有量子力学发展史谈一谈物理学研究方法

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1、量子力学理论体系的发展，从二十世纪初开始，经历了半个多世纪，积累了十二项诺贝尔物理学奖的成果才形成的。德国物理学家普朗克因发现能量子而对物理学的发展做出杰出贡献，荣获1918年度诺贝尔物理学奖。他1895年开始研究热辐射问题，1900年普朗克在徳国物理学会年会上宣读了《关于正常光谱的能量分布定律》的论文。他指出能量在辐射过程中不是连续的，而是如一股股的涓流似的被释放。这股涓流就是量子，而量子的能量只决定于频率v,即E=hv,h=6.63X10-34J•S,h为作用量子，后人称之为普朗克常数，作用量子在物理学中是一种崭新的、前所未闻的事物，它

2、要求从根本上修改我们自从牛顿和莱布尼兹在一切因果关系的连续性基础上创立了微积分以来的全部物理概念。真正认识量子论的价值并大大开拓其应用疆界的是爱因斯坦，1905年提岀光量子的概念，成功地解释了光电效应,1913年玻尔在此基础上又提出了原子结构的量子理论，揭示了原子光谱Z谜。于是普朗克的量子理论，标志着一个新的、广阔的物理学科一一量子力学的诞生。德国物理学家爱因斯坦，因发现了光电效应而获1921年度诺贝尔73物理学奖，1905年爱因斯坦发表了论文《关于光的产生和转化的一个启发性观点》，他推广普阴克把能量子的不连续性局限在辐射和吸收过程中，认为

3、光在传播过程屮能量也是不连续的，每个光子都有一定的能量，对于频率为v的光，其光子能量为E=hvo光电效应是由于金属中的自由电子吸收了光子能量而从金属中逸出而发牛的。这样，爱因斯坦用光量子理论成功地解释了光电效应，并确定了其规律。爱因斯坦光量子理论的重要意义，是使对光的本性认识推进了一大步，历时三个多世纪的波动说和微粒说的争论，被爱因斯坦的光的波粒二彖性论点所代替，并为以后其他的微观粒子的波粒二象性的观点打下了坚实的基础。必须指出爱因斯坦对物理学的贡献不仅仅只是正确解释光电效应一方面，他所创立的狭义相对论、广义相对论等是他对人类科学最大的划时

4、代贡献。只是当时决定授予爱因斯坦诺贝尔物理学奖的时候，他的相对论还未被所有科学家承认，物理学界还存在着激烈的争论和巨大的分歧，因此评委会有意回避了相对论的贡献，只是他对理论物理方面的贡献，特别是阐明光电效应的规律而授予他这项荣誉奖励。丹麦物理学家玻尔因研究原子结构及原子辐射获1922年度诺贝尔物理学奖。1913年玻尔以《论原子和分子结构》为题，连续发表了3篇论文，指出原子系统的每个变化只能从一个稳定态完全跃迁到另一个稳定态。稳定态原子不发生辐射，只有在两个稳定态Z间跃迁才产生电磁辐射。并由下面关系决定EEhv''.'二，式中E，、E，'是原

5、子发生辐射过程的始、末稳定态的能量值。玻尔理论提供了一个动态的原子结构的轮廓，揭示了光谱线与原子结构的内在联系，指出了光谱分析是研究原子结构的重要途径，从而推动了物质结构理论的发展，玻尔原子理论也是从经典理论转向量子理论的一个重要的开端和过渡，为量子力学的诞生提供了条件。玻尔的理论，被1914年弗兰克和赫兹的实验证实，原子确实是跃迁式地改变自己的状态。他提出的氢原子结构理论和氢光谱理论，奠定了原子物理学的基础，对量子论和量子力学的发展起了重要作用，玻尔成为20世纪与爱因斯坦齐名的物理学家。德国物理学家弗兰克和赫兹因发现电子和原子碰撞规律，共

6、同荣获741925年诺贝尔物理学奖，1914年（玻尔理论发表的第二年），弗兰克和赫兹在实验中用电子与原子相互碰撞的方法，首次证明了原子中确有能级分布，即原子内部确实有不连续的定态能级分布状态存在，进而还证明了这些能级和辐射之间的关系，为以后的量子力学的建立打下了实验基础。1923年美国物理学家康普顿对电子和光子散射过程实验研究成果（称为康普顿效应），使爱因斯坦于1916年新提出的理论，即在电磁辐射同物质相互作用时，每个光子在传递一份能量E二hv的同时，还传递一份大小为chvP=的动量（式中c为光速），得到了实验证实，还证实了散射波长的变化，

7、使人们对光子的波粒二象的认识的达到了新的深度。康普顿和英国威耳孙因发现了用蒸汽凝聚观察带电粒子轨迹的方法，2人共同获1927年度诺贝尔物理学奖。法国物理学家德布罗意发现电子、原子等实物粒子也具有波粒二象性，获1929年度诺贝尔物理学奖。徳布罗意在1923年接连发表数篇论文，阐述了它关于波动和粒子统一的观点，1924年11月他把以前发表的论文要点汇集成一篇题为《量子理论的研究》论文，交给巴黎大学理工学院，申请博士学位、论文分别寄给了爱因斯坦、薜定铐、德拜等人，爱因斯坦在科学上有着超人的美学素养，看过德布罗意的论文后，他称赞说：“德布罗意的工作

8、给我留下了深刻卬象，一幅巨大帷幕的一角卷起来了。”爱因斯坦看出，徳布罗意的工作不仅是与自己的光量子理论的简单类比，这种物质波还包含了玻尔、索米菲的量子规律非常卓越的几何解释。由于