[理化生]宇宙7.ppt

量子跃迁 只有当电子从一个轨道跃迁到另一轨道时，原子才发射或吸收能量；而且发射或吸收的能量是单频的，辐射的频率和能量之间的关系由E=h?给出。玻尔的理论成功地说明了原子稳定性和氢原子光谱线规律。 玻尔的理论大大扩展了量子论的影响，加速了量子论的发展，爱因斯坦在此基础上提出了受激辐射的机制，成了1960年代激光技术的理论基础。 1905年爱因斯坦对于光电效应的光量子解释支持了普朗克，，成为开发太阳能光电池的理论基础。 德布罗意与物质波（1923） 薛定谔方程 1926年1月-6月，薛定谔以同一题目《作为本征值问题的量子化》发表了4篇论文.他通过爱因斯坦关于量子统计的论文了解德布罗意思想，从哈密顿-雅可比方程出发，引入波函数，作出几何光学-经典力学与波动光学-波动力学的类比，建立了薛定谔波动方程： (ih/2π)?ψ/?t=Hψ 宇宙线物理 1912-1913年，载人气球探测到了来自宇宙太空的γ辐射。 1928年，盖格-米勒探测器发明了，可以探测单个的宇宙线，并精确地记录其到达的数目。入射宇宙线的主要成分是质子，还有高速氦粒子流和更重的核子流。 以后，在云室与盖格-米勒探测器中，发现了大量未知的介子与其他基本粒子。 狄拉克方程 1928年，狄拉克建立了时空坐标对称而又避免负几率困难的一阶矩阵方程，从而把量子假设与相对论假设统一了起来： （??·i?·?/?x? -m0 c）ψ=0 狄拉克方程中的电子波函数是四个函数。在适用于电子的相对论性波动方程中，共有四个依赖于空间坐标和时间的波函数。 当考虑到能量和动量的相对论函数关系时，狄拉克方程允许同时正能解和负能解。 具有整数自旋（?=h/2π的整数倍）的是光子之类的玻色子，服从玻色-爱因斯坦统计；具有半奇整数自旋的是电子和质子之类的费米子，服从费米-狄拉克统计，满足泡里不相容原理。 正电子是负能电子海洋的空穴 1930年狄拉克提出了电子负能海洋假设，即在正常条件下，所有负能态全被占据。狄拉克大胆假设电子的负能区域所产生的总效果为零；电荷，质量，动量等等所有可观察量都为零，而这样的区域实际上就是通常所说的真空。我们很难发现负能海洋，如同鱼最后才知道自己生活于水中。 当时，狄拉克把负能级中的“空穴”视为质子。但是，数学家魏尔指出“电子的空穴”应当具有与电子相等的质量，另外原子核中质子作为“空穴”存在，为何不被电子填充，也无法理解。于是狄拉克推测“空穴”是带正电的电子——反电子。 正电子的发现 根据狄拉克理论，当电子从负能区逸出后，在正能区域就出现了一个电子e-，而在负能区域留下的空穴就是正电子e+，同时吸收光子。 如果e-再填补那个空穴，则e-与 e+湮灭而放出光子。 1932年，美国的安德森在研究宇宙射线时，发现了正电子。1955年以后，反质子、反中子相继发现，理论推测的所有反粒子也在20世纪60年代后全部找到，并人工合成了简单的反氘与反氦原子。 科学家推测太空可能有反物质天体星系，甚至可能有反物质构成的其他宇宙。 电波天文学的发展 电波天文学起始于1932年，颜斯基发现电波的静电干扰来自银河。1942年，英国科学家海伊发现太阳迸发出强烈的电波。1949年，澳大利亚天文学家确认第一个太阳系外的电波源。 1951年，哈佛科学家辨认出21分米的电波信号是银河系中的氢发出的。第一个类星体3C273在1963年被确认。1965年，宇宙背景辐射发现。这大大推动了广义相对论与天体物理的结合。1969年在人马座发现星际甲醛分子的存在。1992年，探测卫星测量到星系形成的最早宇宙背景辐射。 * xkong@ustc.edu.cn * 脉冲星发现 1967年，英国剑桥新建造了射电望远镜，观测射电辐射受行星际物质的影响。A. Hewish(休伊什) 1967年7月，投入使用，观测波长为3.7米,射电波段。 1967.11研究生乔斯琳·贝尔(J. Bell)在观测的过程中，发现了一系列的奇怪的脉冲，这些脉冲的时间间距精确的相等。 * xkong@ustc.edu.cn * 随后，贝尔又发现了天空中的另外几个这样的天区。一种新型的还不被人们认识的天体——脉冲星PSR 1919+21. 1974年，脉冲星发现获得了诺贝尔物理奖 赖尔 + 休伊什 Nobel Prize =No Bell Prize 在脉冲星的发现中，起关键作用的应该是贝尔小姐的严谨的科学态度和极度细心的观测 人类对太空的探索 1957年，前苏联发射了“人造地球卫星”1号；1958年美国发射了“探索者”1号卫星，标志着太空时代的来临。 1961年，“东方”1号飞船载着前苏联宇航员加加林，进行了第一次载人航天飞行。8年后，美国宇航员阿姆斯特朗在月球上留下了人类的第一个脚印。 1970年4月，中国发射第一颗人造地球卫星；2003年10月，中