量子力学基本原理量子力学假设.ppt

量子力学基本原理; 光的波粒二象性 德布罗意假设 电子衍射实验验证 波粒二象性的物理学解释 波粒二象性的统计解释;微粒说（1680）：以Newton为代表，认为：光是由光源发出的、以等速直线运动的微粒流。微粒种类不同，颜色也不同。在光反射和折射时，表现为刚性弹性球。 波动说（1690）：以Huygens为代表，认为：光是在媒质中传播的一种波，光的不同颜色是由于光的波长不同。;波动说难以解释光的直线传播。 Newton的权威性。;波动说取得决定性胜利;1856年，Maxwell建立电磁场理论，预言了电磁波的存在。 理论计算出电磁波以3×108m/s的速度在真空中传播，与光速度相同，所以人们认为光也是电磁波。 1888年，Hertz探测到电磁波。 光作为电磁波的一部分，在理论上和实验上就完全确定了。;光的电磁波理论不能解释黑体辐射现象。 1900年，Planck量子论解释了这一现象。 1905年，Einstein??子说解释了光电效应； 1923年，Compton效应进一步证实了光子说。;凡与光的传播有关的各种现象，如衍射、干涉和偏振必须用波动说来解释。 凡是与光和实物相互作用有关的各种现象，即实物发射光（原子光谱）、吸收光（光电效应、吸收光谱）和散射光（Compton效应）等现象，必须用光子学说来解释。 波长较长的可见、红外和无线电波等，其波动性比较突出。 波长较短的，如γ射线和X射线等的微粒性比较突出。;光的波粒二象性;“几个世纪以来，在光学方面人们过于重视波动的研究方法，而忽视了其粒子性；在实物方面却犯了相反的错误，忽视实物粒子的波动性。”　 －de Broglie，1923年;de Broglie 1892～1960，法国 1929年Nobel物理奖;电子在镍单晶表面上衍射示意;晶体衍射原理图;C. J. Davisson 1881～1958，美国;1932年，Stern证实了氦原子和氢分子的波动性。 进一步的实验证明，分子、原子、质子、中子、α粒子等一切微观粒子具有波动性，且都符合de Broglie关系式，这就最终肯定了物质波的假设适用于一切物质微粒。;单色平面光波，波长l, 频率n;a) 波函数;微观粒子具有波粒二象性，它具有粒子性，又具有波动性。在一些条件下表现出粒子性，在另一些条件下又表现出波动性。 ??谓波动和微粒，都是经典物理学的概念，不能原封不动地应用于微观世界。微观粒子既不是经典意义上的微粒，也不是经典意义上的波。 ;光是一束微粒流，光子具有E、p和m。 光子与电子碰撞时服从能量守恒和动量守恒。;光子的运动服从大量光子运动的统计规律，某一瞬间某处的概率密度ρ与波函数ψ的平方成正比。 ψ服从电磁波理论的波动方程：;在环纹处，电子出现的概率大，电子的密度高；环纹愈强，概率愈大，密度愈高；而两圈之间的空白区，概率很小，密度很小，接近于零。在衍射图上，我们并不区分个别粒子的位置，看到的是大量粒子的统计平均行为。 ;;时间;不确定关系(测不准原理);严格推导的结果;Heisenberg 1901～1976，德国 1932年Nobel物理奖;不确定原理说明，我们不能简单地将微观实物粒子看作是经典质点。当其固有的波动性起显著作用时，就不能用经典力学规律去研究，此时它遵循的是微观世界内特有的规律性，我们所观察到的波粒二象性是统计平均的结果。 ;例1 如尘埃，尘埃的质量约为10-15，速度为0.1m/s，它的位置测不准量为Dx=10-5m (0.01mm),则由测不准关系 Dv0=h/(m*Dx)=6.626*10-14m/s;赞同观点：以Bohr、Born、Heisenberg等为代表，认为：微观粒子的波动性和粒子性是互补的，它们不能被同时观测到。 　Bohr的形象化解释：精确测量电子的坐标和动量，需分别采用很短和较长波长的光，以避免干扰，但两者矛盾。 反对观点：以Einstein为代表，不赞成将其与测定的干扰联系起来，并认为统计规律不是最终规律。;测不准原理标志着人们对微观粒子运动规律认识的深入，它进一步佐证了微观粒子的波粒二象性的正确性。波动性和粒子性在对波函数的统计解释的基础上统一起来，人们观察到的波粒二象性是统计平均的结果。 量子力学将不是像经典力学那样的决定性理论，它描述的是微观粒子行为的统计平均结果。 ;自然科学中的基本理论都有各自的基本假设，理论的整个框架或体系就建筑在这些基本假设的基础之上。 例：牛顿力学三定律、热力学三定律等。 基本假设不能从其它理论得到证明，它们是从有关研究对象的实践中归纳抽象而得的，其推论又已经或可以在实践中得到验证。;量子力学基本原理也可以用量子力学基本假设的形式来表述。 这些基本假设具有“公理”的性质，不能由其它原理和