量子力學(xué)的發(fā)展歷史

2016/12/12 10:40:10

量子力 學(xué)是在舊量子論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,。舊量子論包括普朗克的量子假說、愛因斯坦的光量子理論和玻爾的原子理論,。

1900年

普朗克提出輻射量子假說,，假定電磁場和物質(zhì)交換能量是以間斷的形式(能量子)實現(xiàn)的，能量子的大小同輻射頻率成正比,，比例常數(shù)稱為普朗克常數(shù),，從而得出黑體輻射能量分布公式，成功地解釋了黑體輻射現(xiàn)象,。

1913年

玻爾在盧瑟福原有核原子模型的基礎(chǔ)上建立起原子的量子理論,。按照這個理論，原子中的電子只能在分立的軌道上運動,，在軌道上運動時候電子既不吸收能量,，也不放出能量。原子具有確定的能量,，它所處的這種狀態(tài)叫“定態(tài)”,，而且原子只有從一個

定態(tài)到另一個定態(tài)，才能吸收或輻射能量,。這個理論雖然有許多成功之處,，但對于進一步解釋實驗現(xiàn)象還有許多困難。

在人們認識到光具有波動和微粒的二象性之后,，為了解釋一些經(jīng)典理論無法解釋的現(xiàn)象,，法國物理學(xué)家德布羅意于1923年提出了物質(zhì)波這一概念。認為一切微觀粒子均伴隨著一個波,，這就是所謂的德布羅意波,。

德布羅意的物質(zhì)波方程：E=ħω，p=h/λ，其中ħ=h/2π,，可以由E=p²/2m得到λ=√(h²/2mE),。

由于微觀粒子具有波粒二象性，微觀粒子所遵循的運動規(guī)律就不同于宏觀物體的運動規(guī)律,，描述微觀粒子運動規(guī)律的量子力學(xué)也就不同于描述宏觀物體運動規(guī)律的經(jīng)典力學(xué),。當粒子的大小由微觀過渡到宏觀時，它所遵循的規(guī)律也由量子力學(xué)過渡到經(jīng)典力學(xué),。

量

子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的差別首先表現(xiàn)在對粒子的狀態(tài)和力學(xué)量的描述及其變化規(guī)律上,。在量子力學(xué)中，粒子的狀態(tài)用波函數(shù)描述,，它是坐標和時間的復(fù)函數(shù),。為了描寫微觀粒子狀態(tài)隨時間變化的規(guī)律，就需要找出波函數(shù)所滿足的運動方程,。這個方程是薛定諤在1926年首先找到的,，被稱為薛定諤方程。

當微觀粒子處于某一狀態(tài)時,，它的力學(xué)量(如坐標,、動量、角動量,、能量等)一般不具有確定的數(shù)值，而具有一系列可能值,，每個可能值以一定的幾率出現(xiàn),。當粒子所處的狀態(tài)確定時，力學(xué)量具有某一可能值的幾率也就完全確定,。這就是1927年,，海森伯得出的測不準關(guān)系，同時玻爾提出了并協(xié)原理,，對量子力學(xué)給出了進一步的闡釋,。

量子力學(xué)和狹義相對論的結(jié)合產(chǎn)生了相對論量子力學(xué)。經(jīng)狄拉克,、海森伯（又稱海森堡,，下同）和泡利（pauli）等人的工作發(fā)展了量子電動力學(xué)。20世紀30年代以后形成了描述各種粒子場的量子化

理論——量子場論,，它構(gòu)成了描述基本粒子現(xiàn)象的理論基礎(chǔ),。

量子力學(xué)是在舊量子論建立之后發(fā)展建立起來的。舊量子論對經(jīng)典物理理論加以某種人為的修正或附加條件以便解釋微觀領(lǐng)域中的一些現(xiàn)象,。由于舊量子論不能令人滿意,，人們在尋找微觀領(lǐng)域的規(guī)律時，從兩條不同的道路建立了量子力學(xué)。

1925年

海森堡基于物理理論只處理可觀察量的認識,，拋棄了不可觀察的軌道概念,，并從可觀察的輻射頻率及其強度出發(fā)，和玻恩,、約爾丹一起建立起矩陣力學(xué),；

1926年

薛定諤基于量子性是微觀體系波動性的反映這一認識，找到了微觀體系的運動方程,，從而建立起波動力學(xué),，其后不久還證明了波動力學(xué)和矩陣力學(xué)的數(shù)學(xué)等價性；狄拉克和約爾丹各自獨立地發(fā)展了一種普遍的變換理論,，給出量子力學(xué)簡潔,、完善的數(shù)學(xué)表達形式。

海森堡還提出了測不準原理,，原理的公式表達如下：ΔxΔp≥ħ/2=h/4π,。