量子理论的发展史讲义
量子力学理论的历史与发展
量子力学理论的历史与发展量子力学是20世纪物理学中最重要的一门学科，曾被喻为“现代物理学的基石”。
它的发展经历了一个漫长而又曲折的历史过程。
本文将从量子力学的起源、基本原理、实验验证、建立标准模型等方面来进行详细的讲述，以探究其历史和发展。
一、量子力学的起源与基本原理量子力学的起源始于1900年左右，当时德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时，提出了一个假设：辐射在吸收和发射时的能量不是连续的，而是由一个一个被称为“量子”的能量单位构成的。
随着后来的研究，这个假设得到了证明，被称为“普朗克能量子”。
1905年爱因斯坦发表了光电效应理论，提出光子假说，即光是由一些分散的、能量离散的粒子组成的。
这一理论的确立，在量子力学发展中也起到了至关重要的作用。
随着科学家们在研究中发现更多的证据，量子力学逐渐奠定了与经典物理截然不同的基础。
基于量子力学，许多热门领域得以诠释和解释。
其最基本的原理是能量和物质的离散化，即能量存在于基本单元中，同时它也支持了一系列前所未有的量子效应，如量子隧道效应、量子纠缠、量子力学的不确定性原理等。
二、量子力学的实验验证理论的建立离不开实验的验证。
20世纪初，随着量子力学的发展，越来越多的实验被提出来，用来验证和探究这个新兴的物理学体系。
以双缝实验为例，它是探究光子与物质之间相互作用的重要手段之一。
在双缝实验中，以光子为例，它通过两个狭缝进行干涉，最终形成了干涉条纹，这种形象的结果直接说明了粒子波粒二象性的存在。
除此之外，狄拉克提出的“反粒子”假说也成功得到验证，情况是那么普遍，以至于最基本和常见的物理机制都可以在实验验证中得到印证。
三、标准模型的建立随着量子力学的逐步发展和实验验证，标准模型逐渐建立起来。
标准模型是一个涉及量子力学、相对论和各种粒子的理论框架，旨在对基本相互作用和基本粒子的特性进行描述。
它由强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用三部分组成。
标准模型虽是一个与实验结果吻合度非常好的理论框架，但仍存在一些问题和挑战。
量子理论的发展史讲义
1、“紫外灾难”的出现和普朗克量 子论的提出
? 物理天空的第二朵乌云：“黑体辐射”→ “紫外灾难” ? 量子论的产生是由黑体辐射问题引起的。根据经典物理学，
可以得到：辐射的能量与频率的平方成正比。所以，当辐 射频率极高时，能量必然趋于无穷大，即在紫色端发散。 对于由经典物理学解决热辐射问题导致的这一结果，被称 为“紫外灾难”。
普朗克的量子假说的出台
? 1900年10月7日，鲁本斯夫妇访问普朗克，告诉他，瑞利 的辐射定律在长波部分同他的实验结果一致。普朗克受到 启发，立即尝试去寻找新的辐射定律，使它在长波部分渐 近于瑞利定律，而在短波部分则渐近于维恩定律。
? 当天晚上他把自己1899年的公式加以修改，就得到了合乎 上述要求的辐射定律。1900年10月19日他在德国物理学会 上报告了这一结果。鲁本斯当天晚上做实验检验，证明普 朗克的新的辐射定律同实验结果完全相符。
引入了能量子概念，为量子理论奠定了基石。 ? 随后，爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾，提出了光量子
假说，并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念，为量子理论的 发展打开了局面。 ? 1913年，玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念，对氢光谱 作出了满意 的解释，使量子论取得了初步胜利。
? 这种能量子，他称为“光量子”，对于频率为?的辐射，它的 一个光量子的能量就是 h?，以后人们称光量子为“光子”， 这是美国化学家路易斯于1926年取的名字。
物理天空的第二乌云：“黑体辐射”
? 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。
量子理论的发展
§6 量子理论的发展背景玻尔理论成功地解释了原子的稳定性及氢原子光谱的规律性。
为人们认识微观世界和建立近代量子理论打下了基础。
但玻尔理论是经典与量子的混合物，存在着许多不协调。
如它既保留了经典的确定性轨道，又假定量子化条件来限制电子的运动。
它不能解释稍微复杂的问题，正是这些困难，迎来了物理学的大革命。
1．量子力学：研究微观粒子运动的基本理论，它和相对论构成近代物理学的两大支柱。
2．线索:德布罗意→薛定谔→薛定谔波动方程海森堡→波恩，提出矩阵力学→→→→量子力学3．代表人物:玻尔、泡利、索末菲、海森堡、G·P·汤姆逊、戴维森、等一德布罗意波的提出1．德布罗意(Louis Victorde Broglie,1892～1989)法国物理学家。
1892年8月15日生于下塞纳的迪耶普。
出身贵族。
1910年获巴黎大学文学学士学位，1913年获理学硕士学位。
第一次世界大战期间，在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站服役。
战后一方面参与他哥哥的物理实验工作，一方面拜朗之万为师，研究与量子有关的理论物理问题，攻读博士学位。
1923年9～10月间，连续在《法国科学院通报》上发表三篇短文：《辐射─波和量子》、《光学─光量子、衍射和干涉》、《物理学─量子、气体动理论及费马原理》，在1924年通过的博士论文《量子论研究》中提出了德布罗意波（相波）理论。
1927年由美国贝尔实验室的戴维孙(C．J．Davisson)、革未(L．H．Germer)及英国的汤姆孙(G．P．Thomson)通过电子衍射实验证实，1929年获诺贝尔物理学奖，成为第一个以学位论文获得诺贝尔奖金的学者。
1932年任巴黎大学物理教授，1933年被选为法国科学院院士。
1942年任该院常任秘书，1962年退休，1987年3月去世，享年95岁。
主要著作有：《波动力学导论》，《物质和光：新物理学》，《物理学中的革命》，《海森伯不确定关系和波动力学的概率诠释》等。
量子理论的诞生和发展从量子论到量子力学
发展历程
量子理论的起源可以追溯到20世纪初，当时科学家们开始研究电子、光子等 微观粒子的性质。在经典物理学中，这些微观粒子被视为连续的波动，但随着实 验技术的发展，人们发现微观粒子的行为越来越像粒子，具有不连续性和不可预 测性。这促使了量子论的诞生。
1900年，普朗克提出了著名的普朗克公式，成功解释了黑体辐射实验数据， 标志着量子论的开端。之后，爱因斯坦、玻尔、德布罗意等人不断完善和拓展量 子理论，提出了光子概念、波粒二象性、不确定性原理等重要观点。到了20世纪 30年代，海森堡、薛定谔等人建立了量子力学，实现了对微观世界的更准确描述。
量子力学的பைடு நூலகம்立与科技创新的评价体系：纪念普朗克创立量子论100周年
在21世纪的开端，我们迎来了物理学的一个重要里程碑——量子力学诞生 100周年。自普朗克于1900年提出量子这一概念以来，量子力学的发展改变了我 们对自然世界的理解，并引领了无数科技创新。本次演示将回顾量子力学的建立 过程，探讨科技创新评价体系，并展望量子力学的未来发展。
一、量子力学的建立
20世纪初，随着普朗克、爱因斯坦、玻尔等众多科学家的努力，量子力学逐 渐建立起来。这一理论突破了经典物理学的限制，为我们揭示了一个全新的微观 世界。
量子力学的基本原理包括不确定性原理、量子态叠加原理以及量子纠缠等。 这些概念在物理学、化学、医学等领域有着广泛的应用。例如，量子计算机的研 制和量子通信技术的发展，都离不开对量子力学基本原理的深入理解和研究。
量子理论的应用范围广泛，它在各个领域都发挥了不可或缺的作用。在物理 学中，量子理论不仅成功解释了许多经典理论无法解释的现象，还为新材料的研 发和精密测量提供了理论基础。在化学领域，量子理论帮助研究者们更好地理解 分子的结构和性质，为材料的设计和合成提供了指导。在生物学中，量子理论为 研究细胞代谢、光合作用等复杂系统提供了新的视角和方法。
量子理论的历史发展(第一卷、第一分册)P196
量子理论的历史发展（第一卷、第一分册）P196-201几个月以后，在1909年9月21日，爱因斯坦在萨尔茨堡的第81届德国科学家大会（Natur forscherersammlung）上发表了一篇演讲，题为“Uber die Entwicklung userer Anschauungen uber das Wesen und die Konstitution der Strahlung（论我们关于辐射之本性及构造的概念的发展）”；在演讲中，在许多物理学家和数学家面前重述了导致涨落公式（79）的那些主要论点(162)【（162）出席会议的人中包括：M．玻恩、J．埃尔斯特、P．爱波斯坦、J．夫兰克ph·夫兰克、J．冯·盖特勒、A．戈克尔、O．哈恩、W．霍尔瓦希、F．哈泽内尔、D．洪德罗斯、L．霍普夫、H．凯泽尔、R．拉登堡、M．冯·劳厄、L．迈特纳、E．迈耶、G·米、M·普朗克、F·赖歇、H·鲁本斯、C·谢弗、K·谢尔、E·冯·施韦德勒、H．西登托夫、A 索末菲、J．斯塔克、W．施托伊宾和W．佛克脱．（参阅赫尔曼，1969，P．71注17）．】然后他就指出了一件事实：“现在还不能表述一种数学的辐射理论，用来既描述［它的］波动结构又描述由［方程80］的］第一项推得的结构（量子结构）”（爱因斯坦，1909b，p．824）．爱因斯坦也并没有这样一种统一的理论，但是他提出了下列的建议：不过在我看来比什么都自然的一种图象［就是］，光的电磁场的出现是和一些奇点联系着的，就象电子理论中静电场的出现一样。
人们不能完全排除这样一种可能性：在这样一种理论中，电磁场的总能己可以看成是定域在这些奇点上的，正如在旧的超距作用理论中一样．我设想，譬如说每一个这样种奇点都被—个力场包围着、这个力场本质上具有平面波的特点，其振幅随着到奇点的距离的增大而减小．如果存在许多这样的奇点，它们之间的距离远小于一个奇点的力场的广延，则各力场将互相重在而共同形成一个波动着的力场，它和现有电磁理论意义下的波场只有很小的差别．我们当然用不着特别强调，只要这样一种图象还不能导致一种精确的理论，就不应该认为它有任何价值．我只是想用［这个例子］来说明，由于有”普朗克公式而必须指定给辐射的两种结构性质（波动结构和量子结构），不一定要被看成是彼此不相容的。
量子理论的产生和发展
ρ(ν,T)的探求可以从实验和理论两个方面去解决。
1879年，德国物理学家斯特藩(Joseph Stefan)总结出一条 经验规律：黑体表面单位面积上在单位时间内发射出的总能量 与它的绝对温度的四次方成正比，即：W=σt4 。
1884年，玻尔兹曼根据电磁学和热力学理论，利用统计方 法的结果（压强等于能量密度的1/3），从理论上导出了这一 结果。
紫外灾难 和 普 朗 克 的 量子假说
辐射强度随波长变化的规律图: 维 恩
2.维恩定律
1896年，德国物理学家维恩通过半理论半经验的方法，得 到一个辐射能量分布公式：
( ,T ) B 3eA /T
ρ是辐射能密度，ν是频率，T是温度。
1899年普朗克把电磁理论用于热辐射和谐振子的相互作用， 并通过熵的运算得到了同样的结果。这样，就使维恩分布定律 获得了普遍性意义。
瑞
共识，是根据经典物理的理论
利 像
严密推导的，瑞利和金斯也是
物理学界公认的治学严谨的人，
理论值与实验值在短波区的北
辙南辕，揭示了经典物理学面
临的严重困难，使人们不得不
称之为“紫外灾难”。
紫外灾难也就是 经典物理的灾难！
二.普朗克的研究
1.普朗克(1858-1947)
诞生在德国，其父在慕尼黑大学 任教，中学毕业后，踌躇于物理、数 学和音乐之间，1874年考入慕尼黑大 学数学系，因为爱好又转向物理，他 的老师约里(P.Jolly)劝他不要选物理， 但普朗克选了物理并于1879年获得博 士学位。1880年起先后在慕尼黑大学 和麦基尔大学任教。1888年柏林大学 任命他为
第十章 量子理论的产生和发展
§10.1 黑体辐射和普朗克的量子假说 §10.2 光电效应和爱因斯坦光量子理论 §10.3 原子的稳定性和大小及玻尔的原子模型 §10.4 量子力学的建立
量子理论的诞生从普朗克到爱因斯坦相对论的建立31页PPT
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
量子理论的诞生从普朗克到 爱因斯坦相对论的建立
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
量子力学发展简史-课件
量子力学发展简史-课件量子力学是20世纪最革命性的科学之一，它引领着物理学的进化。
本文将概述量子力学发展的主要历程。
1. 黑体辐射难题和普朗克的规定量子化黑体辐射是一种理论上的亮度恒定的物体，而且在任何波长下都能产生辐射。
这种辐射的亮度与其温度有关，这是被称为“黑体辐射”现象。
在19世纪末，科学界发现了用传统物理理论无法解释黑体辐射的难题。
这个难题在1900年被解决，由普朗克提出的规定量子化理论揭示了通过全新的想法——能量的离散化，可以解决这个难题。
2. 光的波粒二象性和爱因斯坦的光电效应20世纪初，爱因斯坦在分析光电效应的过程中，发现这种效应只有通过将光看做粒子来解释才有意义。
这一发现揭示了光具有波粒二象性。
3. 波尔的原子模型和半经典量子理论波尔于1913年提出了原子模型。
这个模型揭示了原子在一个不可数的态空间中存在的离散性，并且引入了一些量子条件。
从此，量子力学进入了半经典阶段，理论在计算原子模型的稳定态和简单的光谱时非常成功。
4. 薛定谔方程的诞生和波粒二象性的完全承认薛定谔方程于1926年提出，它是包含波粒二象性的量子力学方程。
在这之前，波动力学以波的形式解释实验结果，而粒子力学则以粒子的形式解释实验结果。
通过薛定谔方程，波动力学和粒子力学被统一起来。
5. 测量问题和海森堡的不确定性原理海森堡在1927年提出了“不确定性原理”，它表明测量粒子位置和动量的精度必然受到限制，因为任何测量都必然干扰了粒子的状态。
6. 量子场论和量子电动力学（QED）量子场论被用于研究电磁场，并得到了电动力学的量子描述。
量子电动力学是量子力学的一个重要理论，它通过计算精确的物理量来解释一系列精细的实验结果。
7. 狄拉克方程和相对论性量子力学狄拉克方程是用相对论中的知识推导出的量子动力学方程，它描述的是自旋1/2的质量粒子（例如电子）。
这个方程是量子场论的发展量子场论的发展中的重要一步，也导致了相对论性量子力学的发展。
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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。
第七讲 量子理论的发展史
量子论的建立和发展大体上经历了5个阶段：1、“紫外灾 难”的出现和普朗克量子论的提出；2、爱因斯坦的光量 子论和光的波粒二象性的提出；3、玻尔的原子结构理论 的提出；4、旧量子论的困难和物质波的发现；5、量子力 学的建立。
量子理论的创建
20世纪初，物理学的另一项重大的创新是量子论的建立。 1900年普朗克(Max Planck)为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困
普朗克的量子假说的出台
1900年10月7日，鲁本斯夫妇访问普朗克，告诉他，瑞利 的辐射定律在长波部分同他的实验结果一致。普朗克受到 启发，立即尝试去寻找新的辐射定律，使它在长波部分渐 近于瑞利定律，而在短波部分则渐近于维恩定律。
当天晚上他把自己1899年的公式加以修改，就得到了合乎 上述要求的辐射定律。1900年10月19日他在德国物理学 会上报告了这一结果。鲁本斯当天晚上做实验检验，证明 普朗克的新的辐射定律同实验结果完全相符。
普朗克的量子假说的出台
但是，当时普朗克的辐射公式是根据实验数据凑出来的半 经验定律，得不到合理的理论解释。
为了寻找这个公式的理论根据，普朗克紧张地工作了两个 月，终于发现，要对这个公式作出合理的解释，惟一可能 的出路是假设：物体在发射辐射和吸收辐射时，能量不是 连续变化的，而是以一定数量值的整数倍跳跃式地变化的。
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。
普朗克和爱因斯坦
从能量子到光量子
但爱因斯坦不满足普朗克把能量不连续性只局限于辐射的发 射和吸收过程，而认为即使在空间的传播过程中，辐射也是 不连续的，是由不可分割的能量子组成的。
于是在“关于光的产生和转化的一个推测性观点”的论文中， 指出关于光的产生和转化的瞬时现象，波动论的结论同经验 不相符，要解释这类现象，只能假设光是由能量子所组成。
1、“紫外灾难”的出现和普朗克量 子论的提出
物理天空的第二朵乌云：“黑体辐射”→ “紫外灾难” 量子论的产生是由黑体辐射问题引起的。根据经典物理学，
可以得到：辐射的能量与频率的平方成正比。所以，当辐 射频率极高时，能量必然趋于无穷大，即在紫色端发散。 对于由经典物理学解决热辐射问题导致的这一结果，被称 为“紫外灾难”。
旧量子论
波粒二象性新思想的提出
以后，玻尔、索末菲(A.J.Sommerfeld)和其他许多物理学家为发展量子 理论花了很大力气，却遇到了严重困难。要从根本上解决问题，有待 于新的思想，那就是波粒二象性。
光的波粒二象性早在1905年和1916年就已由爱因斯坦提出，并于1916 年和1923年先后得到密立根光电效应实验和康普顿X射线散射实验证实。
物质粒子的波粒二象性却是晚至1923年才由德布罗意(Lous de Broglie) 提 出 ， 这 以 后 经 过 海 森 伯 (W.Heisenberg,1901~1976) 、 薛 定 谔 (E.Schrodinger,1887~1961) 、 玻 恩 (Max Born,1882~1970) 和 狄 拉 克 (P.A.Dirac)等人的开创性工作，终于在1925~1928年形成完整的量子力 学理论，与爱因斯坦相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。
普朗克的量子假说的出台
1894年德国物理学家普朗克开始研究黑体辐射问题。 1899年他从热力学推导出维恩的辐射定律，确信这是惟一
正确的辐射定律。 但在年底，他注意到德国物理学家鲁本斯等人于1899年9
月发表的实验报告指出，维恩定律在短波部分同实验有偏 离。 于是普朗克不得不尝试修改他的理论。
这种能量子，他称为“光量子”，对于频率为的辐射，它的 一个光量子的能量就是h，以后人们称光量子为“光子”， 这是美国化学家路易斯于1926年取的名字。
2、爱因斯坦的光量子理论
1905年，爱因斯坦继承了普朗克所提出的这一革命性的观 念，用以解释当时的电磁理论所不能完全解释的光电效应， 亦即在光的照射下，由金属逸出的电子的能量和光的强度 无关，但和波长有关。
爱因斯坦指出，如果接受了普朗克的量子假说，那么将能 很自然地解释光电效应。爱因斯坦由此而获得了诺贝尔奖。
普朗克的量子假说的出台
也就是说，在辐射的发射或吸收过程中，能量不是无限可 分的，而是有一最小的单元。这个不可分的能量单元，普 朗克称之为“能量子”或“量子”，它的数值是h，其中 是辐射的频率，h叫做“作用量子”，是一个普适常数，以 后人们称之为“普朗克常数”。
1900年12月14日，普朗克向德国物理学会报告了他的这一 大胆假说，这就是量子论的诞生。
难，引入了能量子概念，为量子理论奠定了基石。 随后，爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾，提出了光量子
假说，并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念，为量子理论的 发展打开了局面。 1913年，玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念，对氢光谱 作出了满意 的解释，使量子论取得了初步胜利。
物理天空的第二乌云：“黑体辐射”
黑体（“绝对黑体”）是指在任何温度下都的。
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。
对“黑体辐射”的研究导致“紫外灾难”