从量子论到量子力学
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量子力学的发展简史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的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。
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。
1905年,爱因斯坦引进光量子(光子)的概念,并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系,成功地解释了光电效应。
其后,他又提出固体的振动能量也是量子化的,从而解释了低温下固体比热问题。
1913年,玻尔在卢瑟福原有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。
按照这个理论,原子中的电子只能在分立的轨道上运动,在轨道上运动时候电子既不吸收能量,也不放出能量。
原子具有确定的能量,它所处的这种状态叫“定态”,而且原子只有从一个定态到另一个定态,才能吸收或辐射能量。
这个理论虽然有许多成功之处,但对于进一步解释实验现象还有许多困难。
在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后,为了解释一些经典理论无法解释的现象,法国物理学家德布罗意于1923年提出了物质波这一概念。
认为一切微观粒子均伴随着一个波,这就是所谓的德布罗意波。
德布罗意的物质波方程:E=ħω,p=h/λ,其中ħ=h/2π,可以由E=p²/2m 得到λ=√(h²/2mE)。
由于微观粒子具有波粒二象性,微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律,描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。
当粒子的大小由微观过渡到宏观时,它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学。
量子力学与经典力学的差别首先表现在对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。
在量子力学中,粒子的状态用波函数描述,它是坐标和时间的复函数。
为了描写微观粒子状态随时间变化的规律,就需要找出波函数所满足的运动方程。
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。
量子力学史话-----------------------百度百科:关于量子力学量子力学(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。
有人引用量子力学中的随机性支持自由意志说,但是第一,这种微观尺度上的随机性和通常意义下的宏观的自由意志之间仍然有着难以逾越的距离;第二,这种随机性是否不可约简(irreducible)还难以证明,因为人们在微观尺度上的观察能力仍然有限。
自然界是否真有随机性还是一个悬而未决的问题。
对这个鸿沟起决定作用的就是普朗克常数。
统计学中的许多随机事件的例子,严格说来实为决定性的。
量子力学的发展简史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的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。
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。
1905年,爱因斯坦引进光量子(光子)的概念,并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系,成功地解释了光电效应。
其后,他又提出固体的振动能量也是量子化的,从而解释了低温下固体比热问题。
1913年,玻尔在卢瑟福有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。
按照这个理论,原子中的电子只能在分立的轨道上运动,在轨道上运动时候电子既不吸收能量,也不放出能量。
原子具有确定的能量,它所处的这种状态叫“定态”,而且原子只有从一个定态到另一个定态,才能吸收或辐射能量。
这个理论虽然有许多成功之处,但对于进一步解释实验现象还有许多困难。
在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后,为了解释一些经典理论无法解释的现象,法国物理学家德布罗意于1923年提出了物质波这一概念。
量子场论与相对论量子力学的关系量子场论与相对论量子力学是现代物理学中两个重要的理论。
它们都是20世纪的理论成果,对我们对于自然界的理解有着深远的影响。
虽然它们都是量子力学的分支,但却从不同的角度探索和描述了自然界的基本规律。
首先,让我们来了解一下相对论量子力学。
相对论量子力学结合了相对论和量子力学的原理,提供了对微观粒子行为的更准确的描述。
它的基础是爱因斯坦的狭义相对论,即描述高速物体运动的理论。
然而,在狭义相对论中,量子力学的原则并未被纳入考虑。
因此,相对论量子力学试图将狭义相对论和量子力学结合起来,以便在高速场景下解释微观粒子的行为。
相对论量子力学的一个重要概念是相对论性量子场论。
它是描述粒子和场之间相互作用的理论框架。
在相对论性量子场论中,物质和力量的相互作用通过粒子、场和相互作用之间的复杂关系得以解释。
这个理论的核心概念是量子场,它描述了粒子在空间中的分布和它们的运动。
相对论性量子场论不仅能够解释粒子的相互作用,还能够解释它们在空间中的变化。
与相对论量子力学相对应的是量子场论。
量子场论是一种描述自然界的基本力和粒子相互作用的理论。
它是由量子力学和场论相结合而成的一种统一的理论框架。
量子场论认为粒子是通过场的激发而产生的,并且这些场与空间中的每一点有关。
量子场论成功地解释了自然界的一些基本力和粒子相互作用,如强相互作用、电磁相互作用和弱相互作用。
虽然量子场论和相对论量子力学都是量子力学的扩展,但它们对于物理学的意义和应用是不同的。
相对论量子力学主要适用于高速运动的粒子场景,并提供了涉及高速粒子碰撞和加速实验的预测。
而量子场论适用于描述粒子的产生与湮灭,以及它们在空间中传播和相互作用的过程。
相对论量子力学和量子场论的关系可以从它们的基本原理和数学形式上进行比较。
相对论量子力学基于狭义相对论的基本原理,采用四维时空观念,并使用洛伦兹变换来描述质量和能量的变换。
而量子场论则使用场算符和费曼图等数学形式,描述粒子与场的相互作用。
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。
论述量子力学的发展量子力学是20世纪最伟大的科学之一,其发展历程充满着奇迹和挑战。
从最初的诞生到如今的广泛应用,量子力学为我们揭示了微观世界的奥秘,改变了我们对自然规律的认识。
量子力学的发展可以追溯到20世纪初。
在那个时代,物理学家们开始意识到经典物理学无法解释一些实验现象,比如黑体辐射和光的波粒二象性。
这促使他们重新思考物质的本质,引发了量子力学的诞生。
其中,普朗克的量子理论和德布罗意的波粒二象性理论是量子力学发展的重要里程碑。
随后,薛定谔提出了著名的薛定谔方程,为描述微观粒子的运动提供了一种全新的数学工具。
而哥本哈根学派的诞生,更是为量子力学的发展注入了新的活力。
波恩、海森堡和玻尔等物理学家共同建立了量子力学的基本原理,如不确定性原理和波函数坍缩等,为量子力学的形成奠定了基础。
随着科技的进步和实验技术的发展,量子力学的应用范围也越来越广泛。
量子力学在原子物理、分子物理、凝聚态物理等领域都发挥着重要作用。
比如,量子力学为原子核结构的研究提供了重要的理论基础,揭示了原子核内部的结构和相互作用规律;在量子信息领域,量子力学的概念被应用于量子计算、量子通信等前沿技术的研究中,为信息科学的发展开辟了新的方向。
然而,量子力学的发展过程也并非一帆风顺。
爱因斯坦曾对量子力学的统计解释提出质疑,认为“上帝不掷骰子”,暗示着量子力学的统计解释存在着不完整之处。
此外,量子力学的超越性和概率性质也给人们带来了困惑和挑战,引发了许多哲学上的思考。
总的来说,量子力学的发展历程充满着曲折和探索,但正是这种探索精神和科学精神,推动了量子力学的不断进步和完善。
量子力学的发展不仅揭示了微观世界的规律,也拓展了人类对自然界的认识。
在未来,随着科学技术的不断进步,量子力学必将继续发展,并为人类带来更多的科学发现和技术创新。
愿我们能够与时俱进,探索未知,迎接未来的挑战。