量子理论的发展史讲义.ppt

07十一月2024量子理论的创建波粒二象性新思想的提出1、“紫外灾难”的出现和普朗克量子论的提出黑体（“绝对黑体”）是指在任何温度下都能全都吸收落在它上面的一切辐射而没有反射和透射的理想物体，是用来研究热辐射的。
黑体辐射的特点是：各种波长(颜色)的辐射能量的分布形式只取决于黑体的温度，而同组成黑体的物质成分无关。19世纪末期，实验已经能对热辐射所产生的光谱及其强度的分布进行精密的测定。
1893年，德国物理学家维恩发现黑体的温度(绝对温度)同所发射能量最大的波长成反比(维恩位移定律)。1896年维恩通过半理论半经验的办法，找到了一个可用来描述能量分布曲线的辐射定律。
这个定律或说公式，在短波部分同实验很符合，但在长波部分却偏离很大。1900年，英国物理学家瑞利根据统计力学和电磁理论，推导出另一辐射定律。这一定律在1905年经英国物理学家金斯加以修正，以后通称瑞利-金斯定律。
瑞利-金斯定律在长波部分与实验很符合，但在短波部分却偏离很大。古典理论的这一失败被物理学家埃伦菲斯特称为“紫外灾难”。
“紫外灾难”所引起的是物理学理论的一场革命。普朗克的量子假说的出台普朗克的量子假说的出台普朗克的量子假说的出台普朗克的量子假说的出台2、爱因斯坦的光量子理论从能量子到光量子光量子论的提出，意味着早在半个多世纪前已被推翻了的牛顿的光的微粒说在某种意义上的复活，使当时占绝对统治地位的波动论出现了对立面。
不过，爱因斯坦并不是简单地回到了牛顿的微粒论，对波动论采取排斥态度，而认为两者各自反映了光的本质的一个侧面：对于统计的平均现象，光表现为波动，对于瞬时的涨落现象，光表现为粒子。换言之，爱因斯坦的粒子不同于牛顿的粒子，而是既具有能量又具有动量的粒子，这就使得的光不仅具有波动性，而且具有粒子性，是波动性和粒子性的辩证统一，即光具有“波粒二象性”。
这是人类认识自然界的历史上第一次揭示了微观客体的波动性和粒子性的对立统一。光量子概念的实验检验康普顿实验的确证康普顿实验的确证康普顿实验的重要意义康普顿实验的重要意义3、玻尔的原子结构理论卢瑟福有核原子模型认为，原子里面绝大部分是虚空的，原子中间有一个原子核，该模型得到了实验的验证，也取得了多方面的成功。
但是，卢瑟福模型也有一个原则性的理论上的困难，那就按照电磁学的理论，外围电子在围绕原子核旋转亦即做加速运动时，将不断辐射出电磁波，而最后却将掉到原子核里面，为原子核所俘获，成为其半径只有10-13厘米大小的原子。然而，当时所有测到的原子的半径，却至少有10－8厘米从经典理论来看，卢瑟福的有核原子模型不符合经典理论的稳定性要求，或者说，这个模型在经典理论看来是站不住脚的。
但卢瑟福的有核原子模型通过他的学生、后来著名的丹麦物理学家尼尔斯·玻尔的杰出工作，迅速得到科学界的公认。玻尔提出定态轨道原子模型始末玻尔很有兴趣地听了卢瑟福的报告，对卢瑟福根据实验结果大胆地作出原子有核的决断深表钦佩，也很了解卢瑟福困难的处境，于是向卢瑟福表示希望到卢瑟福所在的曼彻斯特大学当访问学者。卢瑟福欣然同意，几个月后，玻尔到卢瑟福的实验室工作了4个月，其时正值卢瑟福组织大家对有核原子模型理论进行检验。
玻尔参加了射线散射的实验工作，帮助他们整理数据和撰写论文。玻尔就这样在关键的时刻参加到卢瑟福的工作之中，成为这个集体的理论核心人物。玻尔坚信卢瑟福的有核原子模型是符合客观事实的，也很了解他的理论所面临的困难，他认为要解决原子的稳定性问题，唯有靠量子理论，即要描述原子现象，就必须对经典概念进行一番彻底的改造。玻尔注意到，如果光辐射具有量子性，也就是说光辐射时并不像经典电磁学所预期的那样，连续地释放出带电粒子所具有的能量，而以不连续的形式，即至少以某种“最小”的能量单元，亦即hv的形式释放能量，那么这一量子性的起源，必定来自原子结构所具有的某些特点。1912年底，玻尔已返回丹麦，他仍在研究有核原子模型的稳定性问题。正在他日夜苦思之际，他在一位朋友汉森(H.M.Hansen)向他提到氢光谱的巴耳末公式，劝他认真考虑这个事实。
同时，斯塔克(J.Stark)的著作中有关价电子跃迁产生辐射的思想也对他有启发。
他把这些事情联系到了一起，突然头脑里出现了一个飞跃。后来，玻尔回忆到：“当我一看到巴耳末公式，我对整个事情就豁然开朗了。”于是玻尔很快就写出了著名的“三部曲”，题名“原子构造和分子构造”——I、II、III的三篇论文，经卢瑟福推荐，发表在1913年《哲学杂志》上。
玻尔的原子理论取得了巨大的成功，完满地解释了氢光谱的巴耳末公式。他阐明了光谱的发射和吸收，并且成功地解释了元素的周期表，使量子理论取得了重大进展。这一理论把卢瑟福的原子模型和普朗克的量子论大胆而巧妙地结合起来，并且把原来只用于能量的量子概念加以推广，为以后各种物理量的