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浅谈量子力学的建立

发布时间: 2022-04-13 08:34:10 浏览:

【摘 要】本文主要叙述了量子力学的形成与建立历程。这个复杂的历程包括——黑体辐射问题与量子概念,爱因斯坦光的量子理论的提出,玻尔建立原子结构模型,以及德布罗意的相关理论等。而德布罗意、海森堡与玻尔的研究成果最终促使量子力学建立。

【关键词】量子力学;爱因斯坦;玻尔;德布罗意;光的量子理论

量子力学的建立是一个复杂的过程,它大致可分为3个各阶段:黑体辐射问题、量子概念提出阶段,爱因斯坦光的量子理论阶段和量子力学的最终建立阶段,包括德布罗意、海森堡与玻尔的研究,而他们的研究成果对量子力学的建立有着重要的推动作用。

1.黑体辐射问题、量子概念提出

量子概念、量子假设是普朗克在1900年提出的,它以黑体辐射的谱分析为基础。

黑体可以全部吸收来自各种频率的辐射,因此,德国人基尔霍夫把绝对黑体视为研究热辐射的理想对象,并根据大量的试验数据,得出了著名的维恩位移定律——即黑体温度升高,则它所发射的光线的最大亮度的波长将变短。这一定律存在一些问题,如这一规律在长波部分比实验值低。

英国人瑞丽1990年以经典理论为依据,推导出新的黑体辐射公式,推导出一个与维恩公式不同的,这一公式也不科学,它长波吻合,短波却发散。

1992年10月,普朗克用数学上的内插法,在在前两个公式的基础上,得出一个新的公式。这个公式虽然吻合实验结果,但它并不是从经典中推导出来,以至于有人说它“纯粹是一些不相关的量的偶然结合”的经验公式。为了寻求公式背后的物理意义,普朗克做了大量的研究,最终提出了量子概念。但他的量子概念并未引起人们的重视。

2.爱因斯坦光的量子理论

赫兹在1888 年发现——两个相对电极,如果受到紫外光照射就很容易放电。他把这一现象叫做光电效应。后来,科学家们逐渐发现,光电效应中有一些特殊性质,而这些性质很难用经典物理学知识进行解释。如:

(1)光电子的产生需要一定的频率,而频率的提高光可以造成光电子动能增加。

(2)光电子的动能不受光强影响,光强只能影响光电子数目。

爱因斯坦在1905年发表了一篇论文《关于光的产生和转化的一个启发性观点》。在这篇论文中,爱因斯坦首次用量子假设来解释光电效应。

爱因斯坦以能量守恒为根据推得出了自己的理论——光量子能量=光电子动能+逸出功,即光能量是由能量子组成的,并且不是连续分布的。光量子与电子相碰撞的冲撞力,会迫使光量子的能量转化为电子动能,但是,只有这种电子动能比它所属的金属原子的束缚它的能量大时,它才能以一定的动能脱离金属表面,进而形成光电子。这也解开了令当时物理学家费解的问题。

入射光的能量和入射频率成正比关系,即光电子的动能随频率的提高而增加。光强度增加,但光的频率却未提高,这表明光子的数目增加了,但并没有为某单个光子提供能量,因此,增加光强度,只能增加光电子的数目,却不能加大单个电子的初动能。入射光能量不足,就不能释放出光电子。此时,即使光子的数目再大,单个光子也没有足够的激发出光电子的能量。

这以后,量子理论逐渐引起物理学家们的重视,并被广泛传播,产生了深远的影响。玻尔就依靠量子理论,提出原子结构理论,从而解决了卢瑟福模型问题。

普朗克的量子概念,爱因斯坦的光的量子理论,再到玻尔的理论,层层递进,量子概念已经从一个假说演变为了一个重要的概念。

3.量子力学的建立

法国人德布罗意证实——过去被认为是波的辐射具有粒子性。如果将电子看做是波,我们就能用这一理论重新解释玻尔的量子化条件——驻波和时间之间没有明确的关系,这就为原子的稳定提供了保证,即我们能用“电子是波”这一性质推导出量子化条件。

德布罗意的理论不仅避免了过去“把电子当成是经典粒子和量子化条件”的矛盾,提出了物质的一个根本性属性,更重要的是,他的理论还揭示了量子论与狭义相对论的联系。

为了能用更为基本的物理观点解释量子力学的统计,海森堡、玻尔等做了大量的研究。

海森伯的《关于量子论的动力学和力学的直觉内容》,以薛定谔方程为基点推导出——“微观粒子位置的策略误差和它动量的测量误差的乘积大于或等于普朗克常数的一半”,这表明客观的位置与动量无法同时精确测量。并在此基础上考虑了许多实际与想象的实验结果,如C显微镜,这些结果都无法摆脱这个限制。这从根上瓦解了用经典理论解释的原子内部的电子轨道。

玻尔认为——波动、粒子,是两种描述宏观现象的概念,在宏观上二者是矛盾的,但我们又无法用一个单独的概念来描述同一个微观现象,所以必须把这两个概念结合起来使用。后来,玻尔又阐释了“互补原理”与“测不准关系”的关系。这一关系表明,在微观事件中,严格意义上的的因果决定论是不成立的。这为解释量子力学非决定论的统计提供了依据。

综上所述,量子力学的建立是一个复杂的过程,它的建立离不开家代人的共同努力。【参考文献】

[1]王立,王广德.量子力学的形成与方法论.吉林师范大学学报(自然科学版),2009.

[2]李思孟,宋子良.科学技术史.武汉:华中科技大学出版社,2004.

[3]武谷三男.物理学方法论论文集.北京:商务印书馆,1975.

[4]程守洙等.普通物理学3(第五版).北京:高等教育出版社,1998.

[5]玻尔.原子物理学和人类知识.北京:商务印刷馆,1978.

[6]彭桓武,徐锡申.理论物理基础.北京:北京大学出版社,1998.

[7]量子理论的诞生和发展—从量子论到量子力学,彭桓武(中国科学院理论物理研究所,北京,100080).

[8]薛伟.浅析量子力学的建立过程,(无锡机电高等职业技术学校机电工程系,江苏,无锡 214028).

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