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量量⼦⼦⼒⼒学学讲讲义义1

第⼀章绪论

前⾔

⼀、量⼦⼒学的研究对象

量⼦⼒学是现代物理学的理论基础之⼀，是研究微观粒⼦动规律的科学。量⼦⼒学的建⽴使⼈们对物质世界的认识从宏观层

次跨进了微观层次。

综观量⼦⼒学发展史可谓是群星璀璨、光彩纷呈。它不仅极⼤地推动了原⼦物理、原⼦核物理、光学、固体材料、化学等科学

理论的发展，还引发了⼈们在哲学意义上的思考。

⼆、量⼦⼒学在物理学中的地位

按照研究对象的尺⼨，物理学可分为宏观物理、微观物理和介观物理三⼤领域。

量⼦理论不仅可以正确解释微观、介观领域的物理现象，⽽且也可以正确解释宏观领域的物理现象，因为经典物理是量⼦理论

在宏观下的近似。因此，量⼦理论揭⽰了各种尺度下物理世界的动规律。

三、量⼦⼒学产⽣的基础

旧量⼦论诞⽣于1900年，量⼦⼒学诞⽣于1925年。

1．经典理论

⼗九世纪末、⼆⼗世纪初，经典物理学已经发展到了相当完善的阶段，但在⼀些问题上经典物理学遇到了许多克服不了的困

难，如⿊体辐射等。

2．旧量⼦论

旧量⼦论=经典理论+特殊假设（与经典理论⽭盾）旧量⼦论没有摆脱经典的束缚，⽆法从本质上揭露微观世界的规律，有很

⼤局限性。但旧量⼦论为量⼦⼒学理论的建⽴提供了线索，促进了量⼦⼒学的快速诞⽣。

四、量⼦⼒学的研究内容

1．三个重要概念：波函数，算符，薛定格⽅程。

2．五个基本假设：波函数假设，算符假设，展开假定，薛定格⽅程，全同性原理。

五、量⼦⼒学的特征

1．抛弃了经典的决定论思想，引⼊了概率波。⼒学量可以不连续地取值，且不确定。

2．只有改变观念，才能真正认识到量⼦⼒学的本质。它是⼈们的认识从决定论到概率论的⼀次巨⼤的飞跃。

六、量⼦⼒学的应⽤前景

1．深⼊到诸多领域：本世纪的三⼤热门科学（⽣命科学、信息科学和材料科学）的深⼊发展都离不开它。

2．派⽣出了许多新的学科：量⼦场论、量⼦电动⼒学、量⼦电⼦学、量⼦光学、量⼦通信、量⼦化学等。

3．前沿应⽤：研制量⼦计算机已成为科学⼯作者的⽬标之⼀，⼈们期望它可以实现⼤规模的并⾏计算，并具有经典计算机⽆

法⽐拟的处理信息的功能。

七、量⼦⼒学的奠基⼈

对量⼦⼒学有卓越贡献（获Nobel奖）的科学家有：

⼋、为什么要学习量⼦⼒学？

这个问题⼤致可以从五个⽅⾯来阐明。

1．量⼦⼒学是近代物理两⼤理论⽀柱之⼀，是现代物理学重要的理论基础。量⼦⼒学的建⽴开创了物理学的新时代。

⼗九世纪末期，物理学理论⼀⽅⾯被看成是发展到了相当完善的阶段，但另⼀⽅⾯⼜在⽣产与科学实验⾯前遇到了不少严重的

困难（见下⼀节内容）。

量⼦⼒学的发现在物理学史上是⼀件划时代的⼤事。在此以前的物理学统称为经典物理学，以后的就叫做近代物理学。⽽所谓

的近代物理学，实际上可定义为需要⽤量⼦⼒学和相对论解释的物理学。

相对论的建⽴从根本上改变了⼈们原有的空间和时间的概念，指明了⽜顿⼒学的适⽤范

v）。⽽量⼦⼒学的建⽴，开辟了⼈们认识微观世界的道路，并围（即物体的动速度c

由此开创了物理学的新时代。

2．微观现象必须⽤量⼦⼒学去描述。

⼤量的科学实验，如⿊体辐射、卢瑟福的散射实验、光电效应、固体在低温下的⽐热等等，彻底粉碎了⼀切想将经典物理学⽤

到微观领域的企图。解释这些微观现象必须⽤量⼦⼒学。

3．对宏观现象的研究也应⽴⾜于量⼦⼒学。

这是因为既然宏观物体是由⼤量微观粒⼦组成的，那么⼀些已知的宏观现象原则上也应该可以由微观现象的规律推导出来。可

以说，⼀切宏观理论都可以由微观量⼦理论在⼀定的近似条件下推导出来。

4．存在着宏观量⼦现象。

即使经典理论，也不能完全解决所有的宏观现象，还存在着⼤量的⽤经典理论⽆法解释

的宏观现象，这些现象往往就是量⼦⼒学现象的宏观表现。如：超导、超流、半导体的导电⾏为、宏观量⼦隧道效应等等。

5．考研需要。

基于上述理由，可见学习量⼦⼒学是深⼊研究物理世界的必然要求。事实上，量⼦⼒学早已成为现代物理学的基础课程之⼀，

它是过渡到其它许多专门课程的预备知识。

九、主要参考书

1．量⼦⼒学（卷Ⅰ）（第三版）曾谨⾔科学出版社（2000年）

2．量⼦⼒学苏汝铿复旦⼤学出版社（1997年）

3．量⼦⼒学基础关洪⾼等教育出版社（1999年）

4．量⼦⼒学教程曾谨⾔科学出版社（2003年）

5．量⼦⼒学习题精选与剖析钱伯初，曾谨⾔科学出版社

§1-1经典物理学的困难

⼀、⿊体辐射问题——普朗克公式

到了⼗九世纪末，⼈们已认识到热辐射与光辐射都是电磁波。于是，开始研究辐射能量在不同频率（波长）范围中的分布问

题，特别是对⿊体辐射进⾏了较深⼊的理论和实验研究