量子论的诞生.docVIP

太空中的一朵乌云 ——量子论的诞生 1900 年12 月14 日, 德国物理学家普朗克向柏林物理学会提出了能量子假说, 冲击了经典物理学的基本概念, 使人类对微观领域的奇特本质有了进一步的认识, 对现代物理学的发展产生了重大的革命性的影响. 110过去了, 人类即将进入更加辉煌灿烂的21 世纪, 此时我们回顾能量子的诞生过程, 来表达对普朗克这位伟大的、正直的、饱经忧患的卓越物理学家无限的崇敬和仰慕之情。 19 世纪末,人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候,出现了著名的所谓“紫外灾难”。 虽然瑞利、金斯和维恩分别提出了两个公式，企图弄清黑体辐射的规律，但是和实验相比，瑞利-金斯公式只在低频范围符合,而维恩公式只在高频范围符合。 普朗克从1896 年开始对热辐射进行了系统的研究。他经过几年艰苦努力，终于导出了一个和实验相符的公式。他于1900 年10 月下旬在《德国物理学会通报》上发表一篇只有三页纸的论文，题目是《论维恩光谱方程的完善》,第一次提出了黑体辐射公式。12 月14 日在德国物理学会的例会上，普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告。在这个报告中, 他激动地阐述了自己最惊人的发现。他说，为了从理论上得出正确的辐射公式，必须假定物质辐射(或吸收) 的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍，这个最小数值就叫能量子,辐射频率是ν的能量的最小数值ε= hν，这就是著名的能量子假说。其中h ,普朗克当时把它叫做基本作用量子，现在叫做普朗克常量。普朗克常量是现代物理学中最重要的物理常数,它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。 12 月14 日这一天，后来被人们认为是量子论的“生日”。由于量子概念随后成了理解原子壳层和原子核一切性能的关键,这一天也被看作原子物理学的生日和自然科学新纪元的开端。 当然，提出能量子假说的普朗克也被人们尊称为“量子论的奠基人”。1906 年普朗克在《热辐射讲义》一书中,系统地总结了他的工作。能量子假说的提出具有划时代意义，标志了物理学的新纪元，为现代物理学，特别是为量子论的发展奠定了基础。 量子理论现已成为现代理论和实验的不可缺少的基本理论普朗克由于创立了量子理论而获得了尔物理学奖。普朗克的量子假说提出后的几年内，并未引起人们的兴趣，爱因斯坦却看到了它的重要性。他赞成能量子假说，并从中得到了重要启示：在现有的物理理论中，物体是由一个一个原子组成的，是不连续的，而光（电磁波）却是连续的。在原子的不连续性和光波的连续性之间有深刻的矛盾。为了解释光电效应，?1905年爱因斯坦在普朗克能量子假说的基础上提出了光量子假说。爱因斯坦大胆假设：光和原子电子一样也具有粒子性，光就是以光速C运动着的粒子流，他把这种粒子叫光量子。同普朗克的能量子一样，每个光量子的能量也是E＝hν，根据相对论的质能关系式，每个光子的动量为p＝E/c＝h/λ光量子假说成功地解释了光电效应。当紫外线这一类的波长较短的光线照射金属表面时，金属中便有电子逸出，这种现象被称为光电效应。它是由赫兹和勒纳德发现的。光电效应的实验表明：微弱的紫光能从金属表面打出电子，而很强的红光却不能打出电子，就是说光电效应的产生只取决于光的频率而与光的强度无关。这个现象用光的波动说是解释不了的。因为光的波动说认为光是一种波，它的能量是连续的，和光波的振幅即强度有关，而和光的频率即颜色无关，如果微弱的紫光能从金属表面打出电子来，则很强的红光应更能打出电子来，而事实却与此相反。利用光量子假说可以圆满地解释光电效应。按照光量子假说，光是由光量子组成的，光的能量是不连续的，每个光量子的能量要达到一定数值才能克服电子的逸出功，从金属表面打出电子来。微弱的紫光虽然数目比较少，但是每个光量子的能量却足够大，所以能从金属表面打出电子来；很强的红光，光量子的数目虽然很多，但每个光量子的能量不够大，不足以克服电子的逸出动，所以不能打出电子来。 量子论冲破了经典理论的束缚 http://ocw.u-tokyo.ac.jp 1911年诺贝尔物理学奖授予德国乌尔兹堡大学的维恩，以表彰他发现了热辐射定律） 令人困惑的“紫外灾难” ——历史趣闻 普朗克的启蒙老师 　 普朗克被人们尊称为“量子论的奠基人” 轶闻趣事——倒退的普朗克 康普顿获得1927年度诺贝尔物理学奖/） 光电效应与光量子假说 光电效应示意图（http://physweb.bgu.ac） 著名物理学家——爱因斯坦 ——追忆历史 保守的科学观念 众所周知，爱因斯坦是20世纪最杰出的理论物理学家。爱因斯坦最重要的科学贡献是在1905年创建了狭义相对论。然而在颁发1921年诺贝尔物理学奖时，却只字不提相对论的建立。诺贝尔委员会