路径及其之间的关系及后续的发展，与此同时还简单介绍了在量子力学建立过程中起到关键作用的人物及其贡献。 通过本文的简单介绍使普通人对量子力学有个简单认识同时缅怀哪些对量子力学建立其关键作用的科学家。 旧量子理论 量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的旧量子论包括普朗克量子假说、爱因斯坦光电效应光电子假说和波尔的原子理论。 在19世纪末，物理学家存在一种乐观情绪，他们认为当时建立的力学体系、统计物理、电动力学已经相当完善，而剩下的部分不过是提高重要物理学常数的观测精度。然而在物理的不断发展中有些科学家却发现其中存在的一些难以解释的问题，比如涉及电动力学的以太以及观测到的物体比热总小于能均分给出的值。对黑体辐射研究的过程中，维恩由热力学普遍规律及经验参数给出维恩公式，但随后的研究表明维恩公式只在短波波段和实验符合的很好，而在长波波段和实验有很大的出入。随后瑞利和金森根据经典电动力学给出瑞利金森公式，而该公式只在长波波段和实验符合的很好，而在短波波段会导致紫外光灾。普朗克在解决黑体辐射问题时提出了一个全新的公式普朗克公式，普朗克公式和实验数据符合的很好并且数学形式也非常简单，在此基础上他深入探索这背后的物理本质。他发现如果做出以下假设就可以很好的从理论上推导出他和黑体辐射公式：对于一定频率f的电磁辐射，物体只能以hf为单位吸收

量子力学的发展史及其哲学思想

十九世纪末期,物理学理论在当时看来已发展到相当完善的阶段.那时,一般的物理现象都可以从相应的理论中得到说明:物体的机械运动比光速小的多时,准确地遵循牛顿力学的规律;电磁现象的规律被总结为麦克斯韦方程;光的现象有光的波动理论,最后也归结为麦克斯韦方程;热的现象理论有完整的热力学以及玻耳兹曼,吉不斯等人建立的统计物理学.在这种情况下,当时有许多人认为物理现象的基本规律已完全被揭露,剩下的工作只是把这些基本规律应用到各种具体问题上,进行一些计算而已。 这种把当时物理学的理论认作”最终理论”的看法显然是错误的,因为:在绝对的总的宇宙发展过程中,各个具体过程的发展都是相对的,因而在”绝对真理的长河中,人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识具有相对的真理性.”生产力的巨大发展,对科学试验不断提出新的要求，促使科学试验从一个发展阶段进入到另一个新的发展阶段。就在物理学的经典理论取得上述重大成就的同时，人们发现了一些新的物理现象，例如黑体辐射，光电效应，原子的光谱线系以及固体在低温下的比热等，都是经典物理理论所无法解释的。这些现象揭露了经典物理学的局限性，突出了经典物理学与微观世界规律性的矛盾，从而为发现微观世界的规律打下基础。黑体辐射和光电效应等现象使人们发现了光的波粒二象性；玻尔为解释原子的光谱线系而提出了原子结构的量子论，由于这个理论只是在经典理论的基础上加进一些新的假设，因而未能反映微观世界的本质。因此更突出了认识微观粒子运动规律的迫切性。直到本世纪二十年代，人们在光的波粒二象性的启示下，开始认识到微观粒子的波粒二象性，才开辟了建立量子力学的途径。 量子力学诞生和发展的过程，是充满着矛盾和斗争的过程。一方面，新现象的发现暴露了微观过程内部的矛盾，推动人们突破经典物理理论的限制，提出新的思想，新的理论；另一方面，不少的人（其中也包括一些对突破经典物理学的限制有过贡献的人），他们的思想不能（或不完全能）随变化了的客观情况而前进，不愿承认经典物理理论的局限性，总是千方百计地企图把新发现的现象以及为说明这些现象而提出的新思想，新理论纳入经典物理理论的框架之内。虽然本书中不能详细叙述这个过程。尽管这些新现象在十九世纪末就陆续被发现，而量

量子力学发展史

鬼话连篇：荒诞量子力学 原创2017-01-15小学僧老和山下的小学僧 先来个绕口令渲染一下诡异的氛围，量子力学奠基人波尔曾曰：如果你第 一次学量子力学认为自己懂了，那说明你还没懂。” 为了理解这个叹为观止的理论的伟大，只能把起点设得低一些，就从认识论'说起吧！中学僧请跳过，直接看后半篇。 人类为了生存，一直试图认识和解释这个世界。最早的认识论”充满了想象，后来逐渐演化成了宗教”，比如上帝创造了万物。过了一阵子，有些人发现这种认识论"不靠谱，跪了半天祈雨，还不如萧敬腾管用！脑袋瓜好使的人就在思考世界的本源是什么”、东西为什么往下掉”，如此云云。早期的聪明人只是坐在办公室研究世界，于是这种单纯的思辨就慢慢变成了哲学” 大家围坐论道，逼格是挺高，但只能争个面红耳赤，张三说世界在乌龟背上，李四说世界在大象背上。我说哥们儿，你们就不能验证一下吗？当然不能！土鳖才动手，君子只动口，这种风气夸张到什么程度呢？亚里士多德认为女性的牙齿比男性少”，就这么一个理论，愣是被奉为经典几百年。 很长一段时间，大家就是这么靠拍脑袋研究世界。拍着拍着，突然有个家伙灵光一闪，拍出了逻辑思维，做起了实验，这就是伽利略”。伽利略是第一个系统地用严密的逻辑和实验来研究事物的人，这便是科学”的雏形，所以伽利略很伟大，属于一流伟大”这个范畴。 是不是觉得早生几百年，你我都是科学家？别天真了，其实经常以负面形象出现的亚里士多德，绝对属于当时最聪明的人，时代局限性造成的无知”不是无知。 打个补丁，本文说的科学”是单纯的一门学科，而不是形容词。啥意思呢？因为某党的某些需求，科学这个词在国内的意义急剧扩大化，以至于现在科学' 就是真理”的代名词，很多地方可以把科学”和合理”两个词互换。你的做法很科学”，你的做法很合理”，这两句话有区别吗？再看英文版：你的做法很Scienee :这可就是语病了。本文说的科学”就是“Scienee, 是—门学科，而不是理:。

量子力学的发展及应用

量子力学论文题目: 量子力学发展历史及应用领域 学生姓名武术 专业电子科学与技术 学号_ 222009322072082 班级2009 级 2班 指导教师张济龙 成绩 _ 工程技术学院 2011年12 月

量子力学发展历史及应用领域 武术 西南大学工程技术学院，重庆 400716 摘要:量子力学发展至今已有一百年了，它发展的道路并不是一帆风顺的。这一百年虽是艰难的，但是辉煌的。此后，人们发现量子力学与现代科技的联系日益紧密，它的发展潜力是不能低估的。本文从两个部分逐次论述了量子力学的发展及应用。第一部分是量子力学的发展，这部分阐述了早期量子论。第二部分是量子力学的应用，这部分阐明了量子力学在固体物理和信息科学中的应用。 关键词：早期量子论；量子力学的发展；量子力学的应用 量子力学诞生至今一百年。经过一百年的发展，它由原子层次的动力学理论，已经向物理学和其他学科以及高新技术延伸。而事实上，它已超出物理学范围；它不仅是现代物质科学的主心骨，又是现代科技文明建设的主要理论基础之一。 建立在量子概念的量子力学及其物理诠释，促使人类的思想观念产生根本性转变；虽然这新概念很抽象，但就目前文明的空前繁荣而言，量子力学所产生的影响是相当广泛的。而看看量子力学的前沿性进展新貌，则会感到心驰神往。 量子力学可谓是量子理论的第二次发展层次，第一次常称作早期量子论，第三次就是量子场论。本文除了论述这三个层次以外，又说了它在现代物理乃至现代物质科学中的地位，阐述了它应用的状况。 一.量子力学的发展 19世纪末20世纪初，人们认为经典物理发展很完美的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个的发现了。经典力学时期物理学所探讨的主要是用比较直接的实验研究就可以接触到的物理现象的定理和理论。牛顿定理和麦克斯韦电磁理论在宏观和慢速的世界中是很好的自然规律。而对于微观世界的

量子力学今后发展的真正出路在哪里

量子力学今后发展的真正出路在哪里？ 司今（jiewaimuyu@https://www.sodocs.net/doc/9418058251.html,） 量子力学是研究质点自旋运动的力学，它不能放弃“波粒二象性”认识的根本原因在于：我们无法用经典粒子概念来解释光的“衍射、干涉”等具有波性的现象。 在经典粒子概念中，粒子就没有自旋和自旋磁场性，粒子通过的物质空间也没有磁场性。但现代物理学已证明，质子、中子、电子、光子等都具有自旋和自旋磁矩性，这说明它们已不同于经典粒子，它们具有自旋和磁场双重性；但量子力学在探讨光衍射现象时，倒是把光的这一本质性给忘记了，同时也忽略了由自旋粒子（如质子、中子、电子等）组成的窄缝空间也是一个磁场空间；试想，一个有自旋磁场的粒子通过一个有磁场的空间，这个粒子运动还会像经典粒子那样作直线运动吗？ 如果我们认真地将粒子们的双重性与物质空间磁场性有机结合起来，我想，解决粒子“干涉、衍射”问题并不难，关键难得是我们将如何改造与舍弃我们现有的量子力学？如何补充与完善我们的经典物理学？ 我们要始终牢记，微观世界的物体运动与宏观世界的物体运动存在本质区别，那就是在我们眼里和经典理论中，宏观物体运动是没有自旋与自旋场集于一身的物体；更要牢记，空间宏观物体的磁场对其他物体运动的影响要比微观世界小得多。 “波粒二象性”不是研究微观世界的真正出路，把握微观世界粒子的自旋与自旋磁场性及微观空间存在磁场性才是我们真正打开微观世界大门的一把金鈅匙。 我们必须抛弃“波粒二象性”思想，回归到创新的经典力学中来，这是量子力学今后发展必须付出的代价！但就目前来看，我们的物理学主流界能答应吗？ 一个理论的正确与否关键在于可不可以通过实验验证，验证就要有一个清晰的模型图景；在宏观世界中，我们能够找到有“场与自旋”的物理模型就非“磁陀螺运动”莫属了，因此，我的“自旋场理论”就是从研究“磁陀螺在磁场中运动”开始的。 我认为，将来的量子力学必然是带有自旋磁场的质点运动与空间或物质自旋场有机结合的力学，这种结合是对牛顿质点力学与库伦“点荷”理论的回归；用研究、对待自旋磁陀螺的眼光来重新审视微观世界的那些“精灵们”，像牛顿力学体系那样，从“公理”出发，建立我们微观世界的真正物理理论体系，这样，我们的物理学才会真正走进微观世界的殿堂，才能真正走进量子大时代！ 我期待着这一时刻的到来！ 【附】：几种物理学体系的比较

量子力学的历史和发展

量子力学的历史和发展 量子论和相对论是现代物理学的两大基础理论。它们是在二十世纪头30年发生的物理学革命的过程中产生和形成的，并且也是这场革命的主要标志和直接的成果，量子论的诞生成了物理学革命的第一声号角。经过许多物理学家不分民族和国籍的国际合作，在1927年它形成了一个严密的理论体系。它不仅是人类洞察自然所取得的富有革命精神和极有成效的科学成果，而且在人类思想史上也占有极其重要的地位。如果说相对论作为时空的物理理论从根本上改变人们以往的时空观念，那么量子论则很大程度改变了人们的实践，使人类对自然界的认识又一次深化。它对人与自然之间的关系的重要修正，影响到人类对掌握自己命运的能力的看法。量子论的创立经历了从旧量子论到量子力学的近30年的历程。量子力学产生以前的量子论通常称旧量子论。它的主要内容是相继出现的普朗克量子假说、爱因斯坦的光量子论和玻尔的原子理论。 热辐射研究和普朗克能量子假说 十九世纪中叶，冶金工业的向前发展所要求的高温测量技术推动了热辐射的研究。已经成为欧洲工业强国的德国有许多物理学家致力于这一课题的研究。德国成为热辐射研究的发源地。所谓热辐射就是物体被加热时发出的电磁波。所有的热物体都会发出热辐射。凝聚态物质(固体和液体)发生的连续辐射很强地依赖它的温度。一个物体被加热从暗到发光，从发红光到黄光、蓝光直至白光。1859年，柏林大学教授基尔霍夫(1824—1887年)根据实验的启发，提出用黑体作为理想模型来研究热辐射。所谓黑体是指一种能够完全吸收投射在它上面的辐射而全无反射和透射的，看上去全黑的理想物体。1895年，维恩(1864—1928年)从理论分析得出，一个带有小孔的空腔的热辐射性能可以看作一个黑体。实验表明这样的黑体所发射的辐射的能量密度只与它的温度和频率有关，而与它的形状及其组成的物质无关。黑体在任何给定的温度发射出特征频率的光谱。这光谱包括一切频率，但和频率相联系的强度却不同。怎样从理论上解释黑体能谱曲线是当时热辐射理论研究的根本问题。1896年，维恩根据热力学的普遍原理和一些特殊的假设提出一个黑体辐射能量按频率分布的公式，后来人们称它为维恩辐射定律。普朗克就在这时加入了热辐射研究者的行动。普朗克(1858—1947年)出身于一个书香门第之家，曾祖父和祖父曾在哥廷根大学任神学教授，伯父和父亲分别是哥廷根大学和基尔大学的法学教授。他出生在基尔，青年时期在慕尼黑度过。17岁进慕尼黑大学攻读数学和物理学，后来转到柏林大学受教于基尔

第1章 量子理论基础

第一章 量子理论基础 例题解析 1 金属钠的逸出功是2.3eV, 波长5.890x10-7m 的光能否从金属钠表面打出光电子？在金属钠上发生光电效应的临域频率是多少？ 解： (1) 根据Einstein 光电方程0 2 21w mv h += ν可知，只有当入射光的能量0 w h >ν时，才可能使电子克服逸出功而产生动能为22 1 mv 的光电子。 J J eV w 19 19 010 685.310 602.13.23.2--?=??== 由于18103-?==ms c c ，λν，波长5.890x10-7m 的光的能量为： J c h h 19 7 834 10 375.310 890.510 310 626.6---?=??? ?==λ ν 可见，0w h <ν，波长5.890x10-7m 的光不能从金属钠表面打出光电子。 (2) 通过逸出功和临域频率之间的关系，即00νh w =，可获得金属钠的临域频率。 1 14 34 190010 561.510 626.610685.3---?=??= = s h w ν 2 对任意实物粒子，物质波波长为λ，欲求其动能可用下面哪个公式？ (1) λ hc (2) 2 22λ m h (3) eV 解： 因为光速C 、频率ν和波长λ有如下关系： λ νC = 故光子能量为)(λνεc h h ==。所以(1) 式只适用于光。不适用于实物粒子。 (3) 式为一个电子通过电势差V 所获得的能量，仅对电子适用。 对任意实物粒子，动量p=mv 。故mT mv m mv P 2212)(222=?==，T 为粒子动能。根据德布罗依关系式mT h P h 2= =λ有2 22λ m h T = 所以(2) 式对任意实物粒子 都适用。

第四章从经典物理学到量子力学

第四章从经典物理学到量子力学 §4 - 1 从经典物理学到前期量子论 到19世纪末，经典物理学已经建立了比较完整的理论体系。 力学分析力学，存在海王星的预言及其被证实 电磁学麦克氢原子光谱斯韦方程组，预言了电磁波的存在 热力学+统计物理学 量子力学的研究对象：微观粒子。

量子理论的发展轨迹： 能量子：黑体辐射 光量子：光电效应 固体比热 氢原子光谱 一黑体辐射普朗克的能量子假说( 1 ) 热辐射的基本概念 热辐射：一切物体的分子热运动将导致物体向外不断地发射电磁波。这种辐射与温度有关。温度越高，发射的能量越大，发射的电磁波的波长越短。

平衡热辐射或平衡辐射:如果物体辐射出去的能量恰好等于在同一时间内所吸收的能量，则辐射过程达到了平衡。 单色辐射出射度(简称单色辐出度，用)(T M λ表示)：在单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的，单位波长范围内的电磁波能量，即 λλd )(d )(T M T M =， (4. 1) where d M ( T ):在单位时间内从物体表面单位面积上所辐射出来的，波长在λ 到

λ+d λ 范围内的电磁波能量。 辐射出射度(简称辐出度，在单位时间内从物体表面单位面积上辐射出来的各种波长电磁波能量的总和) ?? ∞==0d )()(d )(λλT M T M T M . (4. 2) 单色吸收比),(T λα和单色反射比),(T λρ：在温度为T 时，物体吸收和反射波长在λ 到λ + d λ 范围内的电磁波能量，与相应波长的入射电磁波能量之比，分别称为该物体的单

色吸收比),(T λα和单色反射比),(T λρ。对于不透明的物体，有 1),(),(=+T T λρλα. (4. 3) ( 2 ) 基尔霍夫定律和黑体 基尔霍夫辐射定律: 对每一个物体来说，单色辐出度与单色吸收比的比值),(/)(T T M λαλ，是一个与物体性质无关(而只与温度和辐射波长有关)的普适函数。即 ),(),()(),()(2211T I T T M T T M λλαλαλλ===Λ, (4. 4)

量子力学的发展进程

量子力学的发展进程 黑体2014 摘要：简述了量子力学的发展进程。量子力学是近代物理学的重要组成部分,是研究微观粒子(分子、原子、原子核、基本粒子等)运动规律的一种基础理论。它是本世纪二十年代在总结大量实验事实和旧量子论的基础上建立起来的。它的发展曾经引起物理思想上的巨大变革,它产生的影响,绝不局限于物理学和化学这两门学科,而且还涉及人类认识本身的种种基本问题。因此对它的发展进程进行研究有着特别的重要意义。笔者想在这篇文章中对量子力学的发展进程作一简要的回顾,并就自己在学习周世勋《量子力学教程》这门课程中一些疑惑和感想做一说明。 关键词：量子力学；进程；学习心得

The development process of quantum mechanics Abstract:Briefly describes the development process of quantum mechanics. It is an important part of modern physics, quantum mechanics is the study of microscopic particles (molecules, atoms, nuclei, elementary particles, etc.) a basic theory of the motion law. It is in the 20 s of this century in summing up a lot of experimental facts and the old quantum theory established on the basis of it. Its development has caused physical and ideological change, the impact of it, not limited to the physics and chemistry, the two subjects, but also the basic problem of human cognition itself. So the study of its development process has a special significance. In this article the development process of quantum mechanics makes a brief review of, and in their learning Zhou Shixun in the course of the quantum mechanics course some doubts and thoughts. Key words:Quantum mechanics; Process; The learning

量子力学的产生与发展

量子力学的产生与发展 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。 量子的诞生 19世纪末正当人们为经典物理取得重大成就的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个地发现了。德国物理学家维恩通过热辐射能谱的测量发现的热辐射定理。1900年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。普朗克利用内插法,将适用于短波的维恩公式和适用于长波的瑞利―金斯公式衔接起来.在1900年提出了一个新的公式。量子论就这样随着二十世纪开始由伟大的物理学家普朗克把它带到我们这个世界来。虽然在围绕原子论的争论过程中，玻尔兹曼(1844—1966年)在反驳唯能论时说过“怎么能说能量就不像原子那样分立存在呢？”这样的话，马赫(1838—1916年)曾经表明化学运动不连续性的观点，但真正把能量不连续的概念引入物理学的是普朗克。因为能量不连续的概念与古典物理学格格不入，物理学界对它最初的反映是冷淡的。物理学家们只承认普朗克公式是同实验一致的经验公式，不承认他的理论性的量子假说。普朗克本人也惴惴不安，因为他的量子假设是迫不得已的“孤注一掷的举动”。他本想在最后的结果中令h→0，但却发现根本办不到。他其后多年试图把量子假说纳入古典物理学框架之内，取消能量的不连续性，但从未成功。只有爱因斯坦最早认识到普朗克能量子概念在物理学中的革命意义。

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。 量子的青年时代 杂乱的数字以及有趣的台阶想法 从光谱学中，我们知道任何元素都产生特定的唯一谱线。这些谱线呈现什么规律以及为什么会有这些规律，却是一个大难题。拿氢原子的谱线来说吧，这是最简单的原子谱线了。它就呈现为一组线段，每一条线都代表了一个特定的波长。比如在可见光区间内，氢原子的光谱线依次为：656，484，434，410，397，388，383，380……纳米。这些数据无疑不是杂乱无章的，1885年，瑞士的一位数学教师巴尔末（Johann Balmer）发现了其中的规律，并总结了一个公式来表示这些波长之间的关系，这就是著名的巴尔末公式。将它的原始形式稍微变换一下，用波长的倒数来表示，则显得更加简单明了：ν＝R（1/2^2 - 1/n^2） 1913年丹麦物理学家玻尔疑惑于卢瑟福原子行星模型的不稳定，建了一所“诺贝尔奖幼儿园”的卢瑟福向他推荐了这个公式。在玻尔眼里，这无疑是一个晴天霹雳，它像一个火花，瞬间点燃了玻尔的灵感，所有的疑惑在那一刻变得顺理成章了，玻尔知道，隐藏在原子里的秘密，终于向他嫣然展开笑颜。一个大胆的想法在玻尔的脑中浮现出来：如同具有一定势能的人从某一层台阶上跳下来一样。台阶数“必须”是整数，就是我们的量子化条件。原子内部只能释放特定量的能量，说明电子只能在特定的“势能位置”之间转换。也就是说，电子只能按照某些“确定的”轨道运行，这些轨道，必须符合一定的势能条件，从而使得电子在这些轨道间跃迁时，只能释放出符合巴耳末公式的能量来。氢原子的光谱线代表了电子从一个特定的台阶跳跃到另外一个台阶所释放的能量。因为观测到的光谱线是量子化的，所以电子的“台阶”（或者轨道）必定也是量子化的，它不能连续而取任意值，而必须分成“底楼”，“一楼”，“二楼”等，在两层“楼”之间，是电子的禁区，它不可能出现在那里。正如一个人不能悬在两级台阶之间漂浮一样。如果现在电子在“三楼”，它的能量用W3表示，那么当这个电子突发奇想，决定

量子力学基础

《大学物理》作业 No .8量子力学基础 班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______ 一、选择题：（注意：题目中可能有一个或几个答案正确。） 1. 静止质量不为零的微观粒子作高速运动，这时粒子物质波的波长λ与速度v 有如下关系： [ C ] (A) v ∝λ (B) v 1 ∝λ (C) 2211c v -∝ λ (D) 22v c -∝λ 解：由德布罗意公式和相对论质 — 速公式 2 201 1c v m mv h p -= == λ 得2 20 1 1c v m h - =λ，即2211c v -∝λ 2. 不确定关系式 ≥???x p x 表示在x 方向上 [ D ] (A) 粒子位置不能确定 (B) 粒子动量不能确定 (C) 粒子位置和动量都不能确定 (D) 粒子位置和动量不能同时确定 3. 将波函数在空间各点的振幅同时增大D 倍，则粒子在空间的分布概率将 [ D ] (A) 增大2 D 倍。 (B) 增大2D 倍。 (C) 增大D 倍。 (D) 不变。 4. 已知粒子在一维矩形无限深势阱中运动，其波函数为： )(23cos 1)(a x a a x a x ≤≤-= πψ 那么粒子在6 5a x =处出现的概率密度为 [ A ] a 21(A ) a 1 (B) a 21(C) a 1(D) 解：概率密度 )23(cos 1)(22 a x a x πψ=

将65a x =代入上式，得 a a a a x 21)6523(cos 1)(22=?=πψ 5. 波长 λ = 5000 ?的光沿x 轴正方向传播，若光的波长的不确定量?λ=103-?，则利用不确定关系h p x x ≥???可得光子的x 坐标的不确定量至少为： [ C ] (A) 25cm （B ）50cm (C) 250cm (D) 500cm 解：由公式p = λh 知： △322105000 -?-=?-=h h p λλ 利用不确定关系h p x x ≥???，可得光子的x 坐标满足 91025?=?≥ ?x p h x ?=250cm 二、填空题 1. 低速运动的质子和α粒子，若它们的德布罗意波长相同，则它们的动量之比=αP :p p 1:1 ；动能之比=αP :E E 4:1 。 解：由p = λ h 知，动量只与λ有关，所以1:1:αP =p p ； 由非相对论动能公式m p E 22 k =，且αp p p =，所以1:4:αP ==p m m E E α 2. 在B = 1.25×10 2 -T 的匀强磁场中沿半径为R =1.66cm 的圆轨道运动的α粒子的德布罗 意波长是 0.1 ? 。(普朗克常量h = 6.63×10-34J·s ,基本电荷e = 1.6×10-19 C) 解：由牛顿第二定律= evB 2R mv 2得eBR mv p 2==，又由λ h p =得 1.0(m)10998.010 66.11025.1106.121063.62112 21934 ≈?=???????===-----eBR h p h λ? 3. 若令c m h e c = λ (称为电子的康普顿波长，其中m e 为电子静止质量，c 为光速，h 为普

量子理论的发展

§6 量子理论的发展 背景 玻尔理论成功地解释了原子的稳定性及氢原子光谱的规律性。为人们认识微观世界和建立近代量子理论打下了基础。 但玻尔理论是经典与量子的混合物，存在着许多不协调。如它既保留了经典的确定性轨道，又假定量子化条件来限制电子的运动。它不能解释稍微复杂的问题，正是这些困难，迎来了物理学的大革命。 1．量子力学：研究微观粒子运动的基本理论，它和相对论构成近代物理学的两大支柱。2．线索: 德布罗意→薛定谔→薛定谔波动方程 海森堡→波恩，提出矩阵力学→→→→量子力学 3．代表人物: 玻尔、泡利、索末菲、海森堡、G·P·汤姆逊、戴维森、等 一德布罗意波的提出 1．德布罗意(Louis Victorde Broglie,1892～1989) 法国物理学家。1892年8月15日生于下塞纳的迪耶普。出身贵族。1910年获巴黎大学文学学士学位，1913年获理学硕士学位。第一次世界大战期间，在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站服役。战后一方面参与他哥哥的物理实验工作，一方面拜朗之万为师，研究与量子有关的理论物理问题，攻读博士学位。 1923年9～10月间，连续在《法国科学院通报》上发表三篇短文：《辐射─波和量子》、《光学─光量子、衍射和干涉》、《物理学─量子、气体动理论及费马原理》，在1924年通过的博士论文《量子论研究》中提出了德布罗意波（相波）理论。1927年由美国贝尔实验室的戴维孙(C．J．Davisson)、革未(L．H．Germer)及英国的汤姆孙(G．P．Thomson)通过电子衍射实验证实，1929年获诺贝尔物理学奖，成为第一个以学位论文获得诺贝尔奖金的学者。1932年任巴黎大学物理教授，1933年被选为法国科学院院士。1942年任该院常任秘书，1962年退休，1987年3月去世，享年95岁。主要著作有：《波动力学导论》，《物质和光：新物理学》，《物理学中的革命》，《海森伯不确定关系和波动力学的概率诠释》等。 2．思维过程 德布罗意是爱因斯坦光量子假说的追随者，但他深感爱因斯坦地光量子理论并没有使从牛顿-惠更斯时代起就存在的光的微粒说和波动说的分歧得到解决，只不过是使光的微粒说又重新抬头而已。 因此他战后重新开始理论物理学的研究时，就把自己工作的重点放在用统一的理论描述光的行为，即想给光量子假说再披上一件波动的外衣，同时希望能把这一结论推广到实物粒子上。 德布罗意在获得诺贝尔奖的演讲《电子的波动性》中说：人们无法理解，为什么对于光来说，需要两种相互矛盾的学说，即波动说和微粒说。为什么原子中的电子只有可能进行某些运动，而按经典概念它应当有无穷多的运动。…… 当我开始思考这些困难时，主要有两个问题吸引着我。第一个问题是，不能认为光量子理论是令人满意的，因为它是用ω=hν这个关系式来确定光微粒的能量，其中包含着频率ν。可是纯粹的粒子理论不包含任何定义频率的因素。对于光来说，单是这个理由就需要同时引进粒子的概念和周期的概念。另一个问题是，确定原子中电子的稳定运动涉及到整数，而至今物理学中涉及整数的只有干涉现象和本征振动现象。这使我想到，不能用简单的微粒来描述电子本身，而应当赋予它们以周期的概念。

量子力学基础

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第一章量子力学基础 一、教案目的： 通过本章学习，掌握微观粒子运动的特征、量子力学的基本假设，并初步学习运用薛定谔方程去分析和计算势箱中粒子运动的有关问题:b5E2RGbCAP 二、教案内容： 1、微观粒子的运动特征 黑体辐射和能量量子化；光电效应和光子学说；实物粒子的波粒二相性；不确定关系； 2、量子力学基本假设 波函数和微观粒子的状态；物理量和算符；本征态、本征值和薛定谔方程；态叠加原理；泡利原理； 3、箱中粒子的薛定谔方程及其解 三、教案重点 微观粒子运动的特征、量子力学的基本假设 四、教案难点： 量子力学的基本假设 五、教案方法及手段 课堂教案 六、课时分配： 微观粒子的运动特征 2学时 量子力学基本假设 4学时

箱中粒子的薛定谔方程及其解 2学时 七、课外作业 课本p20～21 八、自学内容 1-1微观粒子的运动特征 1900年以前，物理学的发展处于经典物理学阶段<由Newton的经典力学，Maxwell的的电磁场理论，Gibbs的热力学和Boltzmann的统计物理学），这些理论构成一个相当完善的体系，对当时常见的物理现象都可以从中得到说明。p1EanqFDPw 在经典物理学取得上述成就的同时，通过实验又发现了一些新现象，它们是经典物理学无法解释的。如黑体辐射、光电效应、电子波性等实验现象，说明微观粒子具有其不同于宏观物体的运动特征。DXDiTa9E3d 电子、原子、分子和光子等微观粒子，它们表现的行为在一些场合显示粒性，在另一些场合又显示波性，即具有波粒二象性的运动特征。人们对这种波粒二象性的认识是和本世纪物理学的发展密切联系的，是二十世纪初期二十多年自然科学发展的集中体现。RTCrpUDGiT 1.1.1黑体辐射和能量量子化——普朗克< planck）的量子假 说：量子说的起源 黑体是一种能全部吸收照射到它上面的各种波长的光，同时也能在同样条件下发射最大量各种波长光的物体。 带有一个微孔的空心金属球，非常接近于黑体，进入金属球小孔的辐射，经过多次吸收、反射，使射入的辐射全部被吸收。当空腔受热时，空腔壁会发出辐射，极小部分通过小孔逸出。5PCzVD7HxA

量子理论发展史

量子理论发展史 20世纪初，Planck提出了能在全波段与观测结果符合的黑体辐射能量密度随频率分布的公式，即Planck公式。要从理论上导出Planck公式，需假定物体吸收或发射电磁辐射，只能以“量子”（quantum）的方式进行，每个“量子”的ε.由于能量不连续的概念在经典力学中是完全不容许的，所以尽管这能量为hv = 个假设能堆到出与实际观测极为符合的Planck公式，在相当长的时间内量子假设并未受到重视。 Einstein在用量子假设说明光电效应问题时提出了光量子概念，他认为辐射场就是由光量子组成，采用光量子概念后光电效应中的疑难迎刃而解。Einstein 和P.J.W.Debye进一步把能量不连续的概念应用于固体中原子的振动，成功解释了温度趋于零时固体比热容趋于零的现象。至此，物理学家们才开始重视能量不连续的概念，并用它来解决经典物理学中的其它疑难问题。比较突出的是原子结构与原子光谱的问题。 1896年，汤姆生提出原子结构的葡萄干面包模型，即正电荷均匀分布于原子中，电子以某种规则排列镶嵌其中。1911年，卢瑟福根据α粒子的散射实验提出了原子的有核模型:原子的正电荷及几乎全部质量集中于原子中心很小的区域，形成原子核，电子围绕原子核旋转。有核模型可以很好解释α粒子的大角度散射实验，但引来了两大问题：（1）原子的大小问题。在经典物理框架中思考卢瑟福的有核模型，找不到一个合理的特征长度。（2）原子的稳定性问题。电子围绕原子核的加速旋转运动。按照经典电动力学，电子将不断辐射能量而减速，轨道半径不断缩小，最后掉到原子核上，原子随之塌缩。但现实世界表明，原子稳定地存在于自然界。矛盾就这样尖锐地摆在面前，亟待解决。 此时，丹麦年轻的物理学家玻尔来到卢瑟福的的实验室，他深深为此矛盾吸引，在分析了这些矛盾后，玻尔深刻认识到原子世界必须背离经典电动力学。玻尔把作用量子h（quantum of action）引进卢瑟福模型，提出原子的量子论：一是原子的具有离散能量的定态概念，一是两个定态之间的量子跃迁概念和频率条件。[4]然而，玻尔理论应用到简单程度仅次于氢原子的氦原子时，结果与实验不符。对微观粒子的运动规律的探索显得紧迫。为了达到这个目的，1924年德布罗意在光有波粒二象性的启示下，提出了微观粒子也具有波粒二象性的假说。[5]提出了德布罗意关系，按照德布罗意关系，与自由粒子联系的波是一个平面波。1927年，戴维孙和革末的电子衍射实验证明了德布罗意假说的正确性。 量子力学理论在1923—1927年间建立起来。微观粒子的量子态用波函数来描述，Schrodinger 方程表示微观粒子波函数随时间变化的规律。海森堡的矩阵

量子理论基础

班级___________学号______姓名___________ 第12-1 光的量子性 1. 下列各物体哪个是绝对黑体？( ) (A)不辐射任何光线的物体 (B)不能反射任何光线的物体 (C)不能反射可见光的物体 (D)不辐射可见光的物体 2. 金属的光电效应的红限依赖于：( ) (A)入射光的频率 (B)入射光的强度 (C)金属的逸出功 (D)入射光的频率和金属的逸出功 3. 关于光电效应有下列说法： (1)任何波长的可见光照射到任何金属表面都能产生光电效应； (2)若入射光的频率均大于一给定金属红限，则该金属分别受到不同频率，强度相等的光照射时，释出的光电子的最大初动能也不同； (3)若入射光的频率均大于一给定金属红限，则该金属分别受到不同频率，强度相等的光照射时，单位时间释出的光电子数一定相等； (4)若入射光的频率均大于一给定金属的红限，则当入射光频率不变而强度增大一倍时，该金属的饱和光电流也增大一倍. 其中正确的是：( ) (A) (1)，(2)，(3) (B) (2)，(3)，(4) (C) (2)，(3) (D) (2)，(4) 4. 一个光子的能量等于一个电子的静能量，则该光子的波长λ=_____________，动量p= ____________，质量m=____________ . 5. 已知钾的逸出功为2.0eV，如果用波长为3.60 ×10-7m的光照射在钾上，则光电效应的遏止电压的绝对值U a=__________________，从钾表面发射出电子的最大速度v max=_____________. (h= 6.63×10-34Js，1eV=1.6×10-19J，m e=9.11×10-31kg) 6. 某一波长的X光经物质散射后，其散射光中包含波长________和波长_______的两种成份，其中__________的散射成份称为康普顿散射. 7. 康普顿散射中，当出射光子与入射光子方向成夹角θ=_________时，光的频率

量子理论的历史发展(第一卷、第一分册)P196

量子理论的历史发展（第一卷、第一分册）P196-201 几个月以后，在1909年9月21日，爱因斯坦在萨尔茨堡的第81届德国科学家大会（Natur forscherersammlung）上发表了一篇演讲，题为“Uber die Entwicklung userer Anschauungen uber das Wesen und die Konstitution der Strahlung（论我们关于辐射之本性及构造的概念的发展）”；在演讲中，在许多物理学家 和数学家面前重述了导致涨落公式（79）的那些主要论点(162)【（162）出席会议的人中包括：M．玻恩、J．埃尔斯特、P．爱波斯坦、J．夫兰克ph·夫兰克、J．冯·盖特勒、A．戈克尔、O．哈恩、W．霍尔瓦希、F．哈泽内尔、D．洪德罗斯、L．霍普夫、H．凯泽尔、R．拉登堡、M．冯·劳厄、L．迈特纳、E．迈耶、G·米、M·普朗克、F·赖歇、H·鲁本斯、C·谢弗、K·谢尔、E·冯·施韦德勒、H．西登托夫、A 索末菲、J．斯塔克、W．施托伊宾和W．佛克脱．（参阅赫尔曼，1969，P．71注17）．】然后他就指出了一件事 实：“现在还不能表述一种数学的辐射理论，用来既描述［它的］波动结构又描述由［方程80］的］第一项推得的结构（量子结构）”（爱因斯坦，1909b，p．824）．爱因斯坦也并没有这样一种统一的理论，但是他提出了下列的建议： 不过在我看来比什么都自然的一种图象［就是］，光的电磁场的出现是和一些奇点联系着的，就象电子理论中静电场的出现一样。人们不能完全排除这样一种可能性：在这样一种理论中，电磁场的总能己可以看成是定域在这些奇点上的，正如在旧的超距作用理论中一样．我设想，譬如说每一个这样种奇点都被—个力场包围着、这个力场本质上具有平面波的特点，其振幅随着到奇点的距离的增大而减小．如果存在许多这样的奇点，它们之间的距离远小于一个奇点的力场的广延，则各力场将互相重在而共同形成一个波动着的力场，它和现有电磁理论意义下的波场只有很小的差别．我们当然用不着特别强调，只要这样一种图象还不能导致一种精确的理论，就不应该认为它有任何价值．我只是想用［这个例子］来说明，由于有”普朗克公式而必须指定给辐射的两种结构性质（波动结构和量子结构），不一定要被看成是彼此不相容的。（爱因斯坦，1909b，PP824-825(163)。【（163）爱因斯坦在他从前的论文中曾经指明上面说过的这些想法可以怎样实现；他在那里引用了——早先由普朗克和金斯观察到的——一个事实，即e2/c这个以此处e是电子的电量而c是真空中的光速】和作用量子具有相同的量纲，并可以用一个等式联系起来，二者差一个数量级为100的因子．他曾经论证说，“在我看来，从等式h=e2/c似乎就可以得出，［理论的］那种蕴涵［电的］基元量子的存在的同一修订，也必将导致辐射的的量子结构”（爱因斯坦，1909a，pp．192—193）．这就

量子力学发展历程

量子力学发展历程 摘要：量子理论是在普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入能量子概念的基础上发展起来的，爱因斯坦提出光量子假说、运用能量子概念使量子理论得到进一步发展。玻尔、德布罗意、薛定谔、玻恩、狄拉克等人为解决量子理论遇到的困难，进行了开创性的工作，先后提出电子自旋概念，创立矩阵力学、波动力学，诠释波函数进行物理以及提出测不准原理和互补原理。终于在1925年到1928年形成了完整的量子力学理论，与爱因斯坦的相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。 关键词：量子力学；量子理论；矩阵力学；波动力学；测不准原理 量子力学(Quantum Mechanics)是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质，光的吸收与辐射等等方面。从1900年到1913年量子论的早期提出，到经过许多科学家如玻恩、海森伯、玻尔等人的努力诠释，量子力学得到了进一步发展。后来遭到爱因斯坦和薛定谔等人的批评，他们不同意对方提出的波函数的几率解释、测不准原理和互补原理。双方展开了一场长达半个世纪的论战，至今尚未结束。 1 普朗克的能量子假设 普朗克在黑体辐射的维恩公式（u = b(λ^-5)(e^-a/λT)）和瑞利公式（u = 8π(υ^2)kT / c^3）之间寻求协调统一，找到了与实际结果符合极好的内插公式，迫使他致力于从理论上推导这一新定律。1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解释了黑体辐射现象。 2光电效应和固体比热的研究 普朗克的出能量子假说具有划时代的意义，但是，不论是他本人还是同时代人当时对这一点都没有充分认识。爱因斯坦最早明确地认识到，普朗克的发现标志了物理学的新纪元.1905年，爱因斯坦在其论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》中，发展了普朗克的量子假说，提出了光量子概念，并应用到光的发射和转化上，很好地解释了光电效应等现象。在那篇论文中，爱因斯坦总结了光学发展中微粒说和波动说长期争论的历史，提示了经典理论的困境，提出只要把光的能量看成不是连续的，而是一份一份地集中在一起，就可以作出合理的解释。与此同时，他还大胆地提出了光电方程，当时还没有足够的实验事实来支持他的理论，因此，爱因斯坦称之为“试探性观点”。但他的光量子理论并没有及时地得到人们的理解和支持，直到1916年，美国物理学家密立根对爱因斯坦的光电方程作出了全面的验证，光量子理论才开始得到人们的承认。1906年，爱因斯坦将普