原子物理学 量子力学导论 (3.1.2)--3.1玻尔理论的困难

1905 年爱因斯坦在解释光电效应时提出光量子概 念。 1913 年玻尔引入量子态概念建立玻尔模型并成功地 解释了氢光谱。 1925 年泡利提出的不相容原理和同年乌 仑贝克、古兹米特提出的电子自旋假说，可很好地解释 元素周期性、塞曼效应等一系列实验事实。至此形成的 量子论称为旧量子论，有严重的缺陷。
（薛定谔的非难“糟透的跃迁”：在两能级间跃迁的电 子处于什么状态？）
玻尔理论的“缺陷” :
1. 不能证明较复杂的原子甚至比 氢稍复杂的氦原子的光谱；
2. 不能给出光谱的谱线强度（相 对强度）；
3. 不能解释氢光谱的精细结构； 4. 只能处理周期运动不能处理非
束缚态问题，如散射问题； 5. 不能自洽。在理论上，能量量
经典物理学的困难
进入 20 世纪后，经典物理学受到冲击。经典理论在解 释一些新的试验结果上遇到了严重的困难。
主要是以下以个问题： 1 ）黑体辐射问来自百度文库 ； 2 ）光电效应 ； 3 ）氢原子光谱
新的实验现象的发现暴露了经典理论的局限性，迫使 人们去寻找新的物理概念，建立新的理论，于是量子力 学就在这场物理学的危机中诞生。
子化概念与经典力学不相容。带 有人为的性质，其物理本质还不 清楚。
爱因斯坦与玻尔
§3-1 玻尔理论的局限性
玻尔量子理论首次打开了认识原子 结构的大门，取得了很大的成功。 但是它的局限性和存在的问题也逐 渐为人们所认识。
玻尔理论将微观粒子视为经典力学 中的质点，把经典力学的规律用于 微观粒子，使其理论中有难以解决 的内在矛盾，故有重大缺陷。
如：为什么核与电子间的相互作用存在， 但处于定态的加速电子不辐射电磁波？电 子跃迁时辐射（或吸收）电磁波的根本原 因何在？……
Atomic Physics 原子物理学
第三章：量子力学导论
第一节 玻尔理论的困难 第二节 波粒二相性
第三节 不确定关系 第四节 波函数极其统计解释 第五节 薛定谔方程 第六节 平均值与算符 第七节 氢原子的薛定谔方程
经典物理学的成功
19 世纪末，物理学理论在当时看来已经发 展到相当完善的阶段。主要表现在以下两个方 面： (1) 应用牛顿力学讨论了从天体到地上各 种尺度的力学客体的运动。牛顿力学应用于分 子运动也取得有益的结果。 1897 年汤姆逊发 现了电子，这个发现表明电子的行为类似于一 个牛顿粒子。 (2) 光的波动性在 1803 年由托马斯 . 杨 的衍射实验有力揭示出来，麦克斯韦在 1864 年发现的光和电磁现象之间的联系把光的波动 性置于更加坚实的基础之上。
WERNER HEISENBERG
(1901-1976)
薛定谔 ERWIN SCHRODINGER (1887-1961)
狄拉克 PAUL DIRAC (1902-1984)
量子论
原子内的微观世界：
1 量子.化（连续无级） 2 随机.性（必然性、因果关系） 3 模糊.量（测量的宏观准确性）
在“物质粒子的波粒二象性”思想的基础上，于 19251928 年间由海森堡、玻恩、薛定谔、狄拉克等人建立了量 子力学，它与相对论成了近代物理学的两大理论支柱。
量子力学的本质特征在 1927 年海森堡提出的不确定关系 中得到明确的反映，它是微观客体波粒二象性的必然结果。
玻恩
M.Born
海森堡
(1882-1970)