量子力学的建立.pptVIP

海森堡认为，理论必须建立在实验中可观察量的基础上，他“相信应该不考虑原子里有电子轨道的问题，而应该只用和谱线强度相联系的频率和振幅来处理……。”1925年7月，海森堡写了《关于运动学和力学关系的量子论新释》，在文中，他按照经典力学中用振幅和频率表示坐标的方法，得出量子论的x表达式：海森堡的数学方法，当时对大多数物理学家并不熟悉，波恩看了海森堡论文后，经过几天的思考，发现这就是70年前被创立的矩阵演算，所以海森堡的理论就被称为“矩阵力学”。第30页，共46页，星期日，2025年，2月5日2.玻恩的工作随即波恩运用海森堡的矩阵方法为海森堡的理论建立严密的数学基础，当时海森堡已去英国剑桥访问，玻恩找了年轻数学家约当作助手，于同年9月发表《关于量子力学Ⅰ》。1925年11月，海森堡、玻恩和约当合作完成了论文《关于量子力学Ⅱ》。论文中，他们将结果推广到多自由度和有简并的情况，系统的论述了本征值问题，建立了定态微扰和含时间微扰的基础，讨论了角动量、谱线强度和选择定则，奠定了以矩阵形式表示的量子力学的基础理论。3.波动力学和矩阵力学的等价性1926年4月薛定谔发表了《关于海森堡-玻恩-约当的量子力学与我的波动力学之间的关系》，从数学上证明了两种理论的等价性。后来，把矩阵力学和波动力学合在一起，统称为量子力学。第31页，共46页，星期日，2025年，2月5日四.玻尔与爱因斯坦的争论：量子力学建立以后，对于量子力学的物理解释和哲学意义，一直存在着严重的分歧和激烈的争论。许多著名物理学家、哲学家、实验物理学家、数学家等都卷入了这场争论。争论之深刻、广泛，在科学史上是罕见的。在这其中，以玻尔和爱因斯坦之间的争论最为引人注目。第32页，共46页，星期日，2025年，2月5日①波函数的几率诠释：在微观领域里，力学的因果律和决定论都遭到了破坏。在相同的实验条件下，可以发生各种不可预测个体量子过程，每次测量都会由于观测仪器与客体之间不可控制的相互作用而引进新的实验条件，使通常情况下的因果链被打断。所以在量子力学中，人们必须放弃力学意义上的因果律和决定论，而把几率性看成是本质的。1921年玻尔在丹麦哥本哈根创建了理论物理研究所(1965年改名为玻尔研究所)。并很快成为当时国际上公认的物理研究中心。逐渐形成了以玻尔为核心、以哥本哈根的名字命名的学派。对量子力学的创立和发展做出了杰出贡献，代表人物有玻尔、海森堡、泡利和玻恩等。海森堡的“测不准关系”和玻尔的“互补原理”构成了哥本哈根学派诠释量子力学的两大主要支柱。1927年后，逐渐为大多数物理学家所接受。因此被人们称为量子力学的“正统”解释。1.量子力学的哥本哈根学派的诠释：第33页，共46页，星期日，2025年，2月5日量子力学的建立第1页，共46页，星期日，2025年，2月5日紫外灾难和普朗克的量子假说一.紫外灾难二.普朗克的能量子假说§1.紫外灾难和普朗克的量子假说第2页，共46页，星期日，2025年，2月5日1.维恩定律：维恩关于黑体辐射能量分布的半经验半推理公式只在短波区、温度较低时和实验结果符合，而在长波区不符。紫外灾难和普朗克的量子假说2.瑞利—金斯定律是根据经典物理的理论严密推导得到的公式：一.紫外灾难Ml维恩线瑞利－金斯线实验结果紫外灾难上式只在长波区和实验结果符合，而在短波区不符。由于辐射能量与频率ν的平方成正比，因此当波长接近紫外时，能量为无限大!即在紫色端发散。瑞利和金斯也是物理学界公认的治学严谨的人，理论值与实验值在短波区的南辕北辙，揭示了经典物理学面临的严重困难，使人们不得不称之为“紫外灾难”。第3页，共46页，星期日，2025年，2月5日紫外灾难和普朗克的量子假说二.普朗克的研究

1.普朗克

德国人，1874年考入慕尼黑大学数学系，因为爱好又转向物理，他的老师约里劝他不要选物理，但普朗克选了物理并于1879年获得博士学位。1880年起先后在慕尼黑大学和麦基尔大学任教。1888年柏林大学任命他为基尔霍夫的继任人和为他新设立的理论物理研究所所长。