武汉大学 结构化学 侯华

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“量子” (quanta)的名字来历
普朗克假说: 频率为的电磁波和原子、分子等物质发生能量 转换时，能量不能连续变化，只能“量子”式地变化，能量 值只能取某个最小能量元的整数倍
E=h
"量子"
h = 大的事件,可本身又非常小!
ħ = h/2
冯· 诺依曼利
《论海森伯—玻恩—约尔丹
的量子力学和我的量子力学 的关系》
泡利, 狄拉克: 进一步把矩阵力学和波动 力学统一起来
波动学说和矩阵学说的统一
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波动学说和矩阵学说的统一
薛定谔:
《论海森伯—玻恩—约尔丹的量子力 学和我的量子力学的关系》
泡利, 狄拉克:
进一步把矩阵力学和波动力学统一起来
1932年，后来成为计算机之父的冯· 诺依曼利:
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测不准原理 ( The Uncertainty Principle)
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测不准原理 ( The Uncertainty Principle)
Heisenberg的测不准原理: 具有波动性的粒子不能同时准确确定其坐标和动量。
在微观体系中，某些可测量对是互补的，不能同时被 精确测定。
电子运动 辐射电磁波（发光） 电子运动的总能 降低 轨道半径逐渐缩小 电子落入原子核中，
原子崩溃
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氢原子光谱与波尔理论(Bohr)
1913年 Bohr （28岁）
Planck量子论
Einstein光子学说 → 原子结构学说
Rutherford原子模型 要点： (1) 承认Rutherford原子模型，原子中的电子沿一定的轨道 绕核运动 (2) 电子只允许在某些确定的分立轨道上运动，如果没有外
1924年法国青年物理学家 de Broglie:
m0 0
Prince Louis-Victor de Broglie
实物粒子 （电子和其他物质粒子）也都具有波动性 de Broglie 波
h mV
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1927年被电子衍射实验所证明
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微观粒子的波粒二象性 ( Wave-Particle Duality)
地利，成为维也纳大学物理系的名誉教授。
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1957年薛定谔接受了德国高级荣誉勋章。他还被许多大学 和科学团体授予荣誉学位，其中包括英国伦敦皇家学会、
柏林普鲁士科学院、奥地利科学院等。1957年他一度病危。
1961年1月4日，他在奥地利的阿尔卑巴赫山村病逝。
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量子力学的成熟
1932年，后来成为计算机之父的冯· 诺依曼利: 原子辐射的频率和强度被按照一定 的规则排列成一个数的方阵，方阵 之间按照一种新的乘法规则进行运 算。 《量子力学的数学基础》
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普朗克科学定律 普朗克曾经说过一句关于科学真理的真理，它可 以叙述为“一个新的科学真理取得胜利并不是通过让 它的反对者们信服并看到真理的光明，而是通过这些 反对者们最终死去，熟悉它的新一代成长起来。”
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光电效应与Einstein光子学说
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光电效应与Einstein光子学说
光电效应（实验现象）： 1）存在临阈频率ν0, 产生光电流,
《量子力学的数学基础》
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量子时代
越来越多的人投入到量子力学的应用研究中;
出现了原子物理学、固体物理学、量子化学、 量子宇宙学等大量新兴学科; 基于量子理论的新技术也不断涌现，如原子能 技术、激光技术、电子计算机和电讯技术 (量 子计算机和量子通讯)
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1932
Werner Heisenberg
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波动学说之薛定谔方程
1933
Erwin Schrödinger Paul Adrien Maurice Dirac
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薛定谔，E．(1887～1961)奥地利理论物理学家，是波动力学的 创始人。 薛定谔1887年8月12日生于维也纳一个油布工厂主的家
2) 光电子动能 ∝ν, 与光强无关,
E pi
3) 光电子数目∝I, 即电流 ∝ I,
iI
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光电效应与Einstein光子学说
1 mV 2 hv w0 2
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光电效应与Einstein光子学说
Einstein的光子学说 揭露了光的本质。
E h
E h m 2 2 c c
玻尔只考虑了圆形轨道，索末菲（Sommerfeld）推广
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微观粒子的运动特征
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微观粒子的波粒二象性 ( Wave-Particle Duality)
光的二象性
E h
E h m 2 2 c c
E h h P c c
E hv P h
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黑体辐射与Planck假设
黑体 : 吸收本领最大的物体，它能完 全吸收辐射到它表面上的电磁波。黑 体的热辐射本领也大于其他物体。
当黑体将其能量全部放出时，能发射 各 种 波 长 的 电 磁 波 － 称 为 Black-body radiation
空腔表面的小孔是一 种理想的黑体模型 3
实验观测现象: （1）极大值 （2） 温度升高，辐射能量增大，
“量子”的生日: 1900 年 12 月 14 日
普朗克: 亥姆霍兹研究所, 德国物理学会会 议, 演讲: 《正常光谱中能量分布的理论》，即关于一 定温度的物体发出的热辐射在不同频率上的 能量分布规律
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In 1900, Max Plank assumed the radiation emitters and absorbers in the blackbody to be harmonically oscillating electric charges (resonators) in equilibrium with electromagnetic radiation in a cavity. Planck assumed that the total energy of those resonators whose frequency is consisted of N indivisible “energy elements”, each of magnitude h The value h = 6.626 1034 JS led to curves that agreed with the experimental blackbody curves. Planck distributed these energy elements among the resonators. In effect, this restricted the energy of each resonator to be a whole-number multiple of h(although Planck did not explicitly say this)
电子运动规律本质上应该是波动规律，这种波动性 只有在微观尺度（量级和波长接近）才能表现出来，而 在宏观尺度则表现为牛顿力学规律。
解释玻尔理论：电子沿轨道运动，相当于物质波沿轨道传 播，如果轨道周长不等于波长的整数倍，物质波将干涉消
失，即这种轨道不允许；如果轨道周长等于波长的整数倍，
则形成谐波而稳定存在，相应的轨道为稳定轨道。
（3）温度升高，极大值向短波长 移动 4
经典物理 Wien公式 (维恩)
3 A / T B e 适合短波 (V )
Rayleiqh-Jeans公式 （瑞利-金斯)
( )
适合长波 8 2 8 3 KT 2 KT C C
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“量子” (quanta)的名字来历
界作用，电子在其上运动时, 不产生辐射
(3) 在外界作用下，电子从一个允许轨道跳到另一个允许轨
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道时发射或吸收一个光子
氢原子光谱与波尔理论(Bohr)
玻尔的原子理论
me4 1 1 En 2 2 13.6 2 (eV ) 2 n n
a0 0.529 Å
玻尔半径
玻尔的名言：“谁要是第一次听到量子理论时没 有感到困惑，那他一定没听懂。”
耶拿，担任M．维恩的物理实验室的助手。
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1921年，薛定谔受聘到瑞士苏黎士大学任数学物理学教授，
在那里工作了6年。1927年接替普朗克任柏林大学理论物
理学教授。同年当选为普鲁士科学院院士。1933年受德国
纳粹党徒的迫害，离开苏黎士到英国任牛津大学物理学教 授。同年和狄拉克一起荣获诺贝尔物理学奖。1938年薛定 谔在格拉兹再度受到纳粹的迫害，于9月1日仅“带了一只 小小皮箱”逃往都柏林，在都柏林高级研究所，成为理论 物理学的领导。在那里，他逗留了17年。在此期间，他继 续从事科学研究，并发表了许多论文。1956年，他回到奥
庭，中学时就对数学、物理学和逻辑严谨的古代语法有浓厚的兴
趣。1906～1910年，他在维也纳大学物理系学习。1910年获得 博士学位。毕业后，在维也纳大学第二物理研究所工作。1913年 与R．W．F．科耳劳施合写了关于大气中镭A（即218Po）含量 测定的实验物理论文，为此获得了奥地利帝国科学院的海廷格奖 金。第一次世界大战期间，他服役于一个偏僻的炮兵要塞，利用 闲暇研究理论物理学。战后他回到第二物理研究所。1920年移居
E h h P c c
m0 0
P=h/
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氢原子光谱与波尔理论(Bohr)
Rutherford原子模型（原子有核模型）：原子的正电荷及绝
大部分质量集中在很小的原子核中，形成原子的坚实核心。
电子在原子核的库仑力吸引下，环绕原子核运动，电子的轨