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量子力学及其发展史
量子力学及其发展史
作者： 提交日期： 21:25:00
量子力学 量子力学是研究微观粒子（如电子、原子、分子等）的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础，是现代物理学的两大基本支柱。经典力学奠定了现代物理学的基础，但对于高速运动的物体和微观条件下的物体，牛顿定律不再适用，相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。量子力学认为在亚原子条件下，粒子的运动速度和位置不可能同时得到精确的测量，微观粒子的动量、电荷、能量、粒子数等特性都是分立不连续的，量子力学定律不能描述粒子运动的轨道细节，只能给出相对机率，为此爱因斯坦和玻尔产生激烈争论，并直至去世时仍不承认量子力学理论的哥本哈根诠释。 量子力学是一个物理学的理论框架，是对经典物理学在微观领域的一次革命。它有很多基本特征，如不确定性、量子涨落、波粒二象性等，在原子和亚原子的微观尺度上将变的极为显著。爱因斯坦、海森堡、玻尔、薛定谔、狄拉克等人对其理论发展做出了重要贡献。原子核和固体的性质以及其他微观现象，目前已基本上能从以量子力学为基础的现代理论中得到说明。现在量子力学不仅是物理学中的基础理论之一，而且在化学和许多近代技术中也得到了广泛的应用。上世纪末和本世纪初，物理学的研究领域从宏观世界逐渐深入到微观世界；许多新的实验结果用经典理论已不能得到解释。大量的实验事实和量子论的发展，表明微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性（参见波粒二象性），微观粒子的运动不能用通常的宏观物体运动规律来描写。德布罗意、薛定谔、海森堡，玻尔和狄拉克等人逐步建立和发展了量子力学的基本理论。应用这理论去解决原子和分子范围内的问题时，得到与实验符合的结果。因此量子力学的建立大大促进了原子物理。固体物理和原子核物理等学科的发展，它还标志着人们对客观规律的认识从宏观世界深入到了微观世界。量子力学是用波函数描写微观粒子的运动状态，以薛定谔方程确定波函数的变化规律，并用算符或矩阵方法对各物理量进行计算。因此量子力学在早期也称为波动力学或矩阵力学。量子力学的规律用于宏观物体或质量和能量相当大的粒子时，也能得出经典力学的结论。在解决原子核和基本粒子的某些问题时，量子力学必须与狭义相对论结合起来（相对论量子力学），并由此逐步建立了现代的量子场论。量子力学的发展简史 量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。 1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解释了黑体辐射现象。 1905年，爱因斯坦引进光量子(光子)的概念，并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系，成功地解释了光电效应。其后，他又提出固体的振动能量也是量子化的，从而解释了低温下固体比热问题。 1913年，玻尔在卢瑟福有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。按照这个理论，原子中的电子只能在分立的轨道上运动，原子具有确定的能量，它所处的这种状态叫“定态”，而且原子只有从一个定态到另一个定态，才能吸收或辐射能量。这个理论虽然有许多成功之处，但对于进一步解释实验现象还有许多困难。 在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后，为了解释一些经典理论无法解释的现象，法国物理学家德布罗意于1923年提出微观粒子具有波粒二象性的假说。德布罗意认为：正如光具有波粒二象性一样，实体的微粒(如电子、原子等)也具有这种性质，即既具有粒子性也具有波动性。这一假说不久就为实验所证实。 由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律，描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。当粒子的大小由微观过渡到宏观时，它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学。 量子力学与经典力学的差别首先表现在对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。在量子力学中，粒子的状态用波函数描述，它是坐标和时间的复函数。为了描写微观粒子状态随时间变化的规律，就需要找出波函数所满足的运动方程。这个方程是薛定谔在1926年首先找到的，被称为薛定谔方程。 当微观粒子处于某一状态时，它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值，而具有一系列可能值，每个可能值以一定的几率出现。当粒子所处的状态确定时，力学量具有某一可能值的几率也就完全确定。这就是1927年，海森伯得出的测不准关系，同时玻尔提出了并协原理，对量子力学给出了进一步的阐释。 量子力学和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学。经狄拉克、海森伯和泡利等人的工作发展了量子电动力学。20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论――量子场论，它构成了描述基本粒子现象的理论基础。 量子力学是在旧量子论建立之后发展建立起来的。旧量子论对经典物理理论加以某种人为的修正或附加条件以便解释微观领域中的一些现象。由于旧量子论不能令人满意，人们在寻找微观领域的规律时，从两条不同的道路建立了量子力学。 1925年，海森堡基于物理理论只处理可观察量的认识，抛弃了不可观察的轨道概念，并从可观察的辐射频率及其强度出发，和玻恩、约尔丹一起建立起矩阵力学；1926年，薛定谔基于量子性是微观体系波动性的反映这一认识，找到了微观体系的运动方程，从而建立起波动力学，其后不久还证明了波动力学和矩阵力学的数学等价性；狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论，给出量子力学简洁、完善的数学表达形式。 量子力学的基本内容 量子力学的基本原理包括量子态的概念，运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。 在量子力学中，一个物理体系的状态由波函数表示，波函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程，该方程预言体系的行为，物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示；测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作，对应于代表该量的算符对其波函数的作用；测量的可能取值由该算符的本征方程决定，测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。 波函数的平方代表作为其变数的物理量出现的几率。根据这些基本原理并附以其他必要的假设，量子力学可以解释原子和亚原子的各种现象。 关于量子力学的解释涉及许多哲学问题，其核心是因果性和物理实在问题。按动力学意义上的因果律说，量子力学的运动方程也是因果律方程，当体系的某一时刻的状态被知道时，可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。 但量子力学的预言和经典物理学运动方程(质点运动方程和波动方程)的预言在性质上是不同的。在经典物理学理论中，对一个体系的测量不会改变它的状态，它只有一种变化，并按运动方程演进。因此，运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。 但在量子力学中，体系的状态有两种变化，一种是体系的状态按运动方程演进，这是可逆的变化；另一种是测量改变体系状态的不可逆变化。因此，量子力学对决定状态的物理量不能给出确定的预言，只能给出物理量取值的几率。在这个意义上，经典物理学因果律在微观领域失效了。 据此，一些物理学家和哲学家断言量子力学摈弃因果性，而另一些物理学家和哲学家则认为量子力学因果律反映的是一种新型的因果性――几率因果性。量子力学中代表量子态的波函数是在整个空间定义的，态的任何变化是同时在整个空间实现的。 20世纪70年代以来，关于远隔粒子关联的实验表明，类空分离的事件存在着量子力学预言的关联。这种关联是同狭义相对论关于客体之间只能以不大于光速的速度传递物理相互作用的观点相矛盾的。于是，有些物理学家和哲学家为了解释这种关联的存在，提出在量子世界存在一种全局因果性或整体因果性，这种不同于建立在狭义相对论基础上的局域因果性，可以从整体上同时决定相关体系的行为。 量子力学用量子态的概念表征微观体系状态，深化了人们对物理实在的理解。微观体系的性质总是在它们与其他体系，特别是观察仪器的相互作用中表现出来。 人们对观察结果用经典物理学语言描述时，发现微观体系在不同的条件下，或主要表现为波动图象，或主要表现为粒子行为。而量子态的概念所表达的，则是微观体系与仪器相互作用而产生的表现为波或粒子的可能性。 量子力学表明，微观物理实在既不是波也不是粒子，真正的实在是量子态。真实状态分解为隐态和显态，是由于测量所造成的，在这里只有显态才符合经典物理学实在的含义。微观体系的实在性还表现在它的不可分离性上。量子力学把研究对象及其所处的环境看作一个整体，它不允许把世界看成由彼此分离的、独立的部分组成的。关于远隔粒子关联实验的结论，也定量地支持了量子态不可分离
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出门在外也不愁量子理论是不是就是量子力学，相对论和量子理论是什么关系（如两个的先后。是否谁基于谁产生）_百度知道
量子理论是不是就是量子力学，相对论和量子理论是什么关系（如两个的先后。是否谁基于谁产生）
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量子论的建立，创立了解决量子波动理论的矩阵方法，为量子理论找到了一个基本公式、索末菲和其他物理学家为发展量子理论花了很大力气，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，使其成为一个概念完整，玻恩与另一位物理学家约丹合作。几乎与薛定谔同时。网上有的说是 量子论的初期：1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，这应该是最早的量子理论了，为量子理论奠下了基石，没有量子理论就不可能有相对论的诞生，并由此创建了波动力学量子理论是在牛顿经典力学无法解决各种问题时提出来解决问题的一种理论，将海森伯的思想发展成为系统的矩阵力学理论，由此统称为量子力学。随后，最先在我影响中是无法解释光同时存在折射现象和反射现在，成为量子力学的基本方程。不久。旧量子论陷入困境，是用量子的观点来解释微观粒子的力学问题。1925年9月，玻尔。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，而后普朗克，而薛定谔的波动方程由于比海森伯的矩阵更易理解，将波粒二象性运用于电子之类的粒子束，提出玻尔的原子理论，并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念，从而提出了光的波粒二项性，德布罗意提出了物质波假说，对氢光谱作出了满意的解释，使量子论取得了初步胜利，提出了光量子假说，波尔在无法解释电子的运动问题。但你这2个问题我敢保证是正确的。1913年。我影响中是这样，狄拉克改进了矩阵力学的数学形式，把量子论发展到一个新的高度，玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念，化学史我学的不是很好。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。量子理论和量子力学最大的区别是量子力学是量子理论的一部分，引入了能量子概念。随后。估计是我记错了吧，而经典力学解释不了的问题，爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾、逻辑自洽的理论体系。而后面那问题就很明显了，这时大多数科学家都承认了量子学说的存在，却遇到了严重困难：1923年。最后是爱因斯坦把量子学说发扬光大，为量子理论的发展打开了局面，从而大量引进量子理论
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如温度的增加或降低。研究过程中，称为“黑体”：原子核世界中的开路先锋 　　量子假说与物理学界几百年来信奉的“自然界无跳跃”直接矛盾，引入了 能量子 概念。他建立了光量子理论解释光电效应中出现的新现象。他认为各种频率的电磁波://baike。根据这个模型计算出的黑体光谱与实际观测到的相一致。这个一分钱就是钱币的最小的量。这揭开了物理学上崭新的一页.htm" target="_blank">http，你不可能拿出0，历史已经将量子论推上了物理学新纪元的开路先锋的位置，为量子理论的发展打开了局面，提出了光量子假说.度0！我只能选部分内容。但是。世纪发现之微观世界中的轮盘赌----量子论 　　如果说光在空间的传播是相对论的关键.01度.1，再给个连接你自己研究。”提供了依据，量子论的发展已是锐不可当。1900年.com/view/267121、 泡利 等人的发展，光的量子称为光量子.baidu。量子论不仅给光学，科学家发现按麦克斯韦电磁波理论计算出的黑体光谱紫外部分的能量是无限的.1分钱！几个“应该”有差别的概念，许多物理学家不予接受://baike，并在 固体比热 问题上成功地运用了能量子概念，显然发生了谬误，为量子理论奠下了基石，一分钱是最小的量了，甚至放弃了量子论继续用能量的连续变化来解决辐射的问题，故通常把它的诞生视为近代物理学的起点，虽然你可以以厘为单位计算钱数，从一度升到二度中间必须经过0，也给整个物理学提供了新的概念。<a href="http，那么光的发射和吸收则带来了量子论的革命。爱因斯坦 　　第一个意识到量子概念的普遍意义并将其运用到其它问题上的是爱因斯坦，简称 光子 ，这为“紫外线灾难，又经海森伯。他从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念楼主追加50000分也没有人能说个清楚。关于量子论中的不连续性。　　随后： 　　1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难。我们知道物体加热时会放出辐射。为了研究的方便，而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题，德国物理学家普朗克提出了物质中振动原子的新模型，就像我们花钱买东西一样.com/view/度之前必定有0， 爱因斯坦 针对光电效应实验与经典理论的矛盾。量子论。量子论不仅很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律。但是量子论认为在某两个数值之间例如1度和3度之间可以没有2度.baidu。普朗克本人也十分动摇，科学家们想知道这是为什么，提出了辐射的量子论。而这个最小的量就是量子，后悔当初的大胆举动，他们假设了一种本身不发光，我们可以这样理解，因此量子理论出现后、能吸收所有照射其上的光线的完美辐射体！　1928年狄拉克将相对论运用于 量子力学 ，包括光只能以各自确定分量的能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，形成了量子电动力学量子论的初期，我们认为是连续的。先后出现的时间比较交错
量子理论应该是指进行了量子化的理论吧，量子力学是量子理论的一种，另外还有量子场论。狭义相对论已经被用于构建量子场论了，但广义相对论涉及的引力的量子化还有问题，所以后来构建起来的叫做标准模型的量子理论里统一了电磁力，强力，弱力三种力但并没有将引力统一进来。
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