量子力学的产生与发展胡毅 材料物理 0211014概述量子力学是描述微观世界结构、运动与 变化规律的物理科学。它是20世纪人类 文明发展的一个重大飞跃，量子力学的 发现引发了一系列划时代的科学发现与 技术发明，对人类社会的进步做出重要 贡献。量子革命的导火线辐射问题热的物体发光，越热发出的光越明亮。 光谱的范围很广，当温度升高时，光谱 的峰值从红线向黄线移动，然后又向蓝 线移动经典理论遇到的困难结合热力学和电磁学的概念似乎可以对 光谱的形状作出解释，不过所有的尝试 均以失败告终。普朗克的辐射量子假说德国物理学家普朗克为了解释热辐射能 谱提出了一个大胆的假设：在热辐射的 产生与吸收过程中能量是以hV为最小单 位，一份一份交换的。这个能量量子化 的假设不仅强调了热辐射能量的不连续 性，而且与辐射能量和频率无关由振幅 确定的基本概念直接相矛盾，无法纳入 任何一个经典范畴。光量子说l著名科学家爱因斯坦经过认真思考，于 1905年提出了光量子说。l1916年美国物理学家密立根发表了光电 效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量 子说。玻尔的假设l原子中的电子只能在分立的轨道上运动 ，原子具有确定的能量，它所处的这种 状态叫“定态”。l原子发光过程不是经典辐射，是电子在 不同的稳定轨道态之间的不连续的跃迁 过程，光的频率由轨道态之间的能量差 AEhV确定，即频率法则。玻尔原子理论的成功之处l解释了氢原子分立光谱线l解释了化学元素周期表，导致了72号元 素铅的发现，l引发了一系列的重大科学进展康普顿效应l经典波动理论：静止物体对波的散射不 会改变频率l康普顿效应：1923年4月美国物理学家康 普顿发表了X射线被电子散射所引起的频 率变小现象不相容原理原子中不能有两个电子同时处于同一量 子态。这一原理解释了原子中电子的壳 层结构。这个原理对所有实体物质的基 本粒子（通常称之为费米子，如质子、 中子、夸克等）都适用，构成了量子统 计力学费米统计的基点。德布罗意关系1924年，法国物理学家德布罗意提出了 表达波粒二象性的爱因斯坦德布 罗意关系：EhV，ph入，将表征 粒子性的物理量能量、动量与表征波性 的频率、波长通过一个常数h相等。数学描述矩阵力学1925年，德国物理学家海森伯和玻尔， 建立了量子理论第一个数学描述 矩阵力学。数学描述波动力学l 1926年，奥地利科学家提出了描述物质 波连续时空演化的偏微分方程薛 定愕方程，给出了量子论的另一个数学 描述波动力学l 物理学家将矩阵力学与波动力学统一 起来，统称量子力学。总结量子力学在低速、微观的现象范围内具有普遍 适用的意义。它是现代物理学基础之一，在现 代科学技术中的表面物理、半导体物理、凝聚 态物理、粒子物理、低温超导物理、量子化学 以及分子生物学等学科的发展中，都有重要的 理论意义。量子力学的产生和发展标志着人类 认识自然实现了从宏观世界向微观世界的重大 飞跃。