量子力学的建立

  • 量子力学的建立已关闭评论
  • 7 views
  • A+
所属分类:物理学

  量子力学的建立 量子力学是现代物理学的理论基础之一,是研究微观粒子运动规律的科学,使人 们对物质世界的认识从宏观层次跨进了微观层次。自1900年普朗克提出量子假设以来, 量子力学便以前所未有的速度发展起来,紧接着是1905年爱因斯坦提出光量子假说,直 接推动了量子力学的产生与发展。而玻尔运用量子理论和核式结构模型解决了氢原子光 谱之谜。之后德布罗意的物质波理论使经典物理学的卫道士们大吃一惊。海森堡的矩阵 力学、“不确定原理”和薛定谔的波动力学成了量子力学独当一面的基础。什么是转基因食品而数学高手 狄拉克在此基础上进一步实现了量子力学的统一,建立了着名的“狄拉克方程”。泡利 的“不相容原理”又给量子力学抹上了灿烂的一笔。 综观其发展史可谓是群星璀璨、光彩纷呈。它不仅较大地推动了原子物理、原子核物理 、光学、固体材料、化学等科学理论的发展,还引发了人们对哲学意义上的思考。 马克斯.普朗克(1858-1947) 德国理论物理学家。1874年进入慕尼黑大学。最初他主攻数学,随后又爱上了物理学。 虽然他的老师冯.诺里曾对他谈到物理学已经是一门高度发展、几乎完美的学科。 普朗克的一生在科学上提出了许多创见,但贡献最大的还是1900年提出的量子假设。他 指出,辐射过程不是连续的,而是以最小的分量一份一份地放射出来,这个最小能量单 位叫量子,并且还给出了公式。普朗克公式是一个与实验结果完全一致的公式。量子假 说的提出对量子论的发展起了重大的作用。因此,普朗克于1918年获得了诺贝尔物理学 奖。爱因斯坦在1948年悼念普朗克的会上所致的悼词中说道“一个以伟大的创造性观念 造福于世界的人,不需要后人来赞扬。他的成就本身就以给了他一个更高的报答。” 玻尔(1885-1962) 1885年10月7日,出生与丹麦哥本哈根。由于对原子结构和辐射研究的贡献,他于1912年 获得了诺贝尔物理学奖。 1913年,玻尔发表了三篇论文,把核式结构模型与量子论结合起来,解释了许多已知的 实验现象,如氢原子光谱问题,正确预言了在复杂原子中的电子必须以“壳层”形式存 在,还指出最外层电子个数决定元素的化学性质。 玻尔的预言以及他的理论与经典理论的矛盾强烈地扰动着物理界。在之后短短三十年内 ,海森堡的矩阵力学等理论相继发表,创造出一门全新而成熟的量子力学来。玻尔在近 代物理的发展史上的地位是极其崇高的,他不仅对量子力学的发展作出了开创性贡献, 而且在国际物理界创立了一种独特的学术气氛,人们称之为“哥本哈根精神”。他还创 立了尼尔.玻尔研究所,被许多物理学家称为“物理学的圣地”。 德布罗意 法国着名物理学家,1892年出生于第厄普的一个贵族世家。在中学时期,他的兴趣是文 科,在20岁是志趣转向自然科学,并用两年时间学习了自然科学的基础课程。德布罗意 的治学原则是:广见闻、多浏览、勤实验。他认为环境和出身不能决定一个人的志向, 重要的是在学术上要善于独立思考,不迷信权威。 1920年他指出,一切物质都具有粒子和波的两重性,这就是着名的物质波理论。这个大 胆的创造性假设轰动了整个学术界,因为按照经典物理的观念,粒子与波是完全不同的 两种物质形态,根本不可能融合在一起,因此许多学者都对次持怀疑态度。但爱因斯坦 对此却十分赞赏,说道:“一幅巨大帷幕的一角卷起来了”。很快,在1927年由实验证 实了德布罗意的物质波的真实性,德布罗意也因提出物质波理论而获得1923年诺贝尔物 理学奖。 海森堡(1901-1976) 德国着名的现代物理学家。1924年进入哥廷根大学深造,先后拜师于玻尔和波恩门 下。特别是在与玻尔交往的三年中,他们经常通宵达旦地讨论问题,是他的学术水平大 大提高。 1925年海森堡发表了矩阵力学理论,认为人不能够确定某时刻电子在空间的位置,也不 能在轨道上跟踪它。波恩把它与爱因斯坦抛弃绝对时空观概念相媲美。1927年海森堡第 一次提出了“不确定关系”,指出在同一时刻以相同的精度测定粒子的位置与动量是不 可能的,只能精确确定两者之一。由于海森堡的重大贡献,他被世人认为是量子力学的 重要创始人之一,而“不确定关系”也成为量子力学基本原理之一,他因此于1932年荣 获诺贝尔物理学奖。他那种勇于创新、大胆思维的科学精神很值得后人学习。 狄拉克(Diract) 由于发现原子理论的有效新形式,而与奥地利科学家薛定谔共同获得1933年诺贝尔 物理学奖。开始他只对精确的方程式感兴趣,不善于用近似的方法来处理实际问题。但 他逐渐认识到“在显示生活中方程都是近似的,当然我们应当是它们越来越精确,不过 即使是近似的方程也能显示出美来”。 1926年冬,狄拉克证明海森堡的矩阵力学与薛定谔的波动方程是等价的,之后狄拉 克又提出了着名的“狄拉克方程”(即相对论方程),他从这一方程的负能态解出发, 预言了正电子的存在。这是关于反物质的第一次假设。他解释道:真空根本就不是空的 ,里面充满着正电子与电子。由于某中原因可以是真空中跳出正电子和电子,也能够使 一个电子与正电子相遇放出光子,双双湮灭为真空。人们起初认为这纯属数学趣事,但 一年后,美国人安德森在宇宙射线中找到了正电子。狄拉克喜欢独立思考,在科学上独 树一帜。他对量子力学的精辟论述和他的思想所表现出来的非凡洞察力,使一代物理学 家以为神异。

广告也精彩