现代科技概论-量子力学.ppt

量子力学的建立 Quantum Mechanics 量子力学的建立 玻恩（M. Born），1926年，波函数的概率解释； 海森堡（W. Heisenberg），1927年，测不准原理； 泡利（W. Pauli），不相容原理。 狄拉克（P. Dirac），1928年，相对论波动方程； 玻恩（M. Born），1926，波函数的概率解释 Born’s probability amplitude of wave function 电子在屏上各个位置出现的概率密度并不是常数：有些地方出现的概率大，即出现干涉图样中的“亮条纹”；而有些地方出现的概率却可以为零，没有电子到达，显示“暗条纹”。由此可见，在电子双缝干涉实验中观察到的，是大量事件所显示出来的一种概率分布，这正是玻恩对波函数物理意义的解释， 海森堡（W. Heisenberg），1927，测不准原理 Heisenberg’s uncertainty principle 一个微观粒子的某些物理量（如位置和动量，或方位角与动量矩，还有时间和能量等），不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。 玻尔更着重于从哲学上考虑问题, 提出互补原理。在物理理论中，平常大家总是认为可以不必干涉所研究的对象，就可以观测该对象，但从量子理论看来却不可能，因为对原子体系的任何观测，都将涉及所观测的对象在观测过程中已经有所改变，因此不可能有单一的定义，平常所谓的因果性不复存在。对经典理论来说是互相排斥的不同性质，在量子理论中却成了互相补充的一些侧面。 Heisenberg’s uncertainty principle 量子力学的建立 Quantum Mechanics 量子力学的建立 玻恩（M. Born），1926年，波函数的概率解释； 海森堡（W. Heisenberg），1927年，测不准原理； 泡利（W. Pauli），不相容原理。 狄拉克（P. Dirac），1928年，相对论波动方程； 量子力学的哥本哈根解释及其哲学意义Copenhagen School Explanation of Quantum Mechanicsand Its Philosophical Significance 量子论的本性迫使我们把空间-时间坐标系和因果性要求看作是各自用来表示观察和定义的理论化的描述的两个彼此互补但又互斥的特征，而这两者的结合则是古典理论的特征。 ——玻尔. 1927. 上帝不掷骰子。 ——爱因斯坦. 1927. 作业 homework 简述相对论的科学和哲学意义。 19世纪末古典物理学的热和光动力理论中，有两大未解难题（两朵乌云），请予以简述。 科学、技术与社会系列课程 科学、技术与社会系列课程 19世纪末20世纪初的物理学革命 Physics Revolution in 19C-20C 古典物理学的顶峰与物理学危机 The zenith and crisis of classical physics 19世纪末古典物理学大厦建成 形成牛顿力学体系为中心，声学、热学、光学和电磁学大一统，小到原子、大到宇宙天体的世界图景，使物理学显示出一种形式上的完整，被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”。 量子力学奠基人普朗克的老师约利就曾劝说普朗克不要学习物理，因为“这门科学中的一切都已经被研究了，只有一些不重要的空白需要被填补”。 大部分人认为，物理学大厦已经最终建成，剩下的工作只是把物理常数的测量弄得再准确一些。 古典物理学的顶峰与物理学危机 The zenith and crisis of classical physics 19世纪末古典物理学大厦建成 动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了…… 在热和光动力理论上空的19世纪乌云 开尔文勋爵(Lord Kelvin)，1900年 物理学晴朗天空中的两朵乌云 The physical sky is obscured by two clouds 1886年，美国物理学家迈克尔逊和莫雷进行探测光以太对于地球的漂移速度的实验，在人们当时的观念里，以太代表了一个绝对静止的参考系，而地球穿过以太在空间中运动，就相当于一艘船在高速行驶，迎面会吹来强烈的“以太风”。这可能是当时物理史上进行过的最精密的实验了，但是迈克尔逊和莫雷一连观测了数天，没有观测到以太的飘移速度，以失败告终。 迈克尔逊-莫雷实验的零结果 Michelson–Morley experiment 物理学晴朗天空中的两朵乌云 T