量子力学-简介.pdf

基础知识 量子的世界、量子力学的诞生、 波函数和薛定谔方程 量子力学与经典力学的本质差别及其起源 漫画：滑雪图 量子力学与经典力学的本质差别及其起源 隧穿效应 量子力学与经典力学的本质差别及其起源 一、普适性的完结 在牛顿物理学中没有任何普适常数。这就是它 主张普适性的原因，就是它为什么能不管对象的尺 度如何而以同一方式被应用的原因：原子、行星和 恒星的运动都服从一个定律。 然而、普适常数的发现标志着一个根本的变化。 把光速用作比较的标准，物理学建立起了低速和接 近光速的高速之间的区别。 普适常数不但通过引入物理尺度（据此，各种 行为都成为性质上有区别的）破坏了宇宙的均匀性， 而且引出了一种客观性的新概念。任何观察者都不 能以高于真空中光速的速度来发射信号。 量子力学与经典力学的本质差别及其起源 二、量子力学的起源 量子力学的贡献者之一普朗克曾对物质和辐射 之间的相互作用（黑体辐射）很有兴趣。为了达 到在热平衡态有效的实验结果，他被迫假定在物 质和辐射之间的能量交换只能发生在包含一个新 普适常数的若干离散步中。这个普适常数“h”量 度每一步的“尺寸”。 这一发现一直是孤立的，直到爱因斯坦对普朗 克常数作出了第一个一般解释。他懂得，该常数 对于光的本性具有深远的蕴含。他引进一个革命 的概念：光的波粒二象性。 量子力学与经典力学的本质差别及其起源 二、量子力学的起源 黑体辐射 量子力学与经典力学的本质差别及其起源 二、量子力学的起源 黑体辐射 黑体辐射问题所研究的是辐射与周围的物体处于平衡态时 的能量分布。我们知道所有物体都发射出热辐射，它是一定波 长范围内的电磁波。对于外来的热辐射，物体有反射和吸收的 作用。 黑体的定义：如果一个物体能够全部吸收而不反射投射于其上 的辐射，就称它为绝对黑体，简称为黑体。 量子力学与经典力学的本质差别及其起源 二、量子力学的起源 黑体模型：一个开有小孔的空腔可以看作为黑体；光线从一 小孔进去后便再也出不来了，它一旦被捕便永无自由，这样我 们说，空腔把进来的辐射能量全部吸收了。 空腔 光谱仪 能量密度 辐射能量 热池 密度 温度T 绝对黑体模型 量子力学与经典力学的本质差别及其起源 二、量子力学的起源 黑体辐射 平衡辐射的性质：当空腔与内部的辐射处于热平衡状态时，即 腔壁维持一定温度时，腔壁辐射同时也吸收能量，当达到平衡 时，单位面积在单位时间内的射、吸相等。且设腔内辐射保持 一定密度且辐射各向同性。 实验指出：这时频率d间的辐射能量密度 d只与  频率 及黑体的绝对温度T 有关,而与腔的形状及组成物质无关。  量子力学与经典力学的本质差别及其起源 二、量子力学的起源 黑体辐射曲线 从一个热物体发出的辐射, 其峰值所对应的那个波长与该物体的温度 有关, 这些“黑体辐射曲线”的峰值全都位于光谱的红外线区，形成为 “小山峰”的样子，而在可见光区域则几乎没有辐射。 量子力学与经典力学的本质差别及其起源 二、量子力学的起源 由热力学、经典电动力学和统计力学均无法合理 解释黑体辐射 普朗克（Planck）公式 （Max Planck 1858 －1947），德国人，1900 年以前Planck 一直在努力探索黑体辐射的规律， 他先找到了一个经验公式，后又从理论上推出， 这个公式与实验很符合，长波方向与 Rayleigh-Jeans 公式一致，短波