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
物理现象，经典物理学就显得无能为力，很多现象没发解释。这些困难被看做是“晴朗天空的几朵乌云”，正是这几朵乌云引发了物理界的变革。下面简述这几个困难：
⑴黑体辐射
完全黑体在与热辐射达到平衡时，辐射能量密度随频率变化会有一个曲线。韦恩从热力学普遍理论考虑以及分析实验数据的得出一个半经验公式。但是韦恩公式并不是与所有实验数据吻合的很好。在长波波段，韦恩公式与实验有严重偏离。这促使普朗克在韦恩公式和瑞利-金斯的公式之间寻求协调统一，结果得出一个两参数的普朗克公式，此公式不仅与实验符合的最好，而且形式最简单（韦恩公式除外）。
普朗克提出这个公式后，许多实验物理学家立即用它去分析了当时最精确的实验数据，发现符合的非常好。他们认为，这样简单的一个公式与实验如此符合，绝非偶然，在这公式中一定蕴藏着一个非常重要但尚为被人们揭示出的科学原理。
⑵光电效应
直到电子发现后，人们才认识到光电效应是由于紫外线照射，大量电子从金属表面逸出的现象。经过实验研究，发现光电效应呈现下列几个特点：
①对于任何一种金属都有一个确定的临界频率。照射光频率必须大于临界频率时，才能观测到光电子从电极上逸出。
②光电子的能量与照射光的频率有关，而与光强度无关。光强度只影响到光电流的强度即单位时间从金属电极单位面积上逸出的电子的数目。
这些都与经典电磁理论是不相符的，经典的电磁理论是无法解释这些特点的。
⑶原子的线状光谱及其规律
人们拥有很多关于光谱的资料，对这些资料进行整理与分析后，发现光谱线波长有一定的规律且原子光谱是呈分离的线状光谱而不是连续分布。这样人们自然会提出疑问：原子的线状光谱产生的机制是什么？这些谱线的波长为什么有这样简单的规律？
⑷原子的稳定性
卢瑟福的原子模型成功的解释 粒子的大角度偏转，但它也是不完美的，还存在着一些问题：
二．早期量子论
2.1 普朗克的量子假说
1900年，普朗克推导出一个关于黑体辐射的公式：33811
hv kT hv c e πμ=- 。这个公式称为普朗克公式。此后他致力于找出这个公式的真正的物理意义，他根据玻尔兹曼的思想，作了如下假设：黑体是由带电谐振子组成，这些谐振子的能量不能连续变化，只能取一些分立值。谐振子的最小能量为h εν=，这个最小能量称为能量子，h 称为普朗克常数。谐振子的能量是能量子的整数倍。能量子概念的提出，实在是很震撼人心，它打破了经典物理连续、平滑的概念。人们是很难接受的，连普朗克本人都感到困惑，它会带来革命性的变革。
2.2 爱因斯坦的光量子理论
普朗克早期量子论文章的知音很少，其中之一就是在伯尔尼专利局工作的
一个年轻的专利审查员阿尔伯特·爱因斯坦。爱因斯坦觉得，能量元素的假设是生动，实在的，也令人惊骇，“似乎脚下的地板被拖走了，悬在那里，望哪里都看不见任何能建立它的基础。”此后，爱因斯坦一生都致力于寻找“坚实的基础”。没等从概念上找到令人满意的基础，爱因斯坦便着手继普朗克工作之后，发现再次使量子理论跨出伟大一步的原理了。
爱因斯坦用同普朗克1900年文章类似的风格，简短，聪明，多方面地讨论，
发展了光子的概念。熵概念和热力学基本方程再次打开了通向量子王国之门，辐射场熵方程使得场就像是一个包含大量但是有限数目个独立粒子的理想气体，每个辐射量子——按现在的说法就是光子携带着总量由普朗克能量元素h ν给出的能量，其中v 现在表示辐射频率，如果有N 个光子，那么总能量就是E Nh ν=。这是1905年，普朗克的量子假说仍然还没什么人注意，爱因斯坦却将它用到了光和其他辐射场，跨出了普朗克自己十年之久都不愿意迈出的一步。
爱因斯坦引用的最重要的实验证据就是“光电效应”，即明亮的紫外光照到
真空中制备的纯净金属表面会产生电流。爱因斯坦认为，只要认为实验中的照明光就是粒子型光子的集合。最简单的方式是设想这是一个光子将全部能量释放给一个电子的过程，我们也就假设这就是真实发生的事件。爱因斯坦就是这样利用普朗克的量子假说提出光量子概念从而解决了光电效应问题。
2.3 玻尔的原子量子论
1911年，英国物理学家卢瑟福提出了一个崭新的原子结构模型：原子内部的大部分空间都是空虚的，它的中心有一个体积小，质量很大，带正电荷的核，带负电的电子则以某种方式运动于核外的空间中。这个原子模型看起来更像一个微型的太阳系，原子核是太阳，电子是围绕太阳运行的行星。
一个新的原子模型建立了，但还不完善，还有许多问题，尤其在电磁理论方面面临着严重的困难。经典的麦克斯韦电磁理论预言，电子绕原子核运动时，由于电荷异性相吸，将会不可避免地相互靠近并释放出辐射能量，最后原子的能量越来越小，电子最终落到原子核上消失。换句话说，卢瑟福描述的原子是不可能稳定存在超过1秒的，以此构成的物质世界根本就不可能存在。
现在，卢瑟福模型需要更好的解释，它在需要一种叫做量子化的理论解释。在卢瑟福原子模型与麦克斯韦电磁理论遭遇到无法调和的矛盾时，年轻的玻尔面临着一次学术信仰的抉择，凭借对科学的远见卓识，玻尔选择了卢瑟福原子模型。
玻尔把普朗克-爱因斯坦的概念创造性的运用来解决原子结构和原子光谱
的问题，提出了他的原子的量子论。主要包括两个方面：
⑴原子能够而且只能够稳定地存在于与离散的能量相对应的一系列状态中。这些状态称为定态。因此原子能量的任何改变，只能在两个定态之间以跃迁的方式进行。
⑵原子在两个定态之间跃迁时，吸收或发射的辐射的频率是唯一的。
普朗克的能量量子论，爱因斯坦的光量子论和玻尔的原子量子论，构成我们常说的早期量子论。从历史顺序看这似乎是一脉相承，甚至是顺理成章的，可是事实上他们三人各有独到之处。虽然早期量子论未能完全从经典物理学的观念脱颖而出成为一个完整的理论体系，但是它为量子力学的建立打下了坚实的基础。
2.4 德布罗意物质波
继玻尔之后在量子力学上做出突出贡献的是法国科学家路易·德布罗意。路易·德布罗意于1923年提出物质波的概念是现代量子力学诞生的一块基石。正如爱因斯坦所言：“厚幕的一角被德布罗意揭开了。”
ν，动量1929年，德布罗意接受了爱因斯坦的观念把光看作粒子(质量2
h c
/
ν)，试图导出黑体辐射公式，但只导出了与维恩位移公式相同的结果。随/
h c
后通过类比分析，他强烈的感到把波与粒子统一起来的必要性，结果，他成为划时代的物质波概念的创立者。
1923年9月10日、9月24日、10月8日，路易·德布罗意在法国科学院会议周报《导报》上发表了三篇论文，其标题分别是《波与量子》，《光量子衍射和干涉量子》，《气体的动力学理论和费马原理》。1924年他向巴黎大学提交的博士论文《关于量子理论的研究中》对前几篇论文进行了系统的总结，进一步发展和完善了他的学说。这篇论文收录在《物理学年鉴》中，他也因此而获1929年诺贝尔物理学奖。在这篇论文中他把相对论中E=2
mc作为基础，把爱因斯坦关于光的波粒二象性推广到所有的粒子，把光的波动性学说和粒子学说进
=不仅适用于光子，而且适用于电行了综合。德布罗意指出爱因斯坦公式E Nhν
λ=这就是著名德布子，即一向被认为是粒子的电子具有波的性质。其波长/h p
罗意的公式。
德布罗意物质波的提出是需要非凡的勇气的，因为在当时并没有任何直接的实验证据，在爱因斯坦的推荐下，德布罗意的物质波学说才在物理学界引起了广泛重视。物质波假说导致了1926年薛定谔波动力学的诞生，1927年戴维逊和革末用电子束在镍晶体表面散射产生的衍射现象证实了德布罗意物质波假说的正确性。
三．量子力学的应用
3.1 量子力学在固体物理上的应用
量子力学是描述微观粒子运动规律的理论。海森伯和布洛赫最先把量子力学应用于固体物理。这里主要介绍布洛赫的固体能带理论。
我们知道导体易导电，半导体在一定的条件下才导电，绝缘体不导电。这些问题很长时间里人们无法解决。而能带理论很好的解释了其中的缘由。一个完全填满电子的能带是满带，由于能带处于均匀分布填满的状态，所以满带电子不导电。未满带电子的分布不再对称，因而会出现一定的宏观电流，所以不满带中的电子才导电。那么，导体的能带中一定有不满的带，绝缘体的能带中就只有满带和空带。半导体的能带结构与绝缘体没有本质区别，只是分割价带
和导带的禁带宽度较小。接近绝对零度时，半导体导电性接近于绝缘体，但如果达到一定的温度就会导电。
能带理论用量子力学的方法阐明了电子在晶格中的运动规律和固体的导电原因等。它是量子力学在固体物理上的比较成功的重要的应用。
3.2 量子力学在信息学上的应用
量子力学自创立以来已取得巨大的成功。量子力学不仅解释了原子、原子核的结构、固体结构、元素周期表和化学键、超导电性和半导体的性质等，而且促成了现代微电子技术的创立，使人类进入了信息时代，促成了激光技术、新能源、新材料科学的出现。量子力学的概念和原理至今仍使人困惑，像量子态的纠缠性，非定域性等。这些原理开始被人类利用在信息科学中。
3.2.1 量子计算机
信息科学研究的是信息的产生、加工、存储与处理及对信息传输的有效性、可靠性等。而重要的环节是芯片，不断提高芯片的集成度是计算机乃至信息科学的核心。但计算机芯片的逻辑运算过程是个不可逆的操作，将影响芯片的集成度。目前人们认为量子计算机是最具发展前景的。
量子力学和计算机看似毫无关系，但他们的结合却产生了一门也许从根本上影响人类未来发展的新兴学科——量子计算机。
1985年，D．Deutsch根据量子力学的基本原理和特性，系统的研究了量子计算机的一般模型。他提出了量子图灵机的概念，描述量子计算机的结构，定义了量子网络的表述方法，且预言量子计算机的高效性能。1994年，P．Shor 发现了一种量子算法，这个算法能成千上万倍的提高大数分解的速度。1996年，Grover又发现了量子搜索法，它是利用一种迭代算法，在设想的量子计算机上实现未加整理的数据库中搜索目标数据。利用这种算法，比经典计算机的搜索要快很多。
到目前为止。还没有一台量子计算机的出现。怎样实现量子计算机，人们提出了不少的方案，但对微观量子态的操作实在太困难了。但总体来讲，实现
量子计算，已经不存在理论上的困难。也许在不远的将来，量子计算机一定会成为现实，这中间还会有一段艰难而曲折的道路。
3.2.2 量子通信
量子力学中的纠缠性与非定域性可以保障量子通信中的绝对安全的密码系统，保证量子信息的隐形传态。利用量子态编码和携带信息，进行加工、处理、传输和提取信息就是量子通信过程。整个过程要遵循量子力学原理。
经典信息中的信息单元是比特，在物理学上比特就是两态系统，它可以制备为两个可以识别的状态。在数字电路中，晶体管不是在截止状态就是在饱和导通状态，我们把截止状态记作1，饱和导通状态记作0。这两个状态便构成一个比特。在量子信息中的信息单元是量子比特，它是两个量子态0和1的叠加。
其中0和1代表一个粒子的两种可能的状态。
量子力学的应用是非常广泛的。像量子力学在医学、生物、化学、光学、信息科学等学科上的应用，导致很多交叉性学科发展并日趋成熟。正是这些学科的发展，导致社会经济大幅度提升。从而，量子力学为社会带来福音。
四 .总结语
量子力学是对经典物理学在微观领域的一次革命。19世纪末经典物理出现了危机，一系列现象经典物理无法解释。这时，普朗克、爱因斯坦、玻尔为了解释这些现象提出了早期的量子理论。而后德布罗意提出了物质波这一概念，薛定谔就沿着物质波的思路于1926年提出了波动力学。在数学上与波动力学等价的矩阵力学于1925年由海森伯提出。表象理论、不确定原理、氦原子和氢分子、相对论狄拉克方程等工作进一步完善了量子力学。
量子力学不仅适用于原子层次而且又延拓到量子场论体系如量子电动力学和量子色动力学。量子力学的应用像固体能带理论，量子计算机、量子通信、量子化学等，它们的发展日益成熟科技水平显著提高。最终我们的经济社会生产力水平大幅度提升。
以上就是本文的全部内容，本文只做了些理论上的探讨，成果是很少的。由于时间的紧迫和缺乏经验，文章仍存在许多缺点和不足，希望在以后的物理学习过程中我能继续钻研量子力学，使理论更加完善。
近年来，人们已经能够通过实验在实验室中大规模地检验历史上留下的关于量子力学能否正确描述宏观物体自由运动及量子力学的“非定域性”的基本
问题的论争，已经能够通过具体模型的构建去替代过去思辨式的讨论，能够把基本量子特性直接应用到信息和生命等领域，从而可能导致交叉领域的重大进展。人们需要更加关心经典世界和量子世界交流和沟通的基本问题。它们可能孕育着21世纪重大的科学突破。
参考文献：
[1] 曾谨言．量子力学[M]．科学出版社,2007
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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。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/309220713.html, 探究量子力学在生活中的应用 作者：李晓雨 来源：《中文信息》2017年第10期 摘要：量子力学是现代物理学的重要的学科分支，它主要用于描述微观事物，许多物理 学理论和科学，如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科，都是以其为基础。在许多现代技术装备中，量子效应起了重要的作用。本文将围绕量子力学的应用来进行详细阐述。 关键词：量子力学量子效应实际应用 中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）10-0-01 前言 量子力学是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，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现代物理学的理论基础。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。[1] 在许多现代技术装备中，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图像显示装置，都极大地依靠了量子力学的原理和效应。对半导体的研究导致了二极管和三极管的发明，最后为现代的电子工业铺平了道路。在核武器的发明过程中，量子力学的概念也起了关键的作用。 一、量子力学在晶体管中的应用 在日常生活中，人们所使用的大多数电子产品都会包含有二极管、三极管等半导体构成的电子元器件，而这些半导体的器件所使用到的原理都是基于量子力学。 1.二极管的应用 二极管是一种由半导体材料构成的电子元器件，它的特性是单向导通，也就是电流只可以从二极管的一个方向流过。具体来讲就是当电流正向流过二极管时，它相当于导线，电阻无限趋近于0；而当电流反向时，电路相当于断路，其电阻无限大。由于它的这种特性，人们经常将它用作开关，通过电流方向来控制电路的通断。举个最为常见的例子，发光二极管是一种特殊的二极管，被广泛应用于各种电子设备的指示灯、各种仪表的指示器以及照明。发光二极管具有的特点主要有：安全、高效率、环保、寿命长、响应快、体积小、结构牢固。因此，发光二极管是一种符合绿色照明要求的光源。
量子力学的发展综述 量子力学是对经典物理学在微观领域内的一次革命，是现代物理学的基础，它从根本上否定了牛顿物理学。本文带大家再次回到那个伟大的年代，再次简要回顾下那场史诗般壮丽的革命。 标签：量子力学发展量子多世界解释 量子理论的中心思想是一切东西都是由不可预言的量子构成，但这些粒子的统计行为遵循一种可以预言的波动图样。简简单单的一句话，深入研究起来确实那样令人困惑，整个20世纪的物理学家们就是在不断的量子的迷雾中摸索着。现在我们也要沿着他们的航线领略一下量子理论奇。 一、量子的创生 19世纪末，物理学界取得了一系列举世瞩目的成就，当人们为所谓的物理学大厦已经根深蒂而感到皆大欢喜时，几个悬而未决的谜题却一直困扰着高瞻远虑的物理学家们[1]。“在物理学阳光灿烂的天空中飘浮着两朵小乌云”这句话在几乎每一本关于物理学史的书籍中被反复提到，具体一些的话，指的是人们在迈克尔—莫雷实验和黑体辐射研究中的困境。这两朵乌云带来的狂风暴雨，远远超出了人们的想象：第一朵乌云，最终导致了相对论革命的爆发;第二朵乌云，最终导致了量子论革命的爆发。1900年，普朗克在解决黑体辐射问题时，做了一个假定，“必须假定，能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。”普通的一个假设，却推翻自牛顿以来200多年，曾被认为坚固不可摧毁的物理世界。这与有史以来的一切物理学家的观念截然相反，自牛顿和伽利略以来，一切自然的过程都被当成是连续不间断的，是微积分的根本基础，牛顿、麦克斯韦那庞大的体系，都是建立在这个基础之上，从没有人怀疑过这个物理学的根基。1900年12月14日，量子的诞辰，这一天，量子这个幽灵从普朗克的方程中脱胎而出。这个幽灵拥有彻底的革命性和无边的破坏力，物理学构成的精密体系被摧毁成断壁残垣，甚至推动量子论的某些科学家最终也站到了它的对立面。量子论这场前所未有的革命，从这个叫马克思·普朗克的男人这里开始了。 二、量子力学的建立和论战 量子这个概念已经诞生了，然而他的创造者普朗克却抛弃了它，不断地告诫人们，不到万不得已不要使用，不要胡思乱想。不怪普朗克本人畏首畏尾，实在是量子这个概念太过惊世骇俗，但是接下来一系列的成就证明了它的价值：1.为了解释光电效应，1905年爱因斯坦提出光量子论，揭示了光的波粒二象性;2.玻尔结合原子的核式结构模型和量子论，1913年提出了氢原子理论;3.德布罗意从光量子理论得到启发，于1923年提出物质波假说;4.海森堡抛弃了玻尔的轨道概念，建立了矩阵力学（1925年）[2]。海森堡建立矩阵力学标志着量子力学的建立，但是刚诞生的矩阵力学立刻受到了挑战：薛定谔于1926年把物质波的思想加以发展，建立了波动力学。矩阵力学？波动力学？全新的量子论建立不到一
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
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
第X章量子力学基础及应用 X.1 量子力学的起源 电子、原子、分子和光子等微观粒子，具有波粒二象性的运动特征，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。人们对这种波粒二象性的认识是和20世纪物理学的发展密切联系的，是20世纪初期20多年自然科学发展的集中体现。1900年以前，物理学的发展处于经典物理学阶段，它由Newton（牛顿）的力学，Maxwell（麦克斯韦）的电磁场理论，Gibbs（吉布斯）的热力学和Boltzmann（玻耳兹曼）的统计物理学等组成这些理论构成一个相当完善的体系，当时常见的物理现象都可以由此得到说明。但是事物总是不断向前发展的，人们的认识也是不断发展的。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，它们是经典物理学理论无法解释的下面简要讨论黑体辐射、光电效应、电子波性等几个经典物理学无法解释的现象，以说明微观粒子的运动特征。 1. 黑体辐射 黑体是一种能全部吸收照射到它上面的各种波长辐射的物体。带有一个微孔的空心金属球，非常接近于黑休，进入金属球小孔的辐射，经过多次吸收、反射，使射入的辐射实际上全部被吸收。当空腔受热时，空腔壁会发出辐射，极小部外通过小孔逸出，黑体是理想的吸收体，也是理想的发射体，若把几种物体加热到同一温度，黑体放出的能量最多。用棱镜把黑体发射的各种频率的辐射分开，就能在指定狭窄的频率范围内测量黑体辐射的能量。若以E v表示黑体在单位时间、单位表面积上辐射的能量。则E v d v表示频率在v~v+d v范围内、单位时间、单位表面积上辐射的能量。以E v对v作图，得能量分布曲线。图1.1.1示出不同温度下实验观测到的黑体的能量分布曲线。
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
XINYU UNIVERSITY 量子力学 作业题目 量子力学的应用 二级学院 新能源科学与工程学院 专 业 材料物理 班 级 学 号 学生姓名 联系方式 成 绩 批阅老师
量子力学的应用 摘要：在许多现代技术装备中，量子力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图像显示装置，都关键地依靠了量子力学的原理和效应。对半导体的研究导致了二极管和三极管的发明，最后为现代的电子工业铺平了道路。在核武器的发明过程中，量子力学的概念也起了一个关键的作用。其次，量子力学作为材料科学的基础,在材料领域中有广泛而且重要的作用,诸如半导体、激光、红外、光电子、液晶、敏感及磁性材料等。尤其对半导体材料、磁性材料等有着决定性的影响,直接导致了这些材料领域的产生。 关键词:量子力学材料科学磁性材料应用
量子力学的应用 一引言: 在许多现代技术装备中，量子力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图像显示装置，都关键地依靠了量子力学的原理和效应。对半导体的研究导致了二极管和三极管的发明，最后为现代的电子工业铺平了道路。在核武器的发明过程中，量子力学的概念也起了一个关键的作用。其次，量子力学作为材料科学的基础,在材料领域中有广泛而且重要的作用,诸如半导体、激光、红外、光电子、液晶、敏感及磁性材料等。尤其对半导体材料、磁性材料等有着决定性的影响,直接导致了这些材料领域的产生。 二量子力学的应用 （1）量子力学在研究微观粒子中的应用 量子力学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。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。 量子力学表明，微观物理实在既不是波也不是粒子，真正的实在是量子态。真实状态分解为隐态和显态，是由于测量所造成的，在这里只有显态才符合经典物理学实在的含义。微观体系的实在性还表现在它的不可分离性上。量子力学把研究对象及其所处的环境看作一个整体，它不允许把世界看成由彼此分离的、独立的部分组成的。关于远隔粒子关联实验的结论，也定量地支持了量子态不可分离性的观点。 （2）量子力学在能量回收中的应用
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
20世纪20年代首先是物理学的黄金时代，它是自本世纪初开始的历时30 年之久的物理学革命的最后10年，其间量子力学的建立是最为引人注目的高潮。量子力学的建立，是继相对论之后对古典物理学的又一次严重的打击，它对物理学乃至整个自然科学的冲击比相对论更为猛烈。相对论提供了新的时空观，量子力学则向人们提供了一种新的关于自然界的思考方法和表述形式。量子力学的一系列基本概念，如物质的波粒二象性、物理量的不可对易性、测不准关系、互补性等等，深刻地揭示了微观物质世界的基本规律，极大地加速了原子物理学和固态物理学的发展，也为核物理学和粒子物理学准备了理论基础，对结构化学和分子生物学等的产生也有启迪作用。因此，量子力学可以说是20世纪最多产的科学理论，它迄今仍具有强大的生命力。在探索微观世界的同时，人类对宇宙世界的探索也从太阳系、银河系向更大的河外星系进军。河外星系的发现是20世纪天文学最重大的成就之一，它导致了星系天文学的诞生，掀开了人类探索大宇宙的新的一页。在物理学家和天文学家探索物质世界和宇宙空间奥秘的同时，生物学家和医药学家也在探索人体自身的奥秘和寻求治疗疾病、延长寿命的方法。抗菌素的发现和免疫疫苗的研究有了突破性的进展。科学技术的发展带来了众多的发明创造，丰富了人们的日常生活；家用电器的问世，具有特别重要的意义。中国则是在1915年创立了中国科学社、创刊了《科学》杂志之后，又于1928年成立了中央研究院和北平研究院，标志着中国科学的发展进入了建制化阶段。 加拿大多伦多大学医院医师班丁（F．G．Banting，1891-1941）发现糖 尿病一定与胰腺有关。经过研究，他发现在健康人的胰腺上，分布着许多像 岛屿一样的小暗点，而患糖尿病人的胰腺上，小暗点只是健康人的一半。 班丁作出了一个大胆的设想，只要想方设法增加胰腺上的小暗点，就能 攻克糖尿病这个难关。他把增加的小暗点称为“胰岛素”。通过一段时间的 研制，终于实现可以在胰腺不受破坏的情况下，进行正常的提取，并且在实 验室里把胰岛素分离出来。 美国物理学家康普顿(Arthur Holly Compton ，在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象，即散射光中除了有原波长的x光外，还产生了波长比原波长大的x光，其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象称
量子力学原理及其应用 师燕光电8班2012059080029 量子力学是近代自然科学的最重要的成就之一.在量子力学的世界里，一个 量子微观体系的状态是由一个波函数来描述的,而非由粒子的位置和动量描述， 这就是它与经典力学最根本的区别。这是被爱因斯坦和玻尔用“上帝跟宇宙玩掷骰子”来形容的学科，也是研究“极度微观领域物质”的物理学分支，它带来了许许多多令人震惊不已的结论——例如科学家们发现，电子的行为同时带有波和粒子的双重特征（波粒二象性），但仅仅是加入了人类的观察活动，就足以立刻改变它们的特性；此外还有相隔千里的粒子可以瞬间联系（量子纠缠）：不确定的光子可以同时去向两个方向（海森堡测不准原理）；更别提那只理论假设的猫既死了又活着（薛定谔的猫）?? 诸如以上，这些研究结果往往是颠覆性的，因为它们基本与人们习惯的逻辑思维相违背。以至于爱因斯坦不得不感叹道：“量子力学越是取得成功，它自身就越显得荒诞。” 直到现在，与一个世纪之前人类刚刚涉足量子领域的时候相比，爱因斯坦的观点似乎得到了更为广泛的共鸣。量子力学越是在数理上不断得到完美评分，就越显得我们的本能直觉竟是如此粗陋不堪。人们不得不承认，虽然它依然看起来奇异而陌生，但量子力学在过去的一百年里，已经为人类带来了太多革命性的发明创造。正像詹姆斯·卡卡廖斯在《量子力学的奇妙故事》一书引言中的所述：“量子力学在哪？你不正沉浸于其中吗。” 一、量子计算机 量子力学的海森堡测不准原理决定了粒子的位置和动量是不能同时确定的( )。当计算机芯片的密度很大时（即很小）将导致很大, 电子不再被束缚, 产生 量子干涉效应，而这种干涉效应会完全破坏芯片的功能。为了克服量子力学对计算机发展的限制,计算机的发展方向必然和量子力学相结合，这样不仅可以越过 量子力学的障碍,而且可以开辟新的方向。量子计算机就是以量子力学原理直接 进行计算的计算机.保罗·贝尼奥夫在1981 年第一次提出了制造量子计算机的理论。量子计算机的存储和读写头都以量子态存在的，这意味着存储符号可以是0、1 以及它们的叠加。 近年来的种种试验表明，量子计算机的计算和分析能力都超越了经典计算机。它具有如此优越的性质正在于它的存储读取方式量子化。对量子计算机的原理分析可知，以下两个个特性是令量子计算机优越性的根源所在：存储量大，速度高；可以实现量子平行态。 随着现代科学技术的发展，量子计算机也会逐渐走向现实研制和现实运用。量子计算机不但于未来的计算机产业的发展紧密相关,更重要的是它与国家的保密、电子银行、军事和通讯等重要领域密切相关。实现量子计算机是21 世纪科学技术的最重要的目标之一。 二、晶体管 美国《探索》杂志在线版给出的真实世界中量子力学的一大应用，就是人们早已不陌生的晶体管。1945 年的秋天，美国军方成功地制造出世界上第一台真空管计算机ENIAC。据当时的记载，这台庞然大物总重量超过30 吨，占地面积接近一个小型住宅，总花费高达100 万美元。如此巨额的投入，注定了真空管这种
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
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
量子理论的提出与量子力学的建立 量子力学不仅是现代物理学的一个基础理论，而且已广泛应用于技术领域，如核能的开发利用，激光器的发明等，它是科学精神与科学应用的完美结合，是人类的结晶。 导致量子论出现的倒不是原子世界的新鲜事物，而是一个古典热力学难题即黑体辐射问题。1900年，英国物理学家瑞利根据经典统计力学和电磁理论，推出了黑体辐射的能量分布公式。该理论在长波部分与实验比较符合，但在短波部分却出现了无穷值，而实验结果是趋于零。这部分严重的背离，被称为“紫外灾难”（紫外指短波部分）。 1900年，德国物理学家普朗克采用拼凑的方法，得出了一个在长波和短波部分均与实验相吻合的公式，该公式的理论依据尚不清楚。不久，普朗克发现，只要假定物体的辐射能不是连续变化，而是以一定的整数倍跳跃式的变化，就可以对该公式作出合理的解释。普朗克将最小的不可再分的能量单元称作“能量子”或“量子”。当年12月14日，他将这一假说报告了德国物理学会，宣告了量子理论的诞生。 量子假说与物理学界几百年来信奉的“自然界无跳跃”直接矛盾。因此量子论出现之后，许多物理学家不予接受。普朗克本人也非常动摇，后悔当初的大胆举动，甚至放弃了量子论继续用能量的连续变化来解决辐射问题。但是，历史已经将量子论推上了物理学新纪元的开路先锋的位臵，量子
论的发展已是锐不可挡。 第一个意识到量子概念的普遍意义，并将其运用到其他问题上的是爱因斯坦。他建立了光量子论以解释光电效应中出现的新现象。光量子论的提出使光的本性的历史争论进入了一个新的阶段。自牛顿以来，光的微粒说和波动说此起彼伏，爱因斯坦的理论重新肯定了微粒说和波动说对于描述光的行为的意义，它们均反映了光的本质的一个侧面：光有时表现出波动性，有时表现出粒子性，但它既非经典的粒子也非经典的波，这就是光的波粒二象性。主要由于爱因斯坦的工作，使量子论在提出之后最初的十年中得以进一步的发展。 量子力学起源于原子结构的研究。元素的放射性和电子的发现，促使人们去研究原子的内部结构。当时出现了不少的原子结构模型，著名的有布丁（即面包之种嵌有葡萄等物）模型，电子就像布丁之中的葡萄；此外还有土星环绕模型等。大约在1909年，实验表明布丁模型的某些理论预言与实验观测不符。1911年，新西兰物理学家卢瑟福提出了原子的有核模型。次年，一系列 粒子对金箔的散射实验，完全证实了有核模型所提出的理论预言。卢瑟福因此获1908年的诺贝尔化学奖。据说他对此不以为然，他认为他的伟大工作是一项物理学成就。 卢瑟福的有核模型假定，原子的质量基本上集中于核
数千年来，人类一直依靠天生的直觉来认识自然界运行的原理。虽然这种方式让我们在很多方面误入歧途，譬如，曾一度坚信地球是平的。但从总体上来说，我们所得到的真理和知识，远远大过谬误。正是在这种虽缓慢、成效却十分积极的积累过程中，人们逐渐摸索总结出了运动定律、热力学原理等知识，自身所处的世界才变得不再那么神秘。于是，直觉的价值，更加得到肯定。但这一切，截止到量子力学的出现。 这是被爱因斯坦和玻尔用“上帝跟宇宙玩掷骰子”来形容的学科，也是研究“极度微观领域物质”的物理学分支，它带来了许许多多令人震惊不已的结论——科学家们发现，电子的行为同时带有波和粒子的双重特征（波粒二象性），但仅仅是加入了人类的观察活动，就足以立刻改变它们的特性；此外还有相隔千里的粒子可以瞬间联系（量子纠缠）：不确定的光子可以同时去向两个方向（海森堡测不准原理）；更别提那只理论假设的猫既死了又活着（薛定谔的猫）…… 诸如以上，这些研究结果往往是颠覆性的，因为它们基本与人们习惯的逻辑思维相违背。以至于爱因斯坦不得不感叹道：“量子力学越是取得成功，它自身就越显得荒诞。” 到现在，与一个世纪之前人类刚刚涉足量子领域的时候相比，爱因斯坦的观点似乎得到了更为广泛的共鸣。量子力学越是在数理上不断得到完美评分，就越显得我们的本能直觉竟如此粗陋不堪。人们不得不承认，虽然它依然看起来奇异而陌生，但量子力学在过去的一百年里，已经为人类带来了太多革命性的发明创造。正像詹姆斯·卡卡廖斯在《量子力学的奇妙故事》一书的引言中所述：“量子力学在哪？你不正沉浸于其中吗。” 陌生的量子，不陌生的晶体管 美国《探索》杂志在线版给出的真实世界中量子力学的一大应用，就是人们早已不陌生的晶体管。 1945年的秋天，美国军方成功制造出世界上第一台真空管计算机ENIAC。据当时的记载，这台庞然大物总重量超过30吨，占地面积接近一个小型住宅，总花费高达100万美元。如此巨额的投入，注定了真空管这种能源和空间消耗大户，在计算机的发展史中只能是一个过客。因为彼时，贝尔实验室的科学家们已在加紧研制足以替代真空管的新发明——晶体管。 晶体管的优势在于它能够同时扮演电子信号放大器和转换器的角色。这几乎是所有现代电子设备最基本的功能需求。但晶体管的出现，首先必须要感谢的就是量子力学。 正是在量子力学基础研究领域获得的突破，斯坦福大学的研究者尤金·瓦格纳及其学生弗里德里希·塞茨得以在1930年发现半导体的性质——同时作为导体和绝缘体而存在。在晶体管上加电压能实现门的功能，控制管中电流的导通或者截止，利用这个原理便能实现信息
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
§4 - 2 量子力学的建立和发展 一对量子力学的建立和发展作出过贡献的物理学家 在量子力学的建立和发展初期，有12位物理学家作出过贡献并获得了诺贝尔物理学奖，他们是： ( 1 ) 普朗克(M. Planck，1858－1947) 由于1900年提出能量子概念，为量子理论奠立基础而获得了1918年诺贝尔物理学奖。 ( 2 ) 爱因斯坦(A. Einstein，1879－1955) 由于在数学物理方面的成就和发现光电效应规律而获得了1921年诺贝尔物理学奖。 ( 3 ) 玻尔(N. Bohr，1885－1962) 由于研究原子结构和原子辐射以及1913年提出氢原子模型而获得了1922年诺贝尔物理学奖。 ( 4 ) 夫兰克(J. Franck,1882-1964)和 ( 5 ) 赫兹(G.L. Hertz,1887-1975)
由于在1914年发现电子与原子碰撞时只能转给原子分离能量而获得了1925年诺贝尔物理学奖。 ( 6 ) 康普顿(A.H. Compton，1892－1962)由于1923年发现光子与自由电子的非弹性散射作用即康普顿效应，而与在1911年发现一种观测带电粒子径迹的方法——威耳逊云室的威耳逊(C.T.R. Wilson，1869－1959)分享了1927年诺贝尔物理学奖。 ( 7 ) 德布罗意(L.V. de Broglie，1892－1987) 由于1924年提出电子的波动性而获得了1929年诺贝尔物理学奖。 ( 8 ) 海森伯(W.K. Heisenberg，1901－1976) 由于1925年创立量子力学的矩阵力学，1927年提出不确定关系而获得了1932年诺贝尔物理学奖。 ( 9 ) 薛定谔(E. Schrodinger，1887－1961) 由于1926年创立量子力学非相对论波动力学即薛定谔方程。 ( 10 ) 狄拉克(P.A.M. Dirac) 由于1928年创立量子力学相对论波动力学即
量子力学发展重大事件 1690年，惠更斯出版《光论》，波动说被正式提出 1704年，牛顿出版《光学》，微粒说成为主导（与胡可第一次微波大战） 1807年，杨整理了光方面的工作，提出了双缝干涉实验，波动说再一次登上舞台 1819年，菲涅尔证明光是一种横波 1856－1865，麦克斯韦建立电磁力学，光被解释为电磁波的一种1885年，巴尔末提出了氢原子光谱的经验公式 1887年，赫兹证实了麦克斯韦电磁理论，但他同时也发现了光电效应现象 1893年，黑体辐射的维恩公式被提出 1896年，贝克勒耳发现了放射性 1896年，发现了光谱的塞曼效应 1897年，J.J.汤姆逊发现了电子 1900年，普朗克提出了量子概念，以解决黑体问题 1905年，爱因斯坦提出了光量子的概念，解释了光电效应 1910年，α粒子散射实验 1911年，超导现象被发现 1913年，玻尔原子模型被提出 1915年，索末菲修改了玻尔模型，引入相对论，解释了塞曼效应和
斯塔克效应 1918年，玻尔的对应原理成型 1922年，斯特恩-格拉赫实验 1923年，康普顿完成了X射线散射实验，光的粒子性被证实 1923年，德布罗意提出物质波的概念 1924年，玻色-爱因斯坦统计被提出 1925年，泡利提出不相容原理 1925年，戴维逊和革末证实了电子的波动性 1925年，海森堡创立了矩阵力学，量子力学被建立 1925年，狄拉克提出q数 1925年，乌仑贝克和古德施密特发现了电子自旋 1926年，薛定谔创立了波动力学 1926年，波动力学和矩阵力学被证明等价 1926年，费米-狄拉克统计 1927年，G.P.汤姆逊证实了电子的波动性 1927年，海森堡提出不确定性原理 1927年，波恩作出了波函数的概率解释 1927年，科莫会议和第五届索尔维会议召开，互补原理成型 1928年，狄拉克提出了相对论化的电子波动方程，量子电动力学走出第一步 1930年，第6届索尔维会议召开，爱因斯坦提出光箱实验 1932年，反电子被发现