高中物理 第四章 波粒二象性量子简介

高中物理 第四章 波粒二象性量子简介

量子简介 ‎ 量子（quantum）是现代物理的重要概念。最早是由德国物理学家M·普朗克在1900年提出的。他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍。后来的研究表明，不但能量表现出这种不连续的分离化性质，其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的量子化现象。这同以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别。量子化现象主要表现在微观物理世界。描写微观物理世界的物理理论是量子力学。‎ 量子一词来自拉丁语quantus，意为“有多少”，代表“相当数量的某物质”。在20世纪的前半期，出现了新的概念。许多物理学家将量子力学视为了解和描述自然的基本理论。在量子出现在世界上100多年间，经过普朗克等许多科学家的不懈努力，已初步建立量子力学理论。后来，经玻尔等人的完善，达到了顶峰！‎ 在经典物理学中，根据能量均分定理：能量是连续变化的，可以取任意值。19世纪后期，科学家们发现很多物理现象无法用经典理论解释。当时德国物理界聚焦于黑体辐射问题的研究。量子物理是研究量子化的物理分支，在1900年根据热辐射理论延伸建立量子理论。由于M·普朗克试图解决黑体辐射问题，所以他大胆提出量子假设，并得出了普朗克辐射定律，沿用至今。普朗克提出：像原子作为一切物质的构成单位一样，“能量子”（量子）是能量的最小单位，原子吸收或发射能量是一份一份地进行的。普朗克在‎1900年12月14日的德国物理学学会会议中第一次发表能量量子化数值、一个分子摩尔（mol）的数值及基本电荷等。其数值比以前更准确，提出的理论也成功解决了黑体辐射的问题，标志着量子力学的诞生。量子假设的提出有力地冲击了经典物理学，促进物理学进入微观层面，奠基现代物理学。但直到现在，物理学家关于量子力学的一些假设仍然不能被充分地证明，仍有很多需要研究的地方。1905年，德国物理学家爱因斯坦把量子概念引进光的传播过程，提出“光量子”（光子）的概念，并提出光同时具有波动和粒子的性质，即光的“波粒二象性”。‎ 薛晓舟教授介绍，数千年前古希腊人留基伯就提出原子论，并建立“原子”或“以太”是“非对易代数”的“量子理论”，奠定了一切量子技术和核技术的基础。彭罗斯认为“非对应”最终含有“不可计算性。‎ ‎20世纪20年代，法国物理学家德布罗意提出“物质波”概念，即一切物质粒子均具备波粒二象性；德国物理学家海森伯等人建立了量子矩阵力学；奥地利物理学家薛定谔建立了量子波动力学。量子理论的发展进入了量子力学阶段。‎ ‎1928年，英国物理学家狄拉克完成了矩阵力学和波动力学之间的数学等价证明，对量子力学理论进行了系统的总结，并将两大理论体系——相对论和量子力学成功地结合起来，揭开了量子场论的序幕。量子理论是现代物理学的两大基石之一，从微观层面理解宏观现象提供了理论基础。‎ 量子物理是研究量子化的物理分支，在1900年根据热辐射理论延伸建立量子理论。由于马克斯·普朗克（M. Planck）试图解决黑体辐射问题，所以他大胆提出量子假设，并得出了普朗克辐射定律，沿用至今。‎ 当时德国物理界聚焦于黑体辐射问题的研究。马克斯·普朗克在‎1900年12月14日的德国物理学学会会议中第 一次发表能量量子化数值、Avogadro-Loschmidt数的数值、一个分子摩尔（mole）的数值及基本电荷。其数值比以前的更准确，提出的理论也成功解决了黑体辐射的问题，标志着量子力学的诞生。‎ 量子假设的提出有力地冲击了经典物理学，促进物理学进入微观层面，奠基现代物理学。但直到现在，物理学家关于量子力学的一些假设仍然不能被充分地证明，仍有很多需要研究的地方。‎