量子力学的建立课件.ppt

一、 量子力学的发展线索与代表人物 在1924年通过的博士论文《量子论研究》中提出了德布罗意波（相波）理论。 1927年由美国贝尔实验室的戴维孙(C．J．Davisson)、革未(L．H．Germer)及英国的汤姆孙(G．P．Thomson)通过电子衍射实验证实。 1929年获诺贝尔物理学奖。 3.物质波假设的提出： 德布罗意在论文中提出如下预言：“从很小的孔穿过的电子束能够呈现衍射现象，这或许就是人们能借以寻找关于我们的想法的实验证据的方向。” 但德布罗意的论文当时并没有受到重视，他希望用实验来检验他的理论的建议，也未得到实验物理学家的响应。 4.德布罗意波的实验验证 X 射线照在晶体上可以产生衍射，如果物质波理论正确，那么电子打在晶体上也能观察电子衍射。 1925年前后，爱因斯坦正在研究气体理论，刚完成《单原子理想气体的量子理论》论文，但文中存在一个饽论。他收到德布罗意的博士论文后，发现这一饽论可以用德布罗意的理论很好的解决，于是续写了一篇论文《单原子理想气体的量子理论Ⅱ》，于1925年发表。薛定谔当时也在研究气体理论，他对爱因斯坦的论文很不理解，认为有错，于1925年2月5日写信给爱因斯坦进行讨论。爱因斯坦在回信中建议他仔细研究德布罗意的博士论文，这促使了薛定谔对德布罗意物质波思想的极大关注，并迅速掌握了德布罗意的新思想。到薛定谔发表波动力学之前，薛定谔与爱因斯坦之间共同通了九封信。在1926年4月23日薛定谔给爱因斯坦的一封信中他说：“如果不是你的关于气体简并的第二篇论文把德布罗意的思想摆在我面前，单靠我个人的力量，这个波动力学是根本无法建立起来的。” 3.德布罗意思想的影响： 1925年，著名物理学家德拜主持了一个瑞士联邦技术学院与苏黎世大学联合物理学讨论会，他指定由薛定谔报告德布罗意理论。当薛定谔介绍完之后，德拜评论说，讨论波动而没有一个波动方程，太幼稚了。几个星期以后，在另一次报告会上，薛定谔说：“我的同事德拜说，要有一个波动方程，好，我已经找到了。”这次讨论会，实际上就是薛定谔事业的开端。 在1926年1月份发表的论文中，他引入了波函数的概念，建立了氢原子的定态薛定谔方程： 5.波函数Ψ的物理意义： 薛定谔认为，波函数Ψ代表着电荷在实际空间中的连续分布，并定义ΨΨ*为电荷分布的“权重函数”，而电荷P=eΨΨ*。他认为波包就是粒子最密集的地方。但这种波包的数学形式（波函数）会随时间无限扩展，因而波包会在极短的时间内消失，不符合实物粒子的稳定性。 1.海森堡简历： 1923年考取博士，先后跟随玻恩和玻尔学习，并在他们的指导下，研究量子伦。海森堡曾经说过：“在索莫菲那里学了物理，玻恩那里学了数学，玻尔那里学了哲学。” 海森堡1925年7月创建矩阵力学，1927年提出测不准关系。 对立： 随着波动力学和矩阵力学的创立，在同一研究领域出现了两个形式完全不同、但同样有效的量子理论。开始时，两种理论的创立者对对方的理论都抱有排斥甚至敌视的态度。海森堡给泡利的信中写到：“我越是思考薛定谔理论的物理内容，就越感到憎恨。”同样，薛定谔对矩阵力学也很反感，他说；“这种超越代数的方法简直无法想象，它如果不使我拒绝的话，至少使我气馁。” 狄拉克得知这一新的量子力学后，用了几个星期即发表了多篇文章。由于狄拉克熟悉哈密顿力学，他发现这一新量子力学中的对易关系，形式上与经典力学中的泊松括号相当。在1925年11月发表的论文《量子力学的基本方程》中，狄拉克运用泊松括号和对应原理，很简单的把经典力学方程改造为量子力学方程，并引进了狄拉克符号，从而建立了相对论性量子力学。同时为粒子物理和量子电动力学奠定了基础，因此狄拉克与薛定谔共获1933年诺贝尔物理奖。 1921年玻尔在丹麦哥本哈根创建了理论物理研究所(1965年改名为玻尔研究所)。并很快成为当时国际上公认的物理研究中心。逐渐形成了以玻尔为核心、以哥本哈根的名字命名的学派。对量子力学的创立和发展做出了杰出贡献，代表人物有玻尔、海森堡、泡利和玻恩等。海森堡的“测不准关系”和玻尔的“互补原理”构成了哥本哈根学派诠释量子力学的两大主要支柱。1927年后，逐渐为大多数物理学家所接受。因此被人们称为量子力学的“正统”解释。 海森堡认为，微观粒子既不是经典的粒子，也不是经典的波；当人们用宏观仪器观测微观粒子时，就会发生观测仪器对微观粒子行为的干扰，使人们无法准确掌握微观粒子的原来面貌；而这种干扰是无法控制和避免的，就像盲人想知道雪花的形状和构造。通过仔细分析，海森堡得出电子坐标的不确定程度Δx和动量的不确定程度Δp遵从：Δx·Δp～h；同样，能量和时间这种正则共轭物理量