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量 子 力 学 第一节 绪论 一、《量子力学》研究的内容及其作用 从20世纪初到二十年代末，物理学发生了极其深刻的划时代的变革，相对论和量子力学相继诞生。从此，以它们的诞生为标志，物理学被划分为经典和近代物理学。 量子力学是研究微观粒子（线度在10-10m量级以下的物质客体，如分子、原子、原子核、基本粒子等）运动规律的物理理论。到目前为止，量子力学的历史只有几十年，已经渗透到科学技术的各个领域。 一、《量子力学》研究的内容及其作用 （1）物理学领域 小至对原子内部电子运动的探索，大至对天体演化的研究，都得以量子力学作为理论基础。当今，世界最活跃的研究领域就是天体物理学，关于宇宙的起源、发展的研究没有量子力学这个工具就无法进展。另外还有许多从量子力学和经典物理结合中产生的新学科，如量子电动力学、量子统计物理学等。 （2）边缘学科领域 在物理学之外的其它一些基础科学的领域，如化学、生物学、医学等也和量子力学发生了密切的联系，产生了一大批边缘学科，如量子生物学、量子化学等； （3）新技术领域。 各种新技术如半导体、激光等，可以说，如果没有量子力学，它们就不会诞生。 研 究 对 象 一、《量子力学》研究的内容及其作用 　　量子力学是反映微观粒子（分子、原子、原子核、基本粒子等）运动规律的理论。 二、量子力学产生的历史背景 1、经典物理学的发展 经典力学创始人牛顿、达.芬奇、伽利略等，1687年牛顿出版《自然哲学的数学原理》，奠定了经典粒子物理学。到19世纪末，已经建立了完整的经典物理学理论体系。 经典物理学理论体系的组成： 牛顿三大定律和万有引力定律为基础的经典力学；以麦克斯韦方程组和洛仑兹公式表述的电磁场理论；对于热现象则有：宏观理论：热力学三大定律。微观理论：统计物理学。 经典物理学大厦： Newton力学—描述物体机械运动 Maxwell电磁理论（方程组）—描述电磁现象（包括光的运动规律） 热力学及统计物理—描述分子热现象 二、量子力学产生的历史背景 绝对温标的创始人英国的开尔文在1899年新年贺词中说：“19世纪已将物理大厦全部建成，今后物理学家的任务就是修饰、完美这所大厦了。”有趣的是，他同时也提到，在物理学的天空上也还漂浮着两朵小小的令人不安的乌云。 （1）“紫外灾难”，经典理论得出的瑞利－金斯公式，在高频部分趋无穷。 （2）“以太漂移”，迈克尔逊－莫雷实验表明，不存在以太。　 二、量子力学产生的历史背景 2、撼动经典物理学的几个物理现象 （1）迈克尔逊—莫雷实验 （2）气体比热问题中的能量均分律的失败 （3）称之为“紫外灾难”的黑体辐射现象 （4）光电效应 （5）原子的光谱线系 （6）原子结构 （7）放射性衰变现象 三、量子概念的诞生——旧量子论 1900年12月17日，普朗克在柏林科学院物理学会的一次会议上，通过研究黑体辐射时第一次提出了能量子的概念。 1905年，爱因斯坦，一个瑞士专利局职员在德国杂志《物理学观点》发表了有关解释光电效应的光量子理论；引发了物理界大争论：光是什么？是波？还是微粒？ 三、量子概念的诞生——旧量子论 牛顿认为：物体发光是因为它射出光粒子流。牛顿同时代的荷兰人惠更斯则认为：物体发光是因为它在脉动并在周围的以太之中形成波。 在19世纪初杨氏、马吕斯的实验结果使波动学说似乎取得了决定性胜利。光的干涉、衍射和偏振与惠更斯原理极好地吻合。从牛顿力学来看是不可理解的。百年的争论又开始了，双方都已经厌恶了。最后物理学家逐渐恍然大悟：光同时即是微粒又是波。 三、量子概念的诞生——旧量子论 1913年，玻尔，他是卢瑟福的学生，提出了氢原子轨道模型，引入量子化，成功地解释了氢原子的光谱。 旧量子论对经典物理作了重要变革，提出并牢固地树立了量子化的概念，这是其成功之处。但它没能彻底突破经典理论的束缚，也没有真正把握量子现象的本质，所以也就未能建立一个完整的自洽理论，它所能解释的实验事实也是有限的。 四、物质波概念的诞生和量子力学的最后完成 1、物质波的引入 1924年，就读巴黎大学的路易斯.德布罗意在自己的博士论文中，基于对光的波粒二象性的认识，首先提出了物质波可能存在的论点，“微观粒子也具有波动性”的假设，这就是著名的德布罗意假设。与25年前普朗克提出的能量子的观点比较，物质波具有同样的独创性，它揭示了量子现象的本质。 德布罗意坚信物质波产生于任何物体的运动。这个物体包括大致一个行星、一块石头，小至一粒灰尘或一个电子。正如电磁波一样，这些物质波也可以在绝对真空中传播。 即物质波存在于一切运动物体之中。 四、物质波概念的诞生和量子力学的最后完成 德布罗意关系式： ν=