1、北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室第一節(jié)第一節(jié) 量子力學(xué)的產(chǎn)生量子力學(xué)的產(chǎn)生北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室1911年年10月月30日，第一屆索爾維會議日，第一屆索爾維會議 24位物理學(xué)家在量子理論、氣體運動論位物理學(xué)家在量子理論、氣體運動論以及輻射現(xiàn)象等課題上進行了討論，但以及輻射現(xiàn)象等課題上進行了討論，但并未取得突破性進展。并未取得突破性進展。 洛侖茲，能斯特，居里夫人，普朗克，洛侖茲，能斯特，居里夫人，普朗克，盧瑟福，愛因斯坦，莫里斯盧瑟福，愛因斯坦，莫里斯德布羅意等德布羅意等三、德布羅意物質(zhì)波三、德布羅意物質(zhì)波 北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室 1924年，年輕的

2、法國物理學(xué)家路易年，年輕的法國物理學(xué)家路易斯斯德布羅意德布羅意(Louis de Broglie) 受光受光子具有波粒二象性的啟發(fā)，大膽提子具有波粒二象性的啟發(fā)，大膽提出實物微粒也具有波性的假設(shè)，并出實物微粒也具有波性的假設(shè)，并稱這種波為稱這種波為“相波相波”(phase wave) 。2EmcEh2mch2vcu 波的傳播速度波的傳播速度v為電子的運動速度為電子的運動速度22vcuhhmcmvph波長波長德布羅意物質(zhì)波德布羅意物質(zhì)波 北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室de Broglie波的傳播速度為相速度波的傳播速度為相速度u, 不等于粒子運動速度不等于粒子運動速度v; 它可以在真空中傳播，因

3、而不是機械波；它產(chǎn)生于它可以在真空中傳播，因而不是機械波；它產(chǎn)生于所有帶電或不帶電物體的運動，因而也不是電磁波。所有帶電或不帶電物體的運動，因而也不是電磁波。 1927年，戴維遜、革末用年，戴維遜、革末用電子束單晶衍射法，電子束單晶衍射法，G.P.湯姆遜用薄膜透射法證實湯姆遜用薄膜透射法證實了物質(zhì)波的存在了物質(zhì)波的存在, 用德布用德布羅意關(guān)系式計算的波長與羅意關(guān)系式計算的波長與布拉格方程計算結(jié)果一致。布拉格方程計算結(jié)果一致。 1929年年, de Broglie獲諾貝獲諾貝爾物理學(xué)獎；爾物理學(xué)獎；1937年，戴年，戴維遜、革末、維遜、革末、G.P.湯姆遜湯姆遜也獲得諾貝爾獎也獲得諾貝爾獎. 北

4、京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室四、矩陣力學(xué)四、矩陣力學(xué) 1922年年6月，玻爾到哥廷根學(xué)術(shù)訪問月，玻爾到哥廷根學(xué)術(shù)訪問 1924年年7月，玻爾邀請月，玻爾邀請海森堡去哥本哈根海森堡去哥本哈根 1925年年4月，海森堡回到哥廷根，與泡利著手月，海森堡回到哥廷根，與泡利著手研究氫原子譜線強度的問題，同年夏到赫爾格研究氫原子譜線強度的問題，同年夏到赫爾格蘭休養(yǎng)蘭休養(yǎng) 1925年年7月月29日，波恩，約爾當(dāng)，日，波恩，約爾當(dāng)，論量子力論量子力學(xué)學(xué) 1925年年11月月26日，波恩，海森堡，約爾當(dāng)，日，波恩，海森堡，約爾當(dāng)， 論量子力學(xué)論量子力學(xué)北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室五、波動方程五、波動方程 19

5、26年年1月到月到6月，薛定諤連發(fā)四篇論文，提出了波動月，薛定諤連發(fā)四篇論文，提出了波動方程方程HE 1926年年7月，波恩提出幾率波解釋月，波恩提出幾率波解釋 1926年年4月，薛定諤、泡利、約爾當(dāng)各自證實，矩陣力月，薛定諤、泡利、約爾當(dāng)各自證實，矩陣力學(xué)與波動力學(xué)在數(shù)學(xué)上產(chǎn)等價的學(xué)與波動力學(xué)在數(shù)學(xué)上產(chǎn)等價的 1928年，年，狄拉克狄拉克將狹義相對論引入量子力學(xué)將狹義相對論引入量子力學(xué) 1930年，狄拉克出版了他的經(jīng)典的量子力學(xué)教材，將年，狄拉克出版了他的經(jīng)典的量子力學(xué)教材，將二者完善的統(tǒng)一起來二者完善的統(tǒng)一起來 1932年，馮諾伊曼年，馮諾伊曼量子力學(xué)基礎(chǔ)量子力學(xué)基礎(chǔ)，將算子理論引，將算子

6、理論引入量子力學(xué)，將量子力學(xué)在數(shù)學(xué)上嚴(yán)格化入量子力學(xué)，將量子力學(xué)在數(shù)學(xué)上嚴(yán)格化 在物理學(xué)圖像上，仍有激烈的爭論在物理學(xué)圖像上，仍有激烈的爭論北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室 1927年年, W. K. Heisenberg提出了微觀領(lǐng)域的不確提出了微觀領(lǐng)域的不確定關(guān)系（測不準(zhǔn)關(guān)系）定關(guān)系（測不準(zhǔn)關(guān)系）: 有這樣一些成對的可測量有這樣一些成對的可測量, 要同時測定它們的任要同時測定它們的任意精確值是不可能的，其中一個量被測得越精確意精確值是不可能的，其中一個量被測得越精確, 其其共軛量就變得越不確定。共軛量就變得越不確定。 六六、不確定關(guān)系不確定關(guān)系北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室 設(shè)坐標(biāo)測不準(zhǔn)量為

7、設(shè)坐標(biāo)測不準(zhǔn)量為x，動量測不準(zhǔn)量為，動量測不準(zhǔn)量為px ，則：，則：444xyzhxphyphzp 這一關(guān)系式可作為宏觀物體和微觀粒子的判別標(biāo)準(zhǔn)。這一關(guān)系式可作為宏觀物體和微觀粒子的判別標(biāo)準(zhǔn)。根源根源：微觀粒子的波粒二象性。：微觀粒子的波粒二象性。xyzxphyphzph 或或：北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室 在能量與時間這一對物理量中也存在同在能量與時間這一對物理量中也存在同樣關(guān)系：樣關(guān)系： 4hEt 北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室(1)質(zhì)量為質(zhì)量為0.01kg的子彈，運動速度為的子彈，運動速度為1000m s-1，若速度的不，若速度的不確定程度為其運動速度的確定程度為其運動速度的1%，則其

8、位置的不確定程度為：，則其位置的不確定程度為：34346.6 106.6 100.01 1000 1%xhhxmpm v 可忽略，可以用經(jīng)典力學(xué)處理。可忽略，可以用經(jīng)典力學(xué)處理。 舉例：舉例：（2）運動速度為）運動速度為1000m s-1的電子，若速度的不確定程度為的電子，若速度的不確定程度為其運動速度的其運動速度的1%，則其位置的不確定程度為：，則其位置的不確定程度為： mvmhx53134103 . 7%11000109106 . 6 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過在原子和分子中的電子離原子核的距離，不能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過在原子和分子中的電子離原子核的距離，不能 用用經(jīng)典力學(xué)處理。經(jīng)典力學(xué)處理。P12 表表 1.1北京中

9、國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室 P12例例1定性說明原子中的電子為什么定性說明原子中的電子為什么不會掉進核里去。不會掉進核里去。 例例2定性說明氫原子核外電子不可能處定性說明氫原子核外電子不可能處在玻爾軌道上運動。在玻爾軌道上運動。 例例3譜線自然寬度。譜線自然寬度。北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室請思考：請思考： 電子等微粒的坐標(biāo)和動量不能同時準(zhǔn)確測定，是不電子等微粒的坐標(biāo)和動量不能同時準(zhǔn)確測定，是不是因為目前的實驗技術(shù)還不夠準(zhǔn)確？是因為目前的實驗技術(shù)還不夠準(zhǔn)確？ Uncertainty Principle究竟是究竟是“測不準(zhǔn)測不準(zhǔn)”還是還是“不不確定確定”？ P11無法測量的是沒有意義的。無法測量的是沒有意義的。北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室作業(yè)作業(yè) P35 4，12北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室 物理學(xué)的研究對象只應(yīng)該是能夠被觀察物理學(xué)的研究對象只應(yīng)該是能夠被觀察到的事物，物理學(xué)只能從這些東西出發(fā)，到的事物，物理學(xué)只能從這些東西出發(fā)，而不是建立在觀察不到或者純粹是推理而不是建立在觀察不到或者純粹是推理的事物上。的事物上。BACK北京中國地質(zhì)大學(xué)材料化學(xué)教研室 1902年生于英國布里斯托爾港年生于英國布里斯托爾港 1925年，海森堡到劍橋講學(xué)，遇狄拉克導(dǎo)師福勒年，海森堡到劍橋講學(xué)，遇狄拉克導(dǎo)師福勒計算出玻爾原子模型計算出玻爾原子模型證明氫分子與矩陣力學(xué)符合證明氫