量子力学简史完整版PPT课件.ppt

1、量子力学简史玻尔玻尔 如果谁不为量子论而感到困如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。惑，那他就是没有理解量子论。道尔顿n原子这个观念被十原子这个观念被十九世纪初九世纪初(1803)英英国化学家道尔顿国化学家道尔顿（1766-1844）采纳，）采纳，并提供了可靠的实并提供了可靠的实验根据。他定量地验根据。他定量地考虑原子问题，编考虑原子问题，编制了第一个原子量制了第一个原子量表。表。 n1895年年11月月10日，日，德国物理学家伦琴德国物理学家伦琴（Wilhelm Konrad Rontgen 1854-1923）在做阴极射线实）在做阴极射线实验时，偶然发现了验时，偶然发现了一种

2、新的辐射，它一种新的辐射，它能轻易穿透一些如能轻易穿透一些如纸张之类不透明的纸张之类不透明的物质。伦琴把它叫物质。伦琴把它叫做做X射线。射线。 nX射线和铀的放射性激射线和铀的放射性激发了居里夫人（发了居里夫人（Marie Curie，1867-1934）对）对放射线的研究兴趣。放射线的研究兴趣。 n在对铀矿物放射性的研在对铀矿物放射性的研究中，她发现某些铀矿究中，她发现某些铀矿物的放射性特别强，并物的放射性特别强，并断定这额外的放射性是断定这额外的放射性是由未知的放射性元素造由未知的放射性元素造成的。成的。 n为了寻找这种未知元素，为了寻找这种未知元素，她的丈夫居里（她的丈夫居里（1859-

3、1906）也加入到了她的）也加入到了她的工作中来。工作中来。n1885年，巴尔默年，巴尔默(Johann Jakob Balmer, 1825-1898) 发现能够描述四种光谱波长的发现能够描述四种光谱波长的公式，后来公式，后来ngstrom.发现这些谱线属于氢发现这些谱线属于氢原子。原子。n1893维恩维恩(Wilhelm Carl Werner Otto Fritz Franz Wien, 1864-1928)在实验上发现热体在实验上发现热体最大辐射的波长反比于温度最大辐射的波长反比于温度(维恩定律维恩定律)。 维恩在炉子上钻了一个小孔，模拟理论黑维恩在炉子上钻了一个小孔，模拟理论黑体。体

4、。n1911年年Nobel奖奖 热辐射定律的导出和研究热辐射定律的导出和研究瑞利和紫外灾难瑞利和紫外灾难 瑞利（瑞利（ J.W. Rayleigh， 18421919） ，英国物理学家，英国物理学家 。原名。原名J.W.斯特拉特斯特拉特 。 瑞利在瑞利在1900年根据经典电动力年根据经典电动力学和统计物理理论，给出了一个关学和统计物理理论，给出了一个关于黑体热辐射的公式，并由金斯于黑体热辐射的公式，并由金斯（J.H. Jeans）在）在1905年对其作了年对其作了修正，称为修正，称为Rayleigh- Jeans公式。公式。 Rayleigh- Jeans公式在低频部公式在低频部分与实验结果很

5、好地吻合，但当分与实验结果很好地吻合，但当 时，辐射能量密度时，辐射能量密度E ，是，是发散的。称为紫外灾难。发散的。称为紫外灾难。Rayleigh因为发现了氩获因为发现了氩获得得1904年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖n普朗克普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858-1947)n德国物理学家，德国物理学家，1900年年10月月19日在柏林的日在柏林的德国物理学会会议上，德国物理学会会议上，普朗克给出了他导出普朗克给出了他导出的黑体辐射公式，与的黑体辐射公式，与当时的实验数据符合当时的实验数据符合得非常好。并且消除得非常好。并且消除了了“紫外灾害紫外灾害”的

6、矛的矛盾。为此获得盾。为此获得1918年年诺贝尔奖诺贝尔奖。这个所谓的正态的能量这个所谓的正态的能量分布代表着某种绝对的分布代表着某种绝对的东西，东西，对绝对的东对绝对的东西所作的探索是研究的西所作的探索是研究的最高形式最高形式n普朗克普朗克“孤注一掷孤注一掷”提到的这个理论太具提到的这个理论太具有革命性了，物理学家们不能马上接受。有革命性了，物理学家们不能马上接受。甚至也超出了普朗克本人的接受能力。甚至也超出了普朗克本人的接受能力。 n在接下来数年里他几次动摇对自己理论的在接下来数年里他几次动摇对自己理论的信念。普朗克有时把它称作只不过是一种信念。普朗克有时把它称作只不过是一种数学游戏。数学

7、游戏。 n1905年爱因斯坦提出光量子假说，支持普年爱因斯坦提出光量子假说，支持普朗克的能量子理论。普朗克非但没有支持，朗克的能量子理论。普朗克非但没有支持，甚至到了甚至到了1909年还在反对光量子假说。年还在反对光量子假说。 n爱因斯坦爱因斯坦(Albert Einstein, 1879-1955)n德裔德裔 理论物理学家，他创立的狭理论物理学家，他创立的狭义和广义相对论使现代关于时间和义和广义相对论使现代关于时间和时间性质的想法发生突破性进展并时间性质的想法发生突破性进展并给原子能的利用提供了理论基础。给原子能的利用提供了理论基础。 因其对光电效应的解释获因其对光电效应的解释获1921年诺

8、年诺贝尔奖。贝尔奖。爱因斯坦的爱因斯坦的“奇迹奇迹1905” 1905年，爱因斯坦年，爱因斯坦26岁。岁。 3月，他发表关于月，他发表关于光的产生和转化的一个试探性观点光的产生和转化的一个试探性观点，发展了量子论，提出光，发展了量子论，提出光量子假说，解决了光电效应问题。量子假说，解决了光电效应问题。 4月，完成论文月，完成论文分子大小的新测定法分子大小的新测定法，之后凭此文获得了苏黎世大学的博士学，之后凭此文获得了苏黎世大学的博士学位。位。 5月，完成论文月，完成论文论动体的电动力学论动体的电动力学，独立而完整地提出狭义相对性原理，开创，独立而完整地提出狭义相对性原理，开创物理学的新纪元。物

9、理学的新纪元。 9月，发表论文月，发表论文物体的惯性与它所含的能量有关吗？物体的惯性与它所含的能量有关吗？，提出了著名的质能关系，提出了著名的质能关系式：式：E=mc2. 1907-1913年，他致力年，他致力于改进威耳逊云雾室中对于改进威耳逊云雾室中对基本粒子电荷的测量。与基本粒子电荷的测量。与此同时，他还致力于光电此同时，他还致力于光电效应的研究经过细心认真效应的研究经过细心认真的观测，的观测，1916年、他的实年、他的实验结果完全肯定了爱因斯验结果完全肯定了爱因斯坦光电效应方程，并且测坦光电效应方程，并且测出了当时最精确的普朗克出了当时最精确的普朗克常量常量h的值。的值。 罗伯特罗伯特安

10、德鲁安德鲁密立根密立根(RobertAndrewsMillikan,18681953)， 实验物理学家。实验物理学家。 由于对基本电荷和光电效应的工作，获得1923年诺贝尔物理学奖。 共同获得1937年的诺贝尔物理学奖。Rayleigh， 18421919） ，英国物理学家 。马克斯玻恩(Max Born 18821970)1911年，卢瑟福根据粒子散射实验，发表了原子的核式结构模型：原子有一个小而重的带电的核，在它周围是一群在库仑吸力作用下绕核转动的电子。1933年诺贝尔物理学奖获得者Rayleigh因为发现了氩获得1904年诺贝尔物理学奖共同获得1937年的诺贝尔物理学奖。薛定谔（Erwi

11、n Schrodinger， 18871961 ）罗伯特安德鲁密立根(RobertAndrewsMillikan,18681953)， 实验物理学家。海森伯（Heisenberg，Werner Karl，19011976）在这里他作出了对他来说是最伟大的一个发现：康普顿效应。1914年，他们的实验结果第一次证实了玻尔所假设的量子化能级，在 上对量子理论的建立有重要意义。罗伯特安德鲁密立根(RobertAndrewsMillikan,18681953)， 实验物理学家。原子这个观念被十九世纪初(1803)英国化学家道尔顿（1766-1844）采纳，并提供了可靠的实验根据。维恩在炉子上钻了一个小孔

12、，模拟理论黑体。获1922年诺贝尔物理学奖。为此获得1918年诺贝尔奖。n作为汤姆逊的学生，作为汤姆逊的学生，卢瑟福（卢瑟福（Ernest Rutherford，1871-1937）却不喜欢汤姆）却不喜欢汤姆逊的原子模型。他决逊的原子模型。他决定用一种新粒子定用一种新粒子 粒子当作炮弹来轰粒子当作炮弹来轰击原子，以探索原子击原子，以探索原子的内部结构。的内部结构。卢瑟福n1911年，卢瑟福根年，卢瑟福根据据 粒子散射实验粒子散射实验，发表了原子的发表了原子的核式核式结构模型结构模型：原子有：原子有一个小而重的带电一个小而重的带电的核，在它周围是的核，在它周围是一群在库仑吸力作一群在库仑吸力作用

13、下绕核转动的电用下绕核转动的电子。子。 尼尔斯尼尔斯亨利克亨利克大卫大卫玻尔（玻尔（Niels Henrik David Bohr，1962.11.18) 丹麦物理学家，哥本丹麦物理学家，哥本哈根学派的创始人。哈根学派的创始人。 1913年，玻尔在卢瑟福原年，玻尔在卢瑟福原有核原子模型的基础上建立起有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。获原子的量子理论。获1922年年诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。弗兰克（弗兰克（James Franck, 1882-1964） 从从1913年开始，夫兰克和赫兹合作对电子与气体原子年开始，夫兰克和赫兹合作对电子与气体原子和分子间的碰撞进行了非常精确的研究。

14、和分子间的碰撞进行了非常精确的研究。1914年，他们的年，他们的实验结果第一次证实了玻尔所假设的量子化能级，在实验结果第一次证实了玻尔所假设的量子化能级，在 上上对量子理论的建立有重要意义。因发现电子和原子的碰撞对量子理论的建立有重要意义。因发现电子和原子的碰撞规律，共同分享了规律，共同分享了1925年度的诺贝尔物理学奖。年度的诺贝尔物理学奖。 赫兹（赫兹（Gustav Hertz, 1887-1975） 康普顿康普顿(Arthur Holly Compton 1892-1962 ) 1920年，开始在年，开始在 圣路易斯华盛顿大学担任韦圣路易斯华盛顿大学担任韦曼曼克劳克劳(Wayman Cr

15、ow)讲座教授兼物理系主任。在讲座教授兼物理系主任。在这里他作出了对他来说是最伟大的一个发现：康普这里他作出了对他来说是最伟大的一个发现：康普顿效应。顿效应。 由此获得由此获得1927年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。德布罗意的物质波德布罗意的物质波n1923年年31岁的法国物理岁的法国物理学家德布罗意（学家德布罗意（Louis de Broglie 1892-1987）引入物质波的概念，指引入物质波的概念，指出电子不仅是粒子，也出电子不仅是粒子，也是波。是波。 n1924年他建立了波动力年他建立了波动力学基础。德布罗意认为学基础。德布罗意认为物质粒子的运动伴随着物质粒子的运动伴随着某种引导

16、波，这些波伴某种引导波，这些波伴随粒子一起在空间传播。随粒子一起在空间传播。 由于电子波动性的理论研究而获得1929年诺贝尔物理学奖 1925 1925年年2424岁的德国岁的德国物理学家海森物理学家海森伯伯（Werner Karl Werner Karl Heisenberg 1901Heisenberg 190119761976）在德国物理学家）在德国物理学家4343岁的波恩（岁的波恩（Max Born Max Born 1882-19701882-1970）和）和2323岁的岁的约尔丹的帮助下创立矩约尔丹的帮助下创立矩阵量子力学，对运动学阵量子力学，对运动学和力学的各个方面给出和力学的各

17、个方面给出量子论的解释。量子论的解释。海森伯海森伯沃尔夫冈沃尔夫冈泡利（，泡利（，19001958） 泡利，美籍奥地利科学家。泡利，美籍奥地利科学家。1925年春，在汉堡大学提出泡年春，在汉堡大学提出泡利不相容原理。直到泡利提出利不相容原理。直到泡利提出不相容理论不相容理论20年后的年后的1945年，年，这个理论的正确性和它产生的这个理论的正确性和它产生的广泛深远的影响才得以确认。广泛深远的影响才得以确认。不相容原理被称为量子力学的不相容原理被称为量子力学的主要支柱之一，是自然界的基主要支柱之一，是自然界的基本定律。本定律。 1945年诺贝尔物理学奖获得者年诺贝尔物理学奖获得者薛定谔（薛定谔（

18、Erwin Schrodinger， 18871961 ） 1925年底到年底到1926年初，薛定谔年初，薛定谔在在A.爱因斯坦关于单原子理想气体的爱因斯坦关于单原子理想气体的量子理论和量子理论和L.V.德布罗意的物质波假德布罗意的物质波假说的启发下，从经典力学和几何光学说的启发下，从经典力学和几何光学间的类比，提出了对应于波动光学的间的类比，提出了对应于波动光学的波动力学方程，奠定了波动力学的基波动力学方程，奠定了波动力学的基础，发现波动力学和矩阵力学在数学础，发现波动力学和矩阵力学在数学上是等价的上是等价的,是量子力学的两种形式是量子力学的两种形式 。1926年年16月月,他一连发表了四篇

19、论他一连发表了四篇论文，题目都是文，题目都是量子化就是本征值问量子化就是本征值问题题，系统地阐明了波动力学理论。，系统地阐明了波动力学理论。1933年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖获得者理学奖获得者马克斯马克斯玻恩玻恩(Max Born 18821970) 1926年，玻恩通过年，玻恩通过自己的研究对波函数的自己的研究对波函数的物理意义作出了统计解物理意义作出了统计解释释 ，即波函数的二次，即波函数的二次方代表粒子出现的几率方代表粒子出现的几率取得了很大的成功。取得了很大的成功。 1954年诺贝尔物理学奖获得者年诺贝尔物理学奖获得者海森伯（海森伯（Heisenberg，Werner Karl，190

20、11976） 海森伯于海森伯于1927年提出年提出“不确不确定性定性” 。“不确定性不确定性”适用于适用于一切宏观和微观现象，但它的有一切宏观和微观现象，但它的有效性通常只限于微观物理学。效性通常只限于微观物理学。1929年，他同年，他同W.E.泡利一道曾泡利一道曾为量子场论的建立打下基础为量子场论的建立打下基础 ，首先提出基本粒子中同位旋的概首先提出基本粒子中同位旋的概念。念。1932年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。 戴维孙（戴维孙（Davisson,Clinton Joseph，18811958） G.P.汤姆孙（汤姆孙（George Paget Thomson，1892-1975

21、） 1927年，分别使用不同的方法独立证实了电子的波动年，分别使用不同的方法独立证实了电子的波动性。性。 共同获得共同获得1937年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。 狄拉克（狄拉克（Paul Adrie Maurice DIRAC，1902-1984） 1933年诺贝尔物理学奖获得者年诺贝尔物理学奖获得者n1929年年27岁的狄拉克（岁的狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac 1902-1984）和）和29岁的德国物理学家岁的德国物理学家泡利（泡利（Wolfgang Pauli 1900-1958）提出量子电动力学。把）提出量子电动力学。把狭义相对论效应纳入到量子力狭义相对论效应纳入到量子力学中。学中。 n狄拉克提出的狄拉克波动方程狄拉克提出的狄拉克波动方程还预言了正电子的存在。还预言了正电子的存在。感谢观看感谢观看