第R 章经典物理失效和旧量子论的诞生.PDF

第 章 经典物理失效和旧量子论的诞生 我们在此章中简单回顾量子理论的发展，希望借此说明 （）任何一个物理理论都 是从实验中总结出来的，绝不是凭空从理论上推导出来的；（）许多重要的科学发 现都是寻找其他事物时的副产品。此外，要想了解一门科学，必须知道它的历史 。 因为不了解一门科学的历史，就无法透彻地理解它的现状。本章介绍和量子力学诞 生息息相关的实验结果，这些背景知识对于理解量子力学体系的建立具有重要的意义。 量子力学的建立有两个支柱：一是光（也即辐射）的粒子性；二是实物粒子的波 动性。光的粒子性是由普朗克、爱因斯坦、密立根和康普顿等人建立和确认的，而物 质的波动性则是德布罗意为解释玻尔原子模型中原子轨道稳定性而出的。本章分别 宏 介绍光的粒子性，原子稳定性和玻尔模型，以及德布罗意物质波，最后讨论德布罗意 波包和不确定关系。庆 稿 辐射的微粒性 草播 黑体辐射 曹 固体低温比热容 光电效应 义传 康普顿散射 黑体辐射 勿 讲 光线是我们日常生活中最熟悉的，也是最难以理解的物理对象。 世纪初的两 大物理革命，狭义相对论和量子力学，都是和光紧密相关的。谈到光线，人们首先想 到的是“辐射”和“粒子性”。许多幼儿园小朋友画太阳涂鸦时都不由自主地在太阳 请 边缘处画上向外的射线。在现实生活中，我们需要在特殊情况下才可以观测到光线， 但当我们看到这些涂鸦时却丝毫不觉得奇怪。 光到底是粒子还是波？这个问题在历史上曾经引起多次争斗。牛顿是光粒子论的 倡导者，虽然他是否真的相信光是粒子已经不可考证。在牛顿的光芒下，光波动性学 说举步维艰。经过多年的努力，托马斯 · 杨双缝干涉实验和泊松光斑实验确凿无疑地 证实光的波动性。从那以后，光波动论击败了光的粒子说。波动性和粒子性最大的不 同在于波传播需要载体。为此人们构造了“以太”（）。这场粒子和波的战争持续 第 章 经典物理失效和旧量子论的诞生 了年之久，但最终结果却是，既没有胜利者，也没有失败者，因为光既是粒子也 是波，光既不是粒子也不是波。 ♠ 热体如何辐射（） 年牛顿在他的《光学》一书中问道：“是不是所有物体被加热到一定温度时 都会发光炫目，这种发光是否来自于物体内部的振动模式？”（ ） 时隔年，在世纪初（年），人们已经了解到（）加热会引起固体分 子或原子振动；（）分子和原子具有复杂的电荷分布。牛顿的明锐洞察力再次让人感 到敬畏。然而，高温物体辐射的物理机制仍然困惑着物理学家。 赫兹和其他人的工作已经验证了麦克斯韦关于“振荡的带电粒子会发出电磁辐 射”的理论预言。麦克斯韦方程还告诉我们电磁辐射是以光速运动的，这也就是说， 电磁辐射就是光。与此紧密相关的红外辐射，实质上也是电磁波。物理图像是，当一 个物体被加热时，其分子或原子的振动将不可避免地产生带电粒子振荡。假设在宏观 宏 尺度上成立的麦克斯韦电磁辐射理论在分子或原子尺度上仍然成立，那么这些带电粒 子振荡将产生辐射，应该释放出热量和发光。热体辐射似乎可以用麦克斯韦电磁理论 稿 解释。 庆 ♠ 物体吸收辐射（） 播