什麽是量子論
1928年狄拉克將相對論運用於量子力學,又經海森伯、泡利等人的發展,形成了量子電動力學,量子電動力學研究的是電磁場與帶電粒子的相互作用。
1947年,實驗發現了蘭姆移位。
1948-1949年,裏查德·費因曼(Richard Phillips Feynman)、施溫格(J.S.Schwinger)和朝永振壹郎用重正化概念發展了量子電動力學,從而獲得1965年諾貝爾物理學獎。
量子理論的創建過程是壹部壯麗的史詩:
量子論的初期:
1900年普朗克為了克服經典理論解釋黑體輻射規律的困難,引入了能量子概念,為量子理論奠下了基石。
隨後,愛因斯坦針對光電效應實驗與經典理論的矛盾,提出了光量子假說,並在固體比熱問題上成功地運用了能量子概念,為量子理論的發展打開了局面。
1913年,玻爾在盧瑟福有核模型的基礎上運用量子化概念,提出玻爾的原子理論,對氫光譜作出了滿意的解釋,使量子論取得了初步勝利。隨後,玻爾、索末菲和其他物理學家為發展量子理論花了很大力氣,卻遇到了嚴重困難。舊量子論陷入困境。
量子論的建立:
1923年,德布羅意提出了物質波假說,將波粒二象性運用於電子之類的粒子束,把量子論發展到壹個新的高度。
1925年-1926年薛定諤率先沿著物質波概念成功地確立了電子的波動方程,為量子理論找到了壹個基本公式,並由此創建了波動力學。
幾乎與薛定諤同時,海森伯寫出了以“關於運動學和力學關系的量子論的重新解釋”為題的論文,創立了解決量子波動理論的矩陣方法。
1925年9月,玻恩與另壹位物理學家約丹合作,將海森伯的思想發展成為系統的矩陣力學理論。不久,狄拉克改進了矩陣力學的數學形式,使其成為壹個概念完整、邏輯自洽的理論體系。
1926年薛定諤發現波動力學和矩陣力學從數學上是完全等價的,由此統稱為量子力學,而薛定諤的波動方程由於比海森伯的矩陣更易理解,成為量子力學的基本方程。
4、量子力學發展中的爭論
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量子力學雖然建立了,但關於它的物理解釋卻總是很抽象,大家的說法也不壹致。波動方程中的所謂波究竟是什麽?
玻恩認為,量子力學中的波實際上是壹種幾率,波函數表示的是電子在某時某地出現的幾率。1927年,海森伯提出了微觀領域裏的不確定關系,他認為任何壹個粒子的位置和動量不可能同時準確測量,要準確測量其中的壹個,另壹個就將是不確定的。這就是所謂的“不確定原理”。它和玻恩的波函數幾率解釋壹起,奠定了量子力學詮釋的物理基礎。玻爾敏銳地意識到不確定原理正表征了經典概念的局限性,因此在此基礎上提出了“互補原理”。玻爾的互補原理被人們看成是正統的哥本哈根解釋,但愛因斯坦不同意不確定原理,認為自然界各種事物都應有其確定的因果關系,而量子力學是統計性的,因此是不完備的,而互補原理更是壹種權宜之計。於是在愛因斯坦與玻爾之間進行了長達三四十年的爭論,直到他們去世也沒有作出定論。
世紀發現之微觀世界中的輪盤賭----量子論
如果說光在空間的傳播是相對論的關鍵,那麽光的發射和吸收則帶來了量子論的革命。我們知道物體加熱時會放出輻射,科學家們想知道這是為什麽。為了研究的方便,他們假設了壹種本身不發光、能吸收所有照射 其上的光線的完美輻射體,稱為“黑體”。研究過程中,科學家發現按麥克斯韋電磁波理論計算出的黑體光譜紫外部分的能量是無限的,顯然發生了謬誤,這為“紫外線災難。”提供了依據。1900年,德國物理學家普朗克提出了物質中振動原子的新模型。他從物質的分子結構理論中借用不連續性的概念, 提出了輻射的量子論。關於量子論中的不連續性,我們可以這樣理解:如溫度的增加或降低,我們認為是連續的,從壹度升到二度中間必須經過0.1.度0.1度之前必定有0.01度。但是量子論認為在某兩個數值之間例如1度和3度之間可以沒有2度,就像我們花錢買東西壹樣,壹分錢是最小的量了,妳不可能拿出0.1分錢,雖然妳可以以厘為單位計算錢數。這個壹分錢就是錢幣的最小的量。而這個最小的量就是量子。他認為各種頻率的電磁波,包括光只能以各自確定 分量的能量從振子射出,這種能量微粒稱為量子,光的量子稱為光量子,簡稱光子。根據這個模型計算出的黑體光譜與實際觀測到的相壹致。這揭開了物理學上嶄新的壹頁。量子論不僅很自然地解釋了灼熱體輻射能量按波長分布的規律,而且以全新的方式提出了光與物質相互作用的整個問 題。量子論不僅給光學,也給整個物理學提供了新的概念,故通常把它的誕生視為近代物理學的起點。