69书吧

手机浏览器扫描二维码访问

量子物理学解析（第2页）

1905年，他毫不犹豫的断定：如果振子的能量是量子化的，那么产生光的电磁场的能量也应该是量子化的。

尽管麦克斯韦理论以及一个多世纪的权威性实验都表明光具有波动性，爱因斯坦的理论还是蕴含了光的粒子性行为。

随后十多年的光电效应实验显示仅当光的能量到达一些离散的量值时才能被吸收，这些能量就像是被一个个粒子携带着一样。

光的波粒二象性取决于你观察问题的着眼点，这是始终贯穿于量子物理且令人头痛的实例之一，它成为接下来20年中理论上的难题。

原子

辐射难题促成了通往量子理论的第一步，物质悖论则促成了第二步。

众所周知，原子包含正负两种电荷的粒子，异号电荷相互吸引。

根据电磁理论，正负电荷彼此将螺旋式的靠近，辐射出光谱范围宽广的光，直到原子坍塌为止。

接着，尼尔斯·玻尔（NielsBohr）迈出了决定性的一步。

1913年，玻尔提出了一个激进的假设：原子中的电子只能处于包含基态在内的定态上，电子在两个定态之间跃迁而改变它的能量，同时辐射出一定波长的光，光的波长取决于定态之间的能量差。

结合已知的定律和这一离奇的假设，玻尔扫清了原子稳定性的问题。

玻尔的理论充满了矛盾，但是为氢原子光谱提供了定量的描述。

他认识到他的模型的成功之处和缺陷。

凭借惊人的预见力，他聚集了一批物理学家创立了新的物理学。

一代年轻的物理学家花了12年时间终于实现了他的梦想。

开始时，发展玻尔量子论（习惯上称为旧量子论）的尝试遭受了一次又一次的失败。

接着一系列的进展完全改变了思想的进程。

发展史

1923年路易·德布罗意（LouisdeBroglie）在他的博士论文中提出光的粒子行为与粒子的波动行为应该是对应存在的。

他将粒子的波长和动量联系起来：动量越大，波长越短。

这是一个引人入胜的想法，但没有人知道粒子的波动性意味着什么，也不知道它与原子结构有何联系。

然而德布罗意的假设是一个重要的前奏，很多事情就要发生了。

1924年夏天，出现了又一个前奏。

萨地扬德拉·N·玻色（SatyendraN.Bose）提出了一种全新的方法来解释普朗克辐射定律。

他把光看作一种无（静）质量的粒子（现称为光子）组成的气体，这种气体不遵循经典的玻耳兹曼统计规律，而遵循一种建立在粒子不可区分的性质（即全同性）上的一种新的统计理论。

爱因斯坦立即将玻色的推理应用于实际的有质量的气体从而得到一种描述气体中粒子数关于能量的分布规律，即著名的玻色-爱因斯坦分布。

然而，在通常情况下新老理论将预测到原子气体相同的行为。

爱因斯坦在这方面再无兴趣，因此这些结果也被搁置了10多年。

然而，它的关键思想——粒子的全同性，是极其重要的。

沃尔夫刚·泡利（WolfgangPauli）提出了不相容原理，为周期表奠定了理论基础。

韦纳·海森堡（WernerHeisenberg）、马克斯·玻恩（MaxBorn）和帕斯库尔·约当（PascualJordan）提出了量子力学的第一个版本，矩阵力学。

人们终于放弃了通过系统的方法整理可观察的光谱线来理解原子中电子的运动这一历史目标。

埃尔温·薛定谔（ErwinSchrodinger）提出了量子力学的第二种形式，波动力学。

在波动力学中，体系的状态用薛定谔方程的解——波函数来描述。

矩阵力学和波动力学貌似矛盾，实质上是等价的。

电子被证明遵循一种新的统计规律，费米-狄拉克统计。

人们进一步认识到所有的粒子要么遵循费米-狄拉克统计，要么遵循玻色-爱因斯坦统计，这两类粒子的基本属性很不相同。

海森堡阐明测不准原理。

保尔·A·M·狄拉克（PaulA.M.Dirac）提出了相对论性的波动方程用来描述电子，解释了电子的自旋并且预测了反物质。

狄拉克提出电磁场的量子描述，建立了量子场论的基础。