物理学史论文论文题目浅谈量子力学的发展
引言
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。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。瑞利和金斯根据经典电动力学和统计物理学也得出黑体辐射能量分布公式。他们得出的公式在长波部分与实验结果比较符合，而在短波部分则完全不符。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。
③ 当入射光频率大于临界频率时，不管光多微弱，只要光一照上，几乎立刻观测到光电子。
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：
关于原子的稳定性问题。由经典电动力学，电子绕核做的是加速运动，电子的能量会越来越少从而电子减速，轨道半径会不断缩小，最后就会掉到原子核上去，并相应发射出一个很宽的连续辐射谱，这与观测到的原子的线状光谱矛盾。此外，卢瑟福模型原子对于外界粒子的碰撞也是很不稳定的。但现实世界表明，众多原子稳定地存在于自然界。
⑸ 固体与分子的比热问题
在温度很低的时候能量均分定理不使用。
量子理论就是在解决这些生产实践和科学实验同经典物理学的矛盾中逐步建立起来的。
早期量子论
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。
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hν给出的能量，其中v现在表示辐射频率，
=。从这一方程，爱因斯坦得出结论，辐射场就如果有N个光子，那么总能量就是E Nhν
像理想气体一样，包含N个独立粒子——光子，每个单独光子的能量为hν。毫无疑问，爱因斯坦确信这一思辨，但不知道世界上是不是还有人赞成他。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，光电效应的这种奇特性质就可以理解如下：他假设了光子向金属中电子转移能量的一个简单机制：“根据入射光由大小hν组成的观点，可以设想光用以下方式发射电子，由于光子穿透金属体的表面层，他们的能量也转换，至少部分地转换成电子的动能。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。
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。
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。”
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，动量/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=2mc 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行了综合。德布罗意指出爱因斯坦公式E Nh ν=不仅适用于光子，而且适用于电子，即一向被认为是粒子的电子具有波的性质。其波长/h p λ=这就是著名德布罗意的公式。 在1923年9月10日的这篇文章中，他把电子的波动假说/p h λ=应用到玻尔——索
末菲量子条件pdq nh =? 之中得出了dq n λ=? ，
即电子的轨道周长恰好是波长的整数倍。正如他自己评论到：“我相信这是对玻尔—索末菲稳定性法则似乎合理的第一个物理解释”。
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。
量子力学的建立
数学体系
量子力学的建立是沿着两条路走的。一条是海森伯，玻恩，约当在哈密顿力学的基础上加上了量子化条件，于1925年提出了矩阵力学。另一条是德布罗意和薛定谔沿着物质波的思路于1926年提出了波动力学。
⑴ 矩阵力学
首先提出用方阵式的数学来表达物理量的人是24岁的海森伯。他22岁拿到博士学位后，去哥本哈根玻尔处，参与克拉莫斯-海森伯色散公式的研究。他不满先用经典力学而后加量子化条件的做法，而信念物理学中只应引入客观测量，如光谱线的频率和强度或振幅，振幅的平方给出其强度。因为谱线依赖于高低两个能级，海森伯直接引入振幅方阵，含有频率乘时间的相因子。海森伯考虑恢复力带有振幅的平方项的非简谐振子，为使时间因子得以一致，他建议对振幅方阵的平方用行乘列的乘法，但他那时还不知道这是数学中矩阵的乘法规则。他开始这一大胆的尝试，将运动方程连同量子化条件一道来求解。量子化条件是用索末菲的作用积分按波恩的严格表述对应原理用振幅方阵写出。他得到一些初步结果，写成他一人署名的文章。他请波恩看他的文章，波恩学过矩阵的数学课，看出海森伯从里兹组合规则凑出的乘法规则恰是矩阵的乘法规则。波恩考虑一维的保守系，用正
则坐标和动量与哈密顿正则运动方程，但物理量皆用矩阵表示。对保守系有能量守恒，因此哈密顿量必须是对角矩阵。波恩知道，矩阵的乘法一般是不满足交换律的。从索末菲的作用积分的量子化条件波恩对应出正则动量与正则坐标的对易矩阵的对角元均相等，为虚数，并含有普朗克常量除以圆周弧度。他猜想这对易矩阵的非对角元全为零。他请约当参加合作，约当几日内便从正则运动方程证明出这个对易矩阵对时间的导数为零，所以是个对角矩阵，如波恩所猜想。这样，矩阵力学有了自己的量子化条件，简称为对易关系。以波恩和约当二人署名的这篇文章给出简谐振子的矩阵力学处理和对电磁场的量子化处理，再次证明了关于黑体辐射的普朗克公式。在1925年10月底，在波恩，海森伯和约当三人署名的文章中，对应经典力学中原则上可用正则变换求解，给出矩阵力学中原则上可用相似变换求哈密顿矩阵的对角化；发展了矩阵力学中逐步近似的微扰理论。这三篇文章奠定了矩阵力学。
狄拉克符号。海森伯1925年夏在剑桥演讲时，狄拉克注意到海森伯方阵的乘法不满足交换律，乃抽象地引入乘法不满足交换律的数。在经典力学中，运动方程和正则变量都可以用泊松符号形式表达，所以他首先寻求两个q数的泊松符号该如何表达。从泊松符号的代数性质出发，他发现两个q数的泊松符号与其对易子成正比，比例系数可以从经典力学正则坐标和正则动量的泊松符号的特殊值来定。这样，对多个自由度的体系，他得到相应的对易关系，结果与矩阵力学的第三篇文章所得的一样，只是q数比矩阵更抽象。从数学上讲，人们可以把海森伯，波恩和约当的矩阵看作是狄拉克的q数即非对易代数的一种实现，或把后者看作前者的符号化，则这两种表达形式便统一了。
⑵波动力学
1926年波动力学的发现即波粒二象性。据说德拜在例行的讨论会上建议薛定谔去弄清楚德布罗意的一系列文章。薛定谔先也得到和德布罗意一样的相对论波动方程，觉得与玻尔的氢原子能级不相符后，却进一步作非相对论近似，写出了薛定谔方程。薛定谔发现，对自由电子的德布罗意波，按波动光学惯例用相位的指数函数表示其波函数时，容易发现电子的动量和非相对性能量，可用对空间和时间坐标的偏微分算符乘以普朗克常量除以圆周弧度和适当虚数表示，即用微分算符作用到德布罗意波函数时，将得到相应的物理量的值乘上该波函数。据此薛定谔推广到由普通的哈密顿量描述的情况，维持微分算符表达式不变；因为这样，如果这时忽略普朗克常量，波函数的相位便满足熟知的哈密顿-雅克比方程，达到经典力学近似。对于像氢原子中电子的三维运动保守系，哈密顿量不显含时间而有能量守恒。薛定谔方程简化为定态的波动方程，不含时间变量而出现能量参量。
在他的另一篇文章中，薛定谔出乎意料地证明了波动力学与矩阵力学在数学上是等价
的。在波动力学中，正则动量是用微分算符表示的，正则坐标则用乘法算符表示，其间恰好满足矩阵力学的对易关系。薛定谔指出并证明，某物理量的海森伯矩阵是相应算符夹在两个带能量相位因子定态波函数间的积分，算符左边的波函数连同相位因子须取复数共轭，而哈密顿算符的相应积分即是海森伯能量对角矩阵。反过来，创建矩阵力学的波恩给波函数以概率解释。人们同样发现薛定谔方程较简单，从而薛定谔方程得到广泛运用。
逻辑体系
量子力学在1925-1926年以后以不同的数学表达形式出现，已如上述。都与光谱实验比较，彼此结果一致。1927-1928年，几项标志性的工作进一步完善了量子力学理论。下面简单介绍这几项工作：
⑴表象理论
表象理论量子力学中研究量子力学规律的各种表示形式以及不同表示形式之间变换
的理论。微观粒子体系的状态和力学量的具体表示形式称为表象。通常粒子系统的状态用以空间坐标为自变量、以时间为参量的波函数ψ（r ，t ）来描述，这种表示形式称为坐标表象。根据态叠加原理，粒子系统的状态波函数可以用任一力学量的本征函数系展开，则展开系数可同样描述粒子系统的状态，这种表示形式称为 Q表象，具体的有动量表象、能量表象等。这种情形相当于把描述粒子系统状态的波函数看成一个某抽象空间中的态矢量，力学量的本征函数系是该抽象空间中的一组基矢，展开系数就是态矢量在各基矢上的投影，这些投影即这些展开系数就是态矢量在 Q表象中的具体表示形式。表示力学量的
算符在不同表象中也有不同的表示形式。在坐标表象中，力学量的算符形式是
^^^^
(,)
F F r p =，
式中是^
p
动量算符
^
p i
=-?
；在Q表象中，力学量算符一般是矩阵。不同表象之间的波
函数和力学量算符可通过一定的变换矩阵来变换。
量子力学所采用的不同表象在理论上是完全等价的，而在实际工作中选取什么表象取决于所讨论的问题。表象选得适当，可以使问题简化。
1927年，约当和狄拉克分别达到关于表象理论的更深刻的认识，用狄拉克的讲法是，可取一全套互相对易的动力学变量同时对角化，用它们的本征值作表象的行列标志，不同表象间满足一定的变换关系。当然也可不用坐标而改用动量的三个互相对易的分量，这叫动量表象。这样，不管是矩阵，q数，算符，都统一为线性算符，描写动力学变量；不管是被矩阵或q数向右乘的列矢，还是被微分算符，向右作用的波函数，都描写动力学系的运动状态，可以统一叫态函数。矩阵力学和波动力学都是量子力学，只是表象不同罢了。
⑵不确定原理
海森伯在1927年提出不确定原理即测不准原理。海森伯对云室实验中电子的轨迹进行仔细思考，他认为这个轨迹是水滴串形成的，而不是电子的真正的轨道，况且水滴要比电子大得多。又由于微观粒子有波粒二象性，叠加原理意味着测量的多值性，经典物理是不能对它作决定性的描述，而只能做统计性的描述。因此他得出结论，这个轨迹肯定不是电子的准确轨道。海森伯猜想，在微观世界里，电子的位置是不可测量的，这一时刻对电子进行测量，下一时刻这个电子就不在原来的位置，同样电子也只能以一定的不确定性具有某一速度。海森伯的这一猜想是可以通过电子的单缝衍射实验来验证的。在电子的单缝衍射实验中，因为电子通过狭缝时发生衍射，粒子的动量不再确定的保持在原来的方向，有了偏转且偏转角为?，即x 方向有了动量分量x p p ?≈?，再利用德布罗意公式可得到22
x p x π??≈>
。从这一关系可知，位置测量的越精确，动量的测定就越不准确，反之亦然。 ⑶ 氦原子与氢分子
旧量子论的破产是在量子力学处理两电子问题时，如氦原子和氢分子。电子是全同粒子，总哈密顿量算符对交换任意两个电子的全套坐标是不变。因此可以引入一个交换算符与哈密顿量算符互易，所以交换算符是守恒量，它的本征值对电子是－1。这是泡利不相容原理的普遍表述。两个角动量为1/2的自旋组合出总自旋为0的单重态和总自旋为1的三重态，前者对两个电子自旋交换反对称，所以对两个电子空间坐标交换是对称的，而后者恰恰相反，这就解释了氦原子光谱分为两个分离的谱系，考虑到泡利原理的能级计算与光谱项符合。同样，1927年海特勒和F.伦敦对氢分子的近似计算表明总自旋为0的单重态使两原子吸引形成共价键，计算的键长和键能与实验值大致符合，而总自旋为1的三重态则使两原子排斥。F.伦敦1928年在这基础上考虑两个共价键间的化学反应，描述位能曲面，估计反应轨道和活化能的大小。这是量子力学应用到化学的开端。
⑷ 相对论性狄拉克方程
我们知道薛定谔方程是线性的，方程的不同解叠加后仍是方程的解，方程中包含对时间的微分算符只用到一次，且可推出概率守恒的连续方程。这几点都似乎是波动力学的核心。狄拉克特别注意保留这些特点而按狭义相对论的要求改造它，于1928年提出狄拉克方程，计算出氢原子的精细结构与光谱实验符合得很好。在狄拉克方程中出现两个二值的自由度，一个代表具有半个角动量却有一整个磁矩的自旋，另外一个二值的自由度则代表是粒子还是反粒子。如果将狄拉克方程用分量明显写出为联立的微分方程式组，可以与电
磁场分量的麦克斯韦方程组媲美。虽然分量有实数或复数的差异，在洛伦兹变换时有不同的变换规律，我们还是可以将电子及正电子看为狄拉克场的量子，如同光子是麦克斯韦场的量子一样，只是因为自旋是半整数而非整数，场分量间需满足反对易关系而非对易关系。无论是波场和粒子都具有波粒二象性，都是量子的。
哲学体系
哥本哈根学派提出了量子力学的诠释以后，不久就遭到EPR一派的强烈批评。以爱因斯坦为代表的EPR一派不同意对方提出的波函数的概率解释，不确定原理和互补原理等。双方展开了一个长达半个世纪的大论战。但这场论战却促进量子力学不段地趋于完备。
1930年，爱因斯坦用了一个理想实验“爱因斯坦光子箱”，他想从能量和时间这一对变量上来证明不确定原理是错误的。但爱因斯坦没有注意到广义相对论的红移效应。玻尔发现了这一问题，利用“加工”过的爱因斯坦光子箱论证了不确定原理。玻尔的论证是如此的有力，使爱因斯坦不得不放弃自己的看法，承认量子力学在理论上是自洽的，海森伯的不确定原理是合理的。以后爱因斯坦就转而论证量子力学理论的不完备性。
1935年，爱因斯坦，波多尔斯基，罗斯联名发表了《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗？》一文，这就是著名的EPR论文。他们的论证被称为EPR论证。论证的出发点是两条判据和两条暗中的假设。
EPR根据量子力学波函数描述的一般特征，推断出要么由波函数所提供的关于实在的量子力学的描述是不完备的，要么当对应于两个物理量的算符不可对易时，这两个物理量就不能同时是实在的。EPR论证选择了前者，认为量子力学对物理实在提供了一个不完备的描述。接着又提出一个理想实验。由两个子系统构成的复合体系，在它们经过某种相互作用后又彼此分开，按照量子力学，如果对分开后的体系Ⅰ进行动量的测量，即可确定地得知体系Ⅱ的同一分量的相应值。但是根据EPR的实在性判据和定域性假设，对Ⅰ的测量施于Ⅱ这种影响将起一种不可理解的“传心术”，这种传心术将是超过光速的超距作用。当然按照相对论，这是违背因果律的，因而是不可能实现的。爱因斯坦的结论是：或者量子力学不完备，或者量子力学存在一种超距作用。
EPR论文发表后，又引爆了一场大讨论。EPR论证未被玻尔接受，玻尔的反驳也同样不能令爱因斯坦信服。随着两位伟人的辞世，两人之间的争论也就结束了，但是两种观点之间的争论却未停止。
结束语
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。
量子力学的发展是艰难的，是历史上少有的天才科学家在一起共同创造了它。量子的概念如此令人困惑，以至于在引入它以后的20年时间内几乎没有什么根本性的进展，后来物理学家们花了三年时间创立了量子力学。科学家们为自己所作的感到困惑甚至失望。
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。
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。
对量子力学的认识 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。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，其基本原理包括量子态的概念，运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。量子力学的关键现象有黑体辐射、光电效应、原子结构和物质衍射，前人正是在在这些现象的基础上建立了量子力学。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。 黑体是一个理想化了的物体，它可以吸收所有照射到它上面的辐射，并将这些辐射转化为热辐射，这个热辐射的光谱特征仅与该黑体的温度有关。但从经典物理学出发得出的有关二者间关系的公式（维恩公式和瑞利公式）与实验数据不符（被称作“紫外灾变”）。1900年10月，马克斯·普朗克通过插值维恩公式和瑞利公式，得出了一个于实验数据完全吻合的黑体辐射的普朗克公式。但是在诠释这个公式时，通过将物体中的原子看作微小的量子谐振子，他不得不假设这些原子谐振子的能量，不是连续的，而是离散的。1900年，普朗克在描述他的辐射能量子化的时候非常地小心，他仅假设被吸收和放射的辐射能是量子化的。今天这个新的自然常数被称为普朗克常数来纪念普朗克的贡献。 1905年，阿尔伯特·爱因斯坦通过扩展普朗克的量子理论，提出不仅仅物质与电磁辐射之间的相互作用是量子化的，而且量子化是一个基本物理特性的理论。通过这个新理论，他得以解释光电效应。海因里希·鲁道夫·赫兹和菲利普·莱纳德等人的实验，发现通过光照，可以从金属中打出电子来。同时他们可以测量这些电子的动能。不论入射光的强度，只有当光的频率，超过一个临限值后，才会有电子被射出。此后被打出的电子的动能，随光的频率线性升高，而光的强度仅决定射出的电子的数量。爱因斯坦提出了光的量子理论，来解释这个现象。光的量子的能量在光电效应中被用来将金属中的电子射出和加速电子。假如光的频率太小的话，那么它无法使得电子越过逸出功，不论光强有多大。照射时间有多长，都不会发生光电效应,而入射光的频率高于极限频率时,即使光不够强,当它射到金属表面时也会观察到光电子发射。 20世纪初卢瑟福模型是当时被认为正确的原子模型。这个模型假设带负电荷的电子，像行星围绕太阳运转一样，围绕带正电荷的原子核运转。在这个过程中库仑力与离心力必须平衡。但是这个模型有两个问题无法解决。首先，按照经典电磁学，这个模型不稳定。按照电磁学，电子不断地在它的运转过程中被加速，同时应该通过放射电磁波丧失其能量，这样它很快就会坠入原子核。其次原子的发射光谱，由一系列离散的发射线组成，比如氢原子的发射光谱由一个紫外线系列（来曼系）、一个可见光系列（巴耳麦系）和其它的红外线系列组成。按照经典理论原子的发射谱应该是连续的。1913年，尼尔斯·玻尔提出了以他名字命名的玻尔模型，这个模型为原子结构和光谱线，给出了一个理论原理。玻尔认为电子只能在一定能量的轨道上运转。假如一个电子，从一个能量比较高的轨道，跃到一个能量比较低的轨道上时，它发射的光的频率为通过吸收同样频率的光子，可以从低能的轨道，跃到高能的轨道上。玻尔模型可以解释氢原子，改善的玻尔模型，还可以解释只有一个电子的离子，即He+, Li2+, Be3+ 等。 1919年克林顿·戴维森等人，首次成功地使用电子进行了衍射试验，路易·德布罗意由此提出粒子拥有波性，其波长与其动量相关。简单起见这里不详细描写戴维森等人的试验，
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
量子力学论文 题目：浅谈量子力学的前沿进展 学院： 专业： 学号： 姓名： 时间：2014年7月1日 指导教师：
浅谈量子力学的前沿进展 摘要：量子力学是在19世纪末发展起来的一门新科学,而且它还一直处于不断地发展中,在自然科学中具有重要作用。量子力学的规律已成功地运用于各个领域,物理、材料、化学、生命、信息和制药等,量子力学与我们的生活密切相关。量子力学是研究微观粒子的运动规律，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。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。本文将对量子力学目前的发展、应用以及前沿进展做出阐述。
关键词：量子力学；发展；前沿 Abstract Quantum Mechanics was a new subject that was formulated at the end of the 19th century and is still under development. It plays a key role in natural sciences. The theory of Quantum Mechanics is applied to a variety of areas, such as physics, materials, chemistry, life science, informatics and pharmacy and is closely related to our daily life. Quantum Mechanics is a basic theory that studies the motion law of microscopic particles and studies mainly atoms, molecules, condensed matter, and the structure and nature of atomic nucleus and fundamental particles. It has been one hundred years up to now when Quantum Mechanics was founded. It extended from kinetic theory at atomic level to Physics and other subjects and high-tech within one hundred years of development. As a matter of fact, it has beyond the scope of Physics; it is not only the backbone of modern matter science, but also one of the main theoretical basis of modern science and civilization construction. This paper will make a simple exposition for the modern development, application and leading edge of Quantum Mechanics.
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
Despite the name, the Underground Railroad was not really a railroad, but was a network of people who assisted fugitive slaves. Many fugitives who escaped to the North and Canada received assistance along the way from individuals who were involved in this network. By the early 19th century, the organization became so successful that it is estimatal that between 1810 and 1850,100,000 slaves escaped from the South through the Underground Railroad. It was not a coincidence that it was called the Underground Railroad. Steam railroads had just emerged and the terms used to describe the people who helped and the fugitives were related to the railroad line. Fugitive slaves were called “parcels”and “passengers”, the helpers were the “conductors”, the people who provided their homes as refuge were called “stationmasters”, and the homes were referred to as “depots” or “station”. The route used was an important part of a successful escape. There were numerous secret routes that a conductor could use. The one used depended on where the search parties and slave catchers were stationed . Some trips required the use of many different routes. If it appeared that they might be in danger, a guide would change paths. Some guided and
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，而量子力学的诞生却在本世纪二十年代，这中间曾经历一个曲折的途径，说明量子力学这个理论的诞生决不是一帆风顺的更不是靠少数科学家在头脑中凭空想出来的。 爱因斯坦在这次大会上作了题为《论我们关于辐射的本质和组成的观点的发展》的报告，首次提出光具有波粒二象性。爱因斯坦通过对光辐射的统计提醒的精辟分析得出结论：光对于统计平均现象表现为波动，而对于能量张罗现象却表现为粒子，因此，光同时具有波动性和粒子性。爱因斯坦进一步指出，这两者并不是水火不相容的。这样，爱因斯坦的第一次在更深的层次上及时处理光的神秘本性，从而也将他最尊敬的两位前辈——牛顿和麦克斯韦——关于光的理论有机的综合在一起。 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
量子力学：不平凡的诞生预示了不平凡的神奇 ——浅谈量子力学与量子思维 理学院物理系林功伟 量子力学自诞生以来，极大地推动了现代科学和技术的发展，已经深刻地改变了我们的生活方式。从电脑、电视、手机到核能、航天、生物技术，处处它都在大显身手，它已经把人类社会带入量子时代。但量子理论究竟带给了我们什么？这个问题，至今带给我们的仍只是无尽的想象。近年来，校长钱旭红院士，从改变思维的角度出发，在多种场合呼吁全社会要重视量子思维方式并加以运用，不久前又在“文汇科技沙龙”上，提议让“量子思维”尽早走入中小学课堂。那么，量子力学究竟是什么？ 量子力学的诞生是一段波澜壮阔的传奇。它的发展史是物理学乃至整个科学史上最为动人心魄的篇章之一。不平凡的诞生预示了不平凡的神奇。在量子世界中，处事原则处处与我们熟悉的牛顿力学主宰的世界截然不同。在我们熟悉的世界，要么是波，要么是粒子。在量子世界，既是波也是粒子，既不是波也不是粒子，兼具波和粒子的特质，即波粒二象性。从而引申出量子叠加、测量塌缩、量子纠缠等种种神奇的现象。 量子叠加：鱼和熊掌亦可得兼 在经典的牛顿力学体系中，把粒子的运动都归结为确定轨道的机械运动。知道粒子某个时刻的运动状态与力的作用，就可以推断粒子的过去，也可以预知粒子的未来。就像一个算命先生，你告诉他生辰八字，他掐指一算就知道你的前世来生。在这种机械观下，仿佛一切都是注定的、唯一确定的。然而，在量子世界，一切都变得不一样。比如，有一天要从上海去北京，异想天开的你既想乘坐京沪高铁体验沿途的风光，又想搭乘飞机享受鸟瞰大地的感觉。我们习惯的方式是同
一时间我们只能选择其一，必须割爱其一。但在量子世界中你可以在火车上和飞机里共存量子叠加态上，鱼和熊掌亦可得兼。 这种量子叠加状态非常奇特。同一时刻，你既体验着高铁沿途的风光，也享受着飞机上鸟瞰大地的感觉，如果说同一时刻有两件事，但分别要求在火车上和在飞机里完成，量子叠加态的你完全可以神奇地一一照做。就像《西游记》中的孙悟空有分身术，同时一个上天一个入地。现在科学家们正利用这一原理来研制未来的量子计算机。量子计算机中的量子比特可以在无数的空间中量子叠加。它们并行地操作完成复杂的计算。已有研究表明这种量子并行计算确实可以在某些特定的复杂计算问题上大大提高效率。例如：一个400位的阿拉伯数字进行质数因子分解，目前即使最快的超级计算机也要耗时上百亿年，这几乎等于宇宙的整个寿命；而具有相同时钟脉冲速度的量子计算机可能只需要几分钟。还有利用量子快速搜索算法，可能很快从一个大森林里找到一片叶子，或者在一个沙滩上找到一颗沙子。在量子世界，“大海捞针”已不再是没有可能的事，简直“易如反掌”。 量子叠加不仅可以是同一个物质在它不同状态的叠加，还允许不同物质的叠加，哪怕这两个物质是迥然不同类的。比如光和原子，前者是宇宙中最快的，一眨眼可以绕地球好几周；后者可以慢悠悠地停留在某处。如果让它们量子叠加一起会怎么样呢？有种叫电磁诱导透明的技术就可以让光和原子相干叠加。叠加后我们称之为暗态极子，它是半光半原子的混合体，就像希腊神话中半人半神的帕尔修斯，既具备人的情感，也具备神的能力。人们发现这种半光半原子混合体的速度是介于之间的，它既不像光速那么快，也不像原子慢悠悠停留在某处，它的速度取决于光在其中叠加的比重。人们通过调节这个比重就可以让光乖乖地慢下来，需要的时候还可以让光再飞奔起来。在运用上，光子相互作用很小，而原子之间容易产生大的相互作用。有趣的是：最近，我们研究小组通过合理设计可以利用原子的优点来弥补光子的缺点，设计出强的单光子相互作用。如果把这个过程提升到量子思维的话，不就是我们生活中的“取长补短”“协同合作”吗？而这个思维能力正是当代社会所迫切需要的。
浅谈量子力学的哲学含义 【摘要】量子力学的产生和发展受到经济生活的多方面影响，量子力学的产生也相应地对于政治、经济生活提供积极因素影响，量子力学中包含的量子场理论和微观粒子的提出，微观世界物质的特性等提出都在一定程度上包含一定的哲学含义。 【关键词】量子力学；哲学含义 1.量子力学的主要表述 量子力学确立了普遍的量子场实在理论。宇宙最基本的物理是量子场，量子场是第一性的，而实物粒子是第二性的。微观粒子没有经典物理学中的决定论表述，只有非决定论论述。量子力学的微观粒子理论中，包含具有叠加态的波函数，秉有波粒二象性和非定论的远程联系。特定的测量方式造成波函数的失落，越来越显露出它的本质特征。量子场实在论证明了宇宙的实在性，不同于德谟克里特所说的宇宙存在，宇宙更多如毕达哥拉斯和柏拉图描述的：宇宙是用数学公式表达的波函数以及所显示的各种图形的组合。 量子力学对于波粒二象性的揭示和微观粒子中反粒子存在的表述，阐释着物质和反物质的辩证存在关系。量子力学的多世界论认为世界大系统由多个平行世界构成，世界论中也存在反世界物质。无论是物质和反物质还是世界论中的反世界物质都表现着哲学中黑格尔和马克思主义哲学的正确性和真理性成分。其中物质与反物质是一对矛盾体，物质相对于反物质而存在。矛盾的普遍性阐释了时时刻刻存在矛盾的真理性。宇宙世界的基本属性是矛盾性和对立统一性。矛盾的特殊性要求必须正确把握主要矛盾和次要矛盾以及矛盾的主要方面和次要方面。主要矛盾的主要方面决定事物的根本性质。然而，在矛盾的哲学理论体系中，矛盾的双方是相对立而存在的，所谓物质和反物质的矛盾性从表象上分析是对立的存在，对立关系就是阐释着物质和反物质的相对应。在某一特殊世界领域中，各种客观实在具有方面上的相对关系。历史经验告诫区分“现实矛盾”和“逻辑矛盾”。 2.量子力学包含的矛盾哲理 其中逻辑矛盾表现在概念提出中的逻辑关系的对立；现实矛盾是隐藏在逻辑矛盾之下更深层次的以客观事实为导向的矛盾。任何话语系统不允许逻辑矛盾，A是B与A是-B同时为真，正如“正粒子”与“反粒子”碰撞，这两个命题是可以互相抵消为无的。然而，现实的矛盾，如“正电荷”和“负电荷”，“正粒子”和“反粒子”的相互矛盾关系，是长期存在的，共同构成了物质世界的矛盾客体。可以说矛盾的存在是世界物质性发展和产生的基本推动力。世界是充满矛盾的世界，矛盾构成了世界的真实存在。矛盾具有同一性和斗争性，在量子力学理论体系中正电荷和负电荷是在同一和斗争中不断转化的，正电荷和负电荷的交汇形成电荷的不带电中和性质，正负电荷在同一的过程中各自改变其特性以适应向新物质存在的客观转化。正负粒子的斗争性体现于正负粒子的正负电子相互碰撞和作用，不
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？ 司今（jiewaimuyu@https://www.doczj.com/doc/b06992627.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
量子力学发展史浅析 工程科学（1）班 肖玉超 摘要本文将以量子力学发展的重大事件与重要人物为主要分析对象，以量子力学发展的时间顺序为线索，对量子力学发展历史进行浅谈并针对量子力学发展过程中“物质的波动性与粒子性”，“随机论与决定论”问题，以及其引申出的EPR 佯谬等问题进行讨论，探究量子力学发展是如何不断自我完善的。 关键词：量子力学波动粒子EPR 佯谬 一、风暴前夕 量子力学发展中最大的争论——“物质的波动性与粒子性”的起源可以追溯到古希腊时期，古希腊时期对于光的思考与假设已经可以大致的看出其中包含的波动或是粒子的影子。古希腊时期伟大的哲学家恩培多克勒提出了“四根说”，即世界由土、气、火、水四种根源组成，他提出假设光是从人的眼睛中射出的火焰（古人由于技术条件，光火不分），当火焰到达物体是我们看见了物体。这不难看出其中包含着光的连续性的影子。这个假说无法解释我们在黑暗中无法看见其他物体而被推翻。对于我们如何感知光线的正确解释一直到了罗马时期，学者卢克来修在其著作中指出光线是直接到达眼睛而被人感知的。在光的传播的一些性质问题上欧几里德对光的反射进行了研究；托勒密、开普勒、哈桑都对光的折射进行了研究；最终费马总结了前人的研究，并将其归结为一个简洁明了的理论——的光程最短法则，物理学的简约美充分得到体现。此时，光学，作为物理学的一门学科建立
了起来。 关于光的本质到底是什么，人们的观点大致可以分为两派，即波动派与粒子派。波动派从弗朗西斯科·格里马第的光衍射条纹得到支持，认为光是一种依靠介质震动的波，然而光的介质却为人所困惑，因为光可以从遥远的星系传播到这里，其途径并没有我们常见的空气等作为介质，为此，波动说假设空间中有一种名为以太的介质来传递光波的震动。 而粒子派，却从光的严格反射与光总是沿直线传播这两点入手，认为光的本质是一种十分微小的微粒，然而粒子派也有自己的难题，就是两束光交叉的时候为什么没有发生想象当中的物理碰撞而弹开的现象。 十七世纪中叶，由对光的颜色这一问题的讨论引发的关于光本质的大论战开始了，这两个引发世纪论战的学派此时真正地正面对立了起来。论战一直持续到1704 年，牛顿的著作《光学》的问世宣告了粒子说的暂时胜利，这场论战才谢幕。论战期间，波动派的代表人物格里马第力图通过实验证明光色的不通是由于其频率不同导致的，胡克重复了格里马第的工作并在《显微术》一书中支持格里马第的理论。另一代表人物惠更斯，他运用了高超的数学天赋，成功的数学证明了波动的光的折射反射定律，既而证明的牛顿环的问题。这令波动说大占优势。 牛顿关于光的颜色问题的解释是光是颜色不通的微粒色散，实验证明白光是各种色光的混合，是不通颜色微粒的分开，他在进一步吸收波动说的一些理论，例如周期性与震动，在利用已经成名的牛顿力学，成功的解释了诸多光学问题。随着《光学》的出版，粒子说走向了那时巅峰。牛顿的巨大成功，不仅仅因为牛顿的个人的探索，同时也有牛顿吸收对立学派的理论，强化自己的理论的原因。正如牛顿自己说说：“我能取得成功，因为我站在巨人的肩膀上！”粒子说能运用波动说的理论，反之可不可以呢？这是否意味着波和粒子在对对立的性质在更高的层面上是统一的呢？物理，这本来是客观描述世界规律的学问，为何出现了哲学的影子？ 1807 年，托马斯·杨在其《自然哲学讲义》一书中提示出双缝干涉实验，实验现象的明暗相间的条纹表明，明亮条纹是光波波峰的叠加，暗条纹收波谷的叠加。针对这一现象，粒子说完全无法得到一个合理的解释。雪上加霜的是，在菲涅耳提出光是一种横波的假设， v ≈ 3c 成功解决了光的偏振问题，傅克测得水中光速 4 后，更是宣判了粒子说的死刑，似乎 没有什么能阻止波动取代粒子，走向了主宰光学的皇位。 然而波动说始终有着“以太为介质”这一个致命的前期假设，在这个假设下，光速要
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
浅谈化学发展史 【摘要】：化学的发展，对人类社会的进步至关重要。化学与人们的生活息息相关，了解化学的发展史，有助于我们更好的利用化学。化学的历史渊源非常古老，可以说自从有了人类，化学便与人类结下了不解之缘。钻木取火，用火烧煮食物，烧制陶器，冶炼青铜器和铁器等等。当时只是一种经验的积累，化学知识的形成和发展经历了漫长而曲折的道路。而它的发展，又极大地促进了当时社会生产力的发展，成为人类进步的标志。 【关键词】：重要意义；定义;发展;化学 【正文】：第一次学习化学发展史，首先要知道它有什么意义，那么我们为什么要学化学发展史呢？首先，学习和研究化学式的重要意义已为化学家和化学史家所重视，甚至已经发展到为教育领导部门所重视，这不是偶然，而是由化学史的内容所决定的。学习化学史，不仅是为史而学，而是史为今用，为了更好地学习和研究现代化学。因此，学习化学史至少有以下几个方面的积极意义。 第一，掌握化学产生和发展全过程的系统历史知识，有利益培养化学人才的良好素质。通过化学史的学习，可以清楚的了解到化学发展到今天的水平并不容易，是广大劳动群众和化学家们经过长期的艰辛努力，甚至不惜付出健康和生命代价，取得这样或那样的成果，汇集成一部化学的历史。 第二，通过对化学的学习，可以正确的理解和处理化学中实验与理论二者的辩证关系，它们是具体的历史的同意，二者相辅相成，不可偏废。它们共同促进了化学学科的发展。 第三，学习化学史，有利于提高化学人才的独立工作能力。在经过二三年的基础课程和专业课程以及实验课程的学习和训练之后，在学习化学史，可以讲全部化学连贯起来通盘考察其发展过程中成功与失败的原因，分析和比较各种方法的优劣，寻求研究问题的方法和规律。 知道了化学发展史的意义，那么什么是化学发展？化学史是科学史的一个分支。什么是科学史呢？科学史的重要奠基人，美国著名科学史家G.萨顿曾经这样定义：“如果把科学定义为系统化的实证知识，或者看做是在不同时期不同地索系统化的这样一种知识，那么科学史就是这种知识发展的描述和说明。”如果我们用更习惯的语言为科学史下定义，可以认为科学史史人类在长期社会实践活动过程中，关于自然知识的系统的历史的描述。 化学史则是人类在长期的社会实践过程中，对大自然的化学知识的系统的历史的描述。因此，化学史不是纯自然科学，而是自然科学与历史科学相互交叉的一门特殊的历史科学。化学史也是化学的一个分支学科，余华的其他分支学科有区别也有联系。化学的其他分支学科，以讲授知识的理论和现状为目的，随着学科的不断发展更新其内容。化学史则不然，他是从化学发展的历史角度，在纵的方向上，阐述从化学萌芽开始，经过漫长的岁月，怎样发展为现代化学史的过程。即化学怎样产生，发展和繁荣起来的全过程的系统阐述。 那么化学是怎样发展的呢？化学在发展过程中，依照所研究的分子类别和研究手段、目的、任务的不同，派生出不同层次的许多分支。在20世纪20年代以前，化学传统地分为无机化学、有机化学、物理化学和分析化学四个分支。20年代以后，由于世界经济的高速发展，化学键的电子理论和量子力学的诞生、电子技术和计算机技术的兴起，化学研究在理论上和实验技术上都获得了新的手段，导致这门学科从30年代以来飞跃发展，出现了崭新的面貌。现在把化学内容一般分为生物化学、有机化学、高分子化学、应用化学和化学工程学、物理化学、无机化学等五大类共80项，实际包括了七大分支学科。那么它们又是如何发展的呢？我们就从分析化学来看。在化学还没有成为一门独立学科的中世纪,甚至古代,人们已开始从事分析检验的实践活动。这一实践活动来源于生产和生活的需要。如为了冶炼各种金属,
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