量子物理學(xué)百回顧

1、量子物理學(xué)百回顧第1頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三一 19 世紀后期經(jīng)典物理學(xué)的輝煌 模型:（1665-1685） 引力作用和三大定律 描述宏觀物體的運動和作用: 地球上 物體運動 力 動量能量 交換等 天體運動 預(yù)言和發(fā)現(xiàn)海王星 天-地 統(tǒng)一起來 第 1 次物理理論大統(tǒng)一實驗表明：牛頓力學(xué)工作得很好 1 牛頓(1642-1727) 力學(xué) 200年發(fā)展 第2頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三2 電磁學(xué)的統(tǒng)一 Maxwell 1864 電磁學(xué)方程組 很好地解釋了電磁現(xiàn)象 預(yù)言存在電磁波 赫茲1888年發(fā)現(xiàn)了電磁波 證實了麥克斯韋的預(yù)言第2次物理

2、理論的統(tǒng)一：電磁光 3 熱學(xué)形成系統(tǒng)理論框架 解釋了許多熱學(xué)現(xiàn)象第3頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三4 物質(zhì)構(gòu)造 原子分子論的建立 道爾頓 原子學(xué)說 1808 肯定原子存在 阿佛加德羅 分子假說 1811 門捷列夫 元素周期律 1872 對化學(xué)一次綜合 光譜分析精確地指明化學(xué)元素名稱第4頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三 5 19世紀末物理學(xué)輝煌篇章：牛頓力學(xué)和電磁學(xué)都已得到完滿的說明，熱學(xué)現(xiàn)象已有熱力學(xué)定律予以說明，物質(zhì)構(gòu)造確認了“基本磚塊”-原子；物理學(xué)上兩次大的綜合和統(tǒng)一，使古典物理學(xué)顯示出形式上的完整。陶醉 ：把物理學(xué)譽為“一座莊嚴雄偉

3、的建筑體系和動人心弦美麗的廟宇”,科學(xué)大廈即將竣工，剩下的只是將已經(jīng)建立起來的原理用于解釋自然界種種現(xiàn)象，測準一些常數(shù)（小數(shù)點后第6位）或把一些定律進行實際的應(yīng)用。 第5頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三6 問題與局限19世紀古典物理學(xué)發(fā)展到了頂峰，但是1）晴空中仍有 “兩朵烏云”：紫外災(zāi)難 以太飄移 2）世紀末的新發(fā)現(xiàn)使古典物理學(xué)出現(xiàn)了“危機”3）實際上人類對自然界的認識僅限于宏觀和低速， 對于微觀和高速、原子內(nèi)部和宇觀 不知或知之甚少！烏云和危機導(dǎo)致了物理學(xué)創(chuàng)新，產(chǎn)生了新的理論！ 第6頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三二 觀測尺度和認識宇觀

4、(107 m)宏觀 ( m )介觀 ( 10-9 m )微觀(10-9 1026-1027 m 10-15 m觀測工具第7頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三三 20世紀物理學(xué)兩個劃時代的里程碑狹義相對論-改變了牛頓力學(xué)的絕對時空觀,指明牛頓力學(xué)只適用于VC量子力學(xué) 物體運動形式和規(guī)律的根本變革適用于微觀世界和一定條件下的某些宏觀運動（極低溫下的超導(dǎo)、超流、Bose-Einstein凝聚等）量子力學(xué)是歷史上最成功、并且為實驗精確檢驗了的一個理論。第8頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三四 量子力學(xué)史1、1925年 Wolfgang Pauli提出了不

5、相容原理，為周期表奠定了理論基礎(chǔ)第9頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三2、1925年 Werner Heisenberg, Max Born, and Pascual Jordan 提出了量子力學(xué)的第一個版本，矩陣力學(xué)。人們終于放棄了通過系統(tǒng)整理可觀察的譜線來解釋原子中電子的運動這一歷史目標(biāo)。第10頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三3、1926年 Erwin Schrdinger 提出了量子力學(xué)的第二種形式，波動力學(xué)。其實質(zhì)和矩陣力學(xué)是等價的。 第11頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三4、1926年 Enrico Ferm

6、i and Paul A. M. Dirac 提出了新的統(tǒng)計規(guī)律， Fermi Dirac統(tǒng)計。第12頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三5、1927年Heisenberg闡明測不準原理。6、1928年P(guān)aul A.M. Dirac提出了相對論性的波動方程用來描述電子，解釋了電子的自旋并預(yù)測了反物質(zhì)。7、 Dirac提出電磁場的量子描述，建立了量子場論的基礎(chǔ)。8、Bohr提出互補原理（一個哲學(xué)原理），試圖解釋量子理論中一些明顯的矛盾，特別是波粒二象性。第13頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三量子論和量子力學(xué)對社會、哲學(xué)、技術(shù)和經(jīng)濟帶來的巨大影響沒有

7、量子論就不可能有半導(dǎo)體、集成電路、激光和信息科學(xué)。（周光召） 量子論和相對論的誕生堪稱本世紀最偉大的科學(xué)革命。（路甬祥）第14頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三展望未來 一個世紀前，我們所理解的物質(zhì)世界是經(jīng)驗性的；20世紀，量子力學(xué)給我們提供了一個物質(zhì)和場的理論，它改變了我們的生活。 展望21世紀，量子力學(xué)將繼續(xù)為所有的科學(xué)提供基本的觀念和重要的工具。我們作這樣自信的預(yù)測是因為量子力學(xué)為我們周圍的世界提供了精確的完整的理論；然而，今日物理學(xué)與1900年的物理學(xué)有很大的共同點：它仍舊保留了基本的經(jīng)驗性，我們不能預(yù)測組成物質(zhì)的基本要素的屬性，仍然需要測量它們。無論結(jié)果如何，從科學(xué)的黎明時期就開始的對自然的終極理解之夢將繼續(xù)成為新知識的推動力。從現(xiàn)在開始，不斷地追求這個夢，其結(jié)果將使我們所有的想象成為現(xiàn)實。第15頁，共17頁，2022年，5月20日，21點45分，星期三1927年索