2.量子论描述.ppt

* 2．著名的德布罗意关系式 1924年11月，德布罗意正式提出了所有物质粒子都具有波粒二重性的假设，他认为“任何物体伴随以波，而且不可能将物体的运动与波的转播分开”；并且从理论上导出了粒子动量p与伴随着的波的波长之间的关系式： 这就是著名的德布罗意关系式。 例如动能Ek=10eV的电子，其德布罗意波长 * 上述计算中，已用了组合常数hc=1240eV?nm。 可见这个电子的波长已与原子半径相仿，所以在原子、分子那样的微观世界中，电子的波长就显示出来了。动能越大，电子波长就越短，科学家正是利用短波长的高能电子束代替可见光，制成了电子显微镜。 * 20世纪30年代，电子显微镜诞生了。电子显微镜是利用高速运动的电子束代替光线来观察物体的细微结构的，放大倍数比光学显微镜高许多，可以达到几十万倍。电子显微镜大大开阔了人们的视野，使人们看到了细胞更细微的结构 电子显微镜 * 美国橡树岭国家实验室的研究人员正在以创记录的分辨率清楚地观察原子世界，因为他们研究出的电子显微镜能够能分辨出硅晶体的单个、哑铃形状的原子。 电子显微镜下的原子世界 能看清原子的电子显微镜 * 物质波概念的提出令人惊讶 在论文答辩时，物质波概念的新颖，使答辩委员会不知如何评价，但也不敢轻易否定。 为此，他的导师郎之万将论文副本寄给了爱因斯坦。 对德布罗意的论文，爱因斯坦大加赞赏。在爱因斯坦的大力推荐下，德布罗意的论文顺利通过了。 * 对于德布罗意的物质波思想，爱因斯坦评价说： “厚幕的一角被德布罗意揭开了。M.德布罗意的弟弟做了一项很有意义的工作……我相信，这是对物理之谜中最棘手的一个谜投下了第一道微弱的光芒。” 爱因斯坦 * 四、电子波动性的实验验证 在论文答辩会上，针对物质波思想，有人问德布罗意：有没有办法验证这一观点？他回答：“通过电子在晶体上的衍射实验，应当有可能观察到这种假定的波动的效应。” 他哥哥实验室中的一位实验物理学家道维勒试图用阴极射线管做这个实验，没有成功！放弃了。 道维勒为什么没有做成呢？ 后来分析是电子的速度不够大，作为靶子的云母晶体吸收了空中游离的电荷。 如果改变实验条件认真做下去，是会成功的。 3年后的1927年，美国物理学家戴维孙和英国物理学家G.P.汤姆孙（J.J.汤姆孙的儿子）分别发现了晶体的电子衍射，完全证实了电子的波性。 * 戴维孙 G.P.汤姆孙 电子在晶体中衍射实验示意图 * 戴维孙（左）手持电子衍射管， 右为他的助手革末 戴维孙所用的电子衍射管 * 电子双缝干涉实验图样 1961年德国科学家约恩逊首次获得电子的双缝干涉图样，明确显示了电子的波动性，被列为世界十大最美丽的实验之榜首 * §5 描写物质波动的方程及波函数的统计解释 一、薛定谔波动方程 德布罗意提出了物质波的概念，可是没告诉大家这种波满足什么样的运动方程，是如何随时间变化的。 电子的波动性与粒子性又是如何完美统一起来的？ * 1926年，薛定谔完成了波动方程的建立 称薛定谔方程 。 薛定谔 * 请注意：在这里量子化能级是薛定谔方程的自然结果，不必去规定某些量子化条件了。可惜当时薛定谔自己也没有认识到他所提出的波函数的真正意义。 薛定谔：“要是必须承认这该死的量子跃迁，我真后悔卷入到量子理论中来。” 　　玻尔：“但是，我们大家却全都感谢你，你的波动力学代表了一次巨大的进步。” 　　　　　　　　 　——1926年10月，于哥本哈根 * 对薛定谔有必要提一下他对生命科学研究的贡献： 1944年，薛定谔出版了《生命是什么？——活细胞的物理学观》一书。书中薛定谔试图用热力学、量子力学和化学理论来解释生命的本性，引进了非周期性晶体、负熵、遗传密码、量子跃迁式的突变等概念。这本书使许多青年物理学家开始注意生命科学中提出的问题，引导人们用物理学、化学方法去研究生命的本性。正是 在这本书的启发下，后来克里克和 沃森发现了DNA双螺旋结构，将生命 科学研究深入到分子水平。使薛定谔 成了分子生物学的先驱。 生命是什么？ * 《生命是什么？》在上个世纪的生物学革命中的作用确实非同凡响。 后来，克里克和沃森发现DNA双螺旋结构。 DNA双螺旋结构 * 二、波函数的统计解释 表示电子于t 时刻在空间x点被测到的概率密度。