量子论100年
《大学基础物理学》农科用教材自作ppt课件-10量子力学基础2
第十章 量子力学基础(Quantum mechanics)
当前量子力学的重要应用
海 纳 百 川
量子生物学 量子生命科学 量子神经网络 量子化学 量子材料科学 量子信息科学 量子计算机科学 BEC器件、原子器件
大
目前，它正在向材料科学、化学、生物 学、信息科学、计算机科学大规模渗透。 预计不久的将来它将会成为： 整个近代科 学共同的理论基础
致 远
海 南 大 学
第十章 量子力学基础(Quantum mechanics)
测量黑体辐射出射度实验装置
海 纳
大 道
小孔
百 川
T
空腔
s
L1
平行光管
L2 会聚透镜
致
c
棱镜 热电偶
海 南 大 学
远
二、热辐射的基本定律 第十章 量子力学基础(Quantum mechanics)
黑体辐射的实验曲线
M (T ) /(1014 W m3 )
例1 （1）温度为室温 (20 C)的黑体，其单色辐 出度的峰值所对应的波长是多少？（2）若使一黑体 单色辐出度的峰值所对应的波长在红色谱线范围内， 海 其温度应为多少？（3）以上两辐出度之比为多少？ 纳 解 （1）由维恩位移定律
大 道
论.
五 了解德布罗意假设及电子衍射实验. 了解实 纳 物粒子的波粒二象性. 理解描述物质波动性的物理量 （波长、频率）和描述粒子性的物理量（动量、能 百 量）之间的关系.
川
致 远
六
了解一维坐标动量不确定关系 .
七 了解波函数及其统计解释 . 了解一维定态的 薛定谔方程， 以及量子力学中用薛定谔方程处理一 维无限深势阱等微观物理问题的方法 .
普朗克和能量子概念
普朗克和能量子概念普朗克和能量子概念-----纪念能量子概念诞生100周年张战杰万陵德（河南师范大学物理与信息工程学院，河南，新乡，453002）摘要：本文简述了普朗克生平经历，回顾他提出能量子概念这一伟大发现过程，分析他科学研究的方法及其“悲剧”，以此来纪念这位伟大的、正直的物理学家，以期对今后科研工作有借鉴意义。
关键词：普朗克能量子概念1900年12月14日，德国物理学家M.普朗克(Max Planck)向柏林物理学会提出了能量子假说，冲击了经典物理学的基本概念，使人类对微观领域的奇特本质有了进一步的认识，对现代物理学的发展产生了重大的革命性的影响。
100年过去了，人类即将进入更加辉煌灿烂的21 世纪，此时我们回顾能量子的诞生过程，来表达对普朗克这位伟大的、正直的、饱经忧患的卓越物理学家无限的崇敬和仰慕之情。
一、生平简介普朗克1858年4月23日出生于德国的基尔。
普朗克从孩提时代就热爱物理。
在小学里，他的老师说：“想象一下，一个工人举起一块重石，奋力顶住它，把它放在屋顶上，他做功的能量没有消失。
多年以后，也许有一天，石头掉下来砸了某人的头。
”还是孩子的普朗克被这个物理中能量守恒定律的例子震惊了，就像某个人被落下的石头砸着了那样令人难忘，使他萌生了以后成为一个物理学家的想法。
1867年考入古典马可西米连大学预科学校。
在数学家赫尔曼·米勒尔的悉心指导下，普朗克显露了数学方面的才能。
米勒尔还教他天文学和力学。
入大学之前，面临着专业的选择，他曾一度徘徊于音乐、语言学和科学之间，后来几经斟酌，终于选择了科学。
1874年10月，普朗克进入慕尼黑大学学习物理和数学。
1877年转入柏林大学，在亥姆霍兹和基尔霍夫指导下学习，并于1879年取得博士学位。
他在克劳修斯著作的影响下，从事热力学研究。
1880年，普朗克成为慕尼黑大学的物理学讲师，1885年被基尔大学聘为理论物理学副教授。
1889年，在基尔霍夫去世后，普朗克到柏林大学继任基尔霍夫的职位，担任新设立的理论物理学的科学讲座教学任务，1892年提升为正教授，一直到1926年退休为止。
简述量子力学的起源
简述量子力学的起源量子力学是描述微观物质的理论，与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱，许多物理学理论和科学如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科都是以量子力学为基础所进行的。
量子力学简史形成于20世纪初量子力学是描写原子和亚原子尺度的物理学理论。
该理论形成于20世纪初期，彻底改变了人们对物质组成成分的认识。
微观世界里，粒子不是台球，而是嗡嗡跳跃的概率云，它们不只存在一个位置，也不会从点A通过一条单一路径到达点B。
根据量子理论，粒子的行为常常像波，用于描述粒子行为的“波函数”预测一个粒子可能的特性，诸如它的位置和速度，而非确定的特性。
物理学中有些怪异的概念，诸如纠缠和不确定性原理，就源于量子力学。
19世纪末，经典力学和经典电动力学在描述微观系统时的不足越来越明显。
量子力学是在20世纪初由马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡、埃尔温·薛定谔、沃尔夫冈·泡利、路易·德布罗意、马克斯·玻恩、恩里科·费米、保罗·狄拉克、阿尔伯特·爱因斯坦、康普顿等一大批物理学家共同创立的。
量子力学的发展革命性地改变了人们对物质的结构以及其相互作用的认识。
量子力学得以解释许多现象和预言新的、无法直接想象出来的现象，这些现象后来也被非常精确的实验证明。
除通过广义相对论描写的引力外，至今所有其它物理基本相互作用均可以在量子力学的框架内描写（量子场论）。
量子力学并没有支持自由意志，只是于微观世界物质具有概率波等存在不确定性，不过其依然具有稳定的客观规律，不以人的意志为转移，否认宿命论。
第一，这种微观尺度上的随机性和通常意义下的宏观尺度之间仍然有着难以逾越的距离；第二，这种随机性是否不可约简难以证明，事物是由各自独立演化所组合的多样性整体，偶然性与必然性存在辩证关系。
自然界是否真有随机性还是一个悬而未决的问题，对这个鸿沟起决定作用的就是普朗克常数，统计学中的许多随机事件的例子，严格说来实为决定性的。
量子力学地发展史及其哲学思想
十九世纪末期,物理学理论在当时看来已发展到相当完善的阶段.那时,一般的物理现象都可以从相应的理论中得到说明:物体的机械运动比光速小的多时,准确地遵循牛顿力学的规律;电磁现象的规律被总结为麦克斯韦方程;光的现象有光的波动理论,最后也归结为麦克斯韦方程;热的现象理论有完整的热力学以及玻耳兹曼,吉不斯等人建立的统计物理学.在这种情况下,当时有许多人认为物理现象的基本规律已完全被揭露,剩下的工作只是把这些基本规律应用到各种具体问题上,进行一些计算而已。
这种把当时物理学的理论认作”最终理论”的看法显然是错误的,因为:在绝对的总的宇宙发展过程中,各个具体过程的发展都是相对的,因而在”绝对真理的长河中,人们对于在各个一定发展阶段上的具体过程的认识具有相对的真理性.”生产力的巨大发展,对科学试验不断提出新的要求，促使科学试验从一个发展阶段进入到另一个新的发展阶段。
就在物理学的经典理论取得上述重大成就的同时，人们发现了一些新的物理现象，例如黑体辐射，光电效应，原子的光谱线系以及固体在低温下的比热等，都是经典物理理论所无法解释的。
这些现象揭露了经典物理学的局限性，突出了经典物理学与微观世界规律性的矛盾，从而为发现微观世界的规律打下基础。
黑体辐射和光电效应等现象使人们发现了光的波粒二象性；玻尔为解释原子的光谱线系而提出了原子结构的量子论，由于这个理论只是在经典理论的基础上加进一些新的假设，因而未能反映微观世界的本质。
因此更突出了认识微观粒子运动规律的迫切性。
直到本世纪二十年代，人们在光的波粒二象性的启示下，开始认识到微观粒子的波粒二象性，才开辟了建立量子力学的途径。
量子力学诞生和发展的过程，是充满着矛盾和斗争的过程。
一方面，新现象的发现暴露了微观过程内部的矛盾，推动人们突破经典物理理论的限制，提出新的思想，新的理论；另一方面，不少的人（其中也包括一些对突破经典物理学的限制有过贡献的人），他们的思想不能（或不完全能）随变化了的客观情况而前进，不愿承认经典物理理论的局限性，总是千方百计地企图把新发现的现象以及为说明这些现象而提出的新思想，新理论纳入经典物理理论的框架之内。
百 年 量 子
Anyone who isn't shocked by quantum theoryhas not understood it. ——尼尔斯·玻尔百年量子沈建其李敬源浙江大学物理系和浙江近代物理中心普朗克量子力学的诞生量子力学和相对论是近代物理的两大支柱，两者都改变了人们对物质世界的根本认识，并对20世纪的科学技术、生产实践起了决定性的推动作用。
相对论以相对时空观取代源于常识的绝对时空观，量子力学则以概率世界取代确定性世界。
比起相对论来，量子力学对于变革传统观念也许具有更为深层次的意义。
前者还保留了许多传统概念如力、轨道等概念，但后者却把这一切都抛弃了。
1900～1926年是量子力学的酝酿时期，此时的量子力学是半经典半量子的学说，称为旧量子论，开始于德国物理学家普朗克对黑体辐射的研究。
黑体辐射是1900年经典物理（牛顿力学、麦克斯韦电动力学、热力学与统计物理）所无法解决的几个难题之一。
旧理论导出的黑体辐射谱会产生发散困难，与实验不符。
普朗克于是提出“能量子”概念，认为黑体由大量振子组成，每个振子的能量是振子频率的整数倍，这样导出的黑体辐射谱与实验完全符合。
“能量子”是新的概念，它表明微观系统的能量有可能是间隔的、跳跃式的，这与经典物理完全不同，普朗克因此就这样吹响了新的物理征程的号角，这成为近代物理的开端之一。
玻尔和爱因斯坦1905年，爱因斯坦把普朗克的“能量子”概念又向前推进了一步，认为辐射能量本来就是一份一份的，非独振子所致，每一份都有一个物质承担者——光量子，从而成功地解释了光电效应。
爱因斯坦本人在几年后又比较成功地把量子论用到固体比热问题中去。
1912年，丹麦青年玻尔根据普朗克的量子论、爱因斯坦的光子学说以及卢瑟福的原子行星式结构模型，成功地导出了氢原子光谱线位置所满足的公式，从这以后掀起了研究量子论的热潮。
1924年，法国贵族青年德布洛意根据光的波粒二象性理论、相对论及玻尔理论，推断认为一般实物粒子也应具有波动性，提出了物质波的概念，经爱因斯坦褒扬及实验验证，直接导致了1926年奥地利学者薛定谔发明了量子力学的波动方程。
量子宇宙论
量子宇宙论20世纪的天文观测表明，宇宙正处于膨胀的演化过程中。
在时间上往过去反推，人们估计在100多亿年前宇宙是处于极其紧致极其炽热的所谓大爆炸奇性的状态。
宇宙的演化必须服从爱因斯坦引力场方程。
但是不同的初始状态会导致不同的演化。
大爆炸奇性从何而来,或者宇宙从何而来的所谓"第一推动"问题就摆到了宇宙学家的面前。
80年代初，科学家们提出了所谓的暴涨宇宙模型。
在大统一破缺之后，宇宙有一个以指数形式膨胀的阶段。
由于这种暴涨，相当任意选取的初始条件都会导致和今天观察到的宇宙大致相等的结果：宇宙是非常平坦的，均匀的，各向同性的，以及宇宙中物质分布的模式，如星系团、星系、恒星和生命形成等等。
但是人们必须为暴涨理论本身选取一些合适的参数。
这样宇宙初始条件的选取被转变为这些参数的选择。
人们仍然没有彻底解决第一推动的问题，只不过是在一定程度上减弱了这个问题的尖锐性而已。
真正解决第一推动问题的是霍金提出的无边界条件的量子宇宙论。
在他的理论中，宇宙的诞生是从一个欧氏空间向洛氏时空的量子转变，这就实现了宇宙的无中生有的思想。
这个欧氏空间是一个四维球。
在四维球转变成洛氏时空的最初阶段，时空是可由德西特度规来近似描述的暴涨阶段。
然后膨胀减缓，再接着由大爆炸模型来描写。
这个宇宙模型中空间是有限的，但没有边界，被称作封闭的宇宙模型。
从霍金1982年提出这个理论之后，几乎所有的量子宇宙学研究都是围绕着这个模型展开。
这是因为它的理论框架只对封闭宇宙有效。
如果人们不特意对空间引入人为的拓扑结构，则宇宙空间究竟是有限无界的封闭型，还是无限无界的开放型，取决于当今宇宙中的物质密度产生的引力是否足以使宇宙的现有膨胀减缓，以至于使宇宙停止膨胀，最后再收缩回去。
这是关系到宇宙是否会重新坍缩或者无限膨胀下去的生死攸关的问题。
可惜迄今的天文观测，包括可见的物质以及由星系动力学推断的不可见物质，其密度总和仍然不及使宇宙停止膨胀的1/10。
量子论100年
100年中国著名核物理学家、纳米专家、半导体专家等科技界权威人士聚会，纪念100年前创立、对本世纪经济、科技、军事和社会进程产生重大影响的量子论。
应用量子论，参与研制中国第一颗原子弹的物理学家、中国科学协会主席周光召在纪念大会上说，量子论和量子力学对人类社会的科学、哲学、技术和经济带来了巨大的影响。
“没有量子论就不可能有半导体、集成电路、激光器和信息科学”。
周光召说，由于人类能够操纵单个原子，在21世纪，人类按照量子力学将会设计出越来越多符合人们要求的，具有特殊功能的微结构。
中国科学院院长路甬祥在开幕式上说，量子论和相对论的诞生堪称本世纪最伟大的科学革命。
从1982年开始的新一轮量子力学研究将深化对这一学科基本概念的认识，“有可能对当代电子学、光学、信息科学、材料科学”等产生革命性的影响。
路甬祥说，量子论和相对论已共同成为20世纪人类科技文明的基石，从哲学上根本改变了人们关于时间、空间、物质和运动的概念。
他说，100年前的今天，德国的理论物理学教授普郎克在柏林宣读了他的论文《论正常光谱能量分布规律》，这一天标志着量子论的诞生。
中国科学院在过去两年特别安排了有关量子物理与信息研究的项踏在跨世纪的台阶上-- 中国科学院院长路甬祥1900年12月14日，普朗克在柏林德国物理学会宣读了他的划时代论文《论正常光谱能量分布定律》。
这一天便标志着量子论的诞生，它同1905年由爱因斯坦创立的相对论已共同成为20世纪人类科技文明的基石，也从哲学上根本改变了人们关于时间、空间、物质和运动的概念。
正如江泽民主席今年5月在接受美国《科学》杂志独家专访时强调指出的：“可以说，如果没有量子理论，就不会有微电子技术。
如果没有相对论，就没有原子弹，也不会有核电站。
”我曾在中国科学院《2000年科学发展报告》的序言中提到过，量子论和相对论的诞生堪称本世纪最伟大的科学革命，使物理学和化学乃至天文学和地质学可以统一在物质科学的名义之下。
论量子力学与三个代表
论量子力学与三个代表论量子力学与三个代表量子力学的建立与科技创新的评价体系—纪念普朗克创立量子论100周年何柞麻(中国科学院理论物理研究所，北京100080)[摘要]通过量子力学的建立与发展、奠定了原子能、计算机、光纤通讯、激光技术的理论基础，证明了科学技术是第一生产力的论述的科学性。
通过量子力学的发展，论证了同志关于“三个代表”的理论是科技创新评价体系的根本性标准。
[关键词]量子力学;科技创新;评价标准[中图分类号]04-1[文献标识码] A[文章编号]CN 53-1160/C (2001) 01-0003-06The Establishment of Quantum Mechanics and the Evaluation System of Scientific and Technological Innovation— In Commemoration of the 100th Anniversary ofthe Establishment of Planch Quantum TheoryHE Zuo-xiu(Chinese Academy of Science, Beijing, 100080, China)Abstract: The establishment and development of quantum mechanics lay down the theoretical foundation for the development of atomic energy, c完达山uter, fiber-optical communication and laser technology. It also attests to the scientificalness of the theory that science.and technology are the first productive force. The development of quantum mechanics argues that Jiang Zeming's theory on "Three Representativesthe fundamental criterion of the evaluation system of scientific and technological innovation.Key words:quantum mechanics; scientific and technological innovation; evaluation system1900年的12月14日，普朗克宣布创立了量子论。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
量子论100年
1.中国科学家纪念量子论创立百年[新华网]
2.踏在跨世纪的台阶上[中国科学院院长路甬祥]
3.量子物理百年回顾[D. Kleppner & R. Jackiw ]
新华网北京12月14日专电（记者江国成）中国著名核物理学家、纳米专家、半导体专家等科技界权威人士今天聚会，纪念100年前创立、对本世纪经济、科技、军事和社会进程产生重大影响的量子论。
应用量子论，参与研制中国第一颗原子弹的物理学家、中国科学协会主席周光召在纪念大会上说，量子论和量子力学对人类社会的科学、哲学、技术和经济带来了巨大的影响。
“没有量子论就不可能有半导体、集成电路、激光器和信息科学”。
周光召说，由于人类能够操纵单个原子，在21世纪，人类按照量子力学将会设计出越来越多符合人们要求的，具有特殊功能的微结构。
中国科学院院长路甬祥在开幕式上说，量子论和相对论的诞生堪称本世纪最伟大的科学革命。
从1982年开始的新一轮量子力学研究将深化对这一学科基本概念的认识，“有可能对当代电子学、光学、信息科学、材料科学”等产生革命性的影响。
路甬祥说，量子论和相对论已共同成为20世纪人类科技文明的基石，从哲学上根本改变了人们关于时间、空间、物质和运动的概念。
他说，100年前的今天，德国的理论物理学教授普郎克在柏林宣读了他的论文《论正常光谱能量分布规律》，这一天标志着量子论的诞生。
中国科学院在过去两年特别安排了有关量子物理与信息研究的项目。
（完）
踏在跨世纪的台阶上-- 中国科学院院长路甬祥
1900年12月14日，普朗克在柏林德国物理学会宣读了他的划时代论文《论正常光谱能量分布定律》。
这一天便标志着量子论的诞生，它同1905年由爱因斯坦创立的相对论已共同成为20世纪人类科技文明的基石，也从哲学上根本改变了人们关于时间、空间、物质和运动的概念。
正如江泽民主席今年5月在接受美国《科学》杂志独家专访时强调指出的：“可以说，如果没有量子理论，就不会有微电子技术。
如果没有相对论，就没有原子弹，也不会有核电站。
”
我曾在中国科学院《2000年科学发展报告》的序言中提到过，量子论和相对论的诞生堪称本世纪最伟大的科学革命，使物理学和化学乃至天文学和地质学可以统一在物质科学的名义之下。
爱因斯坦统一引力相互作用与电磁相互作用的思想，由于相对论和量子论结合所导致的原子核和亚核层次强相互作用和弱相互作用的发展，而形成了关于四种基本相互作用统一的研究纲领。
这一研究纲领的第一个重大成果是在强子结构的夸克模型基础上完成的弱相互作用与电磁相互作用统一的理论。
但包括强相互作用在内的大统一理论和包含引力于其中的超统一理论还在探索之中。
相对论宇宙学的大爆炸模型把物质的微观结构研究和宇宙起源的研究融合在了一起。
据考证，普朗克是历史上第一个被冠名为理论物理学教授的，量子论的发现与他天才的理论思维分不开。
同时，正如周光召院士在去年10月的一次报告中所指出的，量子论之所以会在德国产生，主要得益于他们理论和实验密切结合的传统。
1923年，普朗克在纪念把黑体辐射测量从维恩的近红外到紫光区结果做到远红外的鲁本斯的演讲中指出：“倘若没有鲁本斯的介入，辐射定律的表述以及量子论的建立也许会是另一种样子，有可能根本就不会
在德国诞生。
”量子论之所以在德国首先被发现，也是基于当时德国工业化需求而建立起来的精确的光谱分析技术。
有着5000年历史文化的中华民族具有高度的聪明才智与创新能力。
至今华裔科学家已有6人获得诺贝尔奖。
但无须讳言，在20世纪前半叶，中国物理学家在理论和实验上做出的重大发现基本上都是在国外研究机构完成的，如二三十年代赵忠尧、吴有训先生的工作，四十年代黄昆先生的工作，五十年代还保持中国国籍的李政道先生、杨振宁先生的工作。
这种现象并不偶然，它反映了旧中国和新中国建立初期科研实验条件的落后和孕育科学创新土壤之贫乏。
今天，我国走改革开放之路，与世界有广泛交流与合作，经济实力比当年创立量子论的德国更强，中国已经到了可以自主创新的阶段。
在中国科学院第一期创新工程试点中，我们鼓励原始创新，加强了实验基地的建设，在中央的特别支持下，配备先进的实验设施。
我相信近代以来重大科学发现没有在中国本土产生的历史将很快结束。
量子论的发现确实得益于由康德和黑格尔发展出来的德国哲学传统。
自牛顿以来，物理界一直受机械论的控制，任何系统都必须归结于眼睛直觉的世界。
在量子力学诞生后，经典物理的机械论才被彻底打破，人类才第一次认识到我们所处的物质世界远不是我们日常看到的图像。
玻尔曾经说过：“不为量子论所震惊者，必然不理解量子论。
”能量的分立，动量与位置的测不准原理等量子世界的奇妙现象现在已为每一个大学生所熟悉。
今天，当我们踏着跨世纪的台阶，深情回眸量子论带给人类的文明与对宇宙认识的同时，我们更应从量子论的诞生与成长的历史得到有益的借鉴。
在这里我要特别强调的是，我们的年轻物理学家应该注意到对量子论创立有重要贡献的两位伟大科学家爱因斯坦与玻尔关于量子论的诠释长达几十年的争论时至今日并没有结束。
1982年巴黎大学的阿斯佩克特等人所做的实验已把这种思辨性的争论提高到实验辩证。
这一轮量子力学的新研究高潮不仅仅涉及量子力学基本概念的深化，而且有可能对当代电子学、光学、信息科学、材料科学等产生革命性的影响。
中国科学院第一期创新工程试点的重大前沿领域特别安排有量子物理与信息研究项目，就是顺应这个量子论的世纪性新发展的需要。
我希望我们的年轻科学家加入当代物理学这一非常活跃、非常有基础意义、甚至会产生革命性跃迁的新领域，期望在21世纪从他们当中诞生在中国土地上成长起来的普朗克和爱因斯坦式的大科学家，产生出如同量子论、相对论一般伟大的、新的科学发现和科学理论。
（此文为作者在纪念量子论创立百周年学术报告会上的开幕词，标题为编者所加，内容有删节。
）。