量子论
2量子论是现代物理学的两大基石之一。量子论提供了新的关于自然界的观察、思考和表述方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律,为原子物理学、固体物理学、核物理学、粒子物理学以及现代信息技术奠定了理论基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射,粒子的无限可分和信息携带等。尤其它的开放性和不确定性,启发人类更多的发现和创造。
基本信息
- 中文名
量子论
- 外文名
quantum theory
- 别名
量子理论
- 所属学科
物理学
- 提出者
普朗克
- 适用领域
黑体辐射
简介
大家都熟悉光是有波粒二象性的,也都知道光双缝的干涉实验是证明了光存在波的属性的,实验结果是在光线通过双缝后在后面的荧幕上产生了干涉条纹。
改变一下实验条件:每一次只发射一个光粒子,结果将是如何?荧幕上是否会产生如同波干涉一样的条纹么(如果是粒子没有其他粒子影响,按经典理论该粒子应当重复之前路径)?结果是即便一次只发射一个光粒子,这个粒子依旧会产生干涉(显像位置按概率出现,无法使用经典理论解释)。
由此引出了量子论的关键观点:“微观世界里,上帝也在玩骰子”(不确定性原理)。
发展历程
量子理论的创建过程是一部壮丽的史诗。
初期
1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难,引入了能量子概念,为量子理论奠定了基石。
随后,爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾,提出了光量子假说,并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念,为量子理论的发展打开了局面。
1913年,玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念,提出玻尔的原子理论,对氢光谱作出了满意的解释,使量子论取得了初步胜利。随后,玻尔、索末菲和其他物理学家为发展量子理论花了很大力气,却遇到了严重困难,旧量子论陷入困境。
建立
1923年,德布罗意提出了物质波假说,将波粒二象性运用于电子之类的粒子束,把量子论发展到一个新的高度。
1925年-1926年薛定谔率先沿着物质波概念成功地确立了电子的波动方程,为量子理论找到了一个基本公式,并由此创建了波动力学。
几乎与薛定谔同时,海森伯写出了以“关于运动学和力学关系的量子论的重新解释”为题的论文,创立了解决量子波动理论的矩阵方法。
1925年9月,玻恩与另一位物理学家约丹合作,将海森伯的思想发展成为系统的矩阵力学理论。不久,狄拉克改进了矩阵力学的数学形式,使其成为一个概念完整、逻辑自洽的理论体系。
1926年薛定谔发现波动力学和矩阵力学从数学上是完全等价的,由此统称为量子力学,而薛定谔的波动方程由于比海森伯的矩阵更易理解,成为量子力学的基本方程。