大学物理【第五版下册】第十五章量子物理.ppt

第十五章第十五章第十五章量子物理量子物理 15-- 1 15-- 1 15-- 1 黑体辐射黑体辐射普朗克能量普朗克能量子假设子假设量子物理引言量子物理引言到十九世纪末期,物理学各个分支的到十九世纪末期,物理学各个分支的发展都已日臻完善,并不断取得新的成就。发展都已日臻完善,并不断取得新的成就。首先在牛顿力学基础上,哈密顿和拉格朗首先在牛顿力学基础上,哈密顿和拉格朗日等人建立起来的分析力学,几乎达到无日等人建立起来的分析力学,几乎达到无懈可击的地步,特别是十九世纪中期,海懈可击的地步,特别是十九世纪中期,海王星的发现充分表明了牛顿力学是完美无王星的发现充分表明了牛顿力学是完美无缺的。其次,通过克劳修斯、玻耳兹曼和缺的。其次,通过克劳修斯、玻耳兹曼和吉布斯等人的巨大努力,建立了体系完整吉布斯等人的巨大努力,建立了体系完整而又严密的热力学和统计力学,并且应用而又严密的热力学和统计力学,并且应用越来越广泛。越来越广泛。由安培、法拉第和麦克斯韦等人对电由安培、法拉第和麦克斯韦等人对电磁现象进行的深入而系统的研究,为电动磁现象进行的深入而系统的研究,为电动力学奠定了坚实的基础,特别是由麦克斯力学奠定了坚实的基础,特别是由麦克斯韦的电磁场方程组预言了电磁波的存在, 韦的电磁场方程组预言了电磁波的存在, 随即被赫兹的实验所证实。后来又把牛顿、随即被赫兹的实验所证实。后来又把牛顿、惠更斯和菲涅耳所建立的光学也纳入了电惠更斯和菲涅耳所建立的光学也纳入了电动力学的范畴,更是一项辉煌的成就。因动力学的范畴,更是一项辉煌的成就。因此当时许多著名的物理学家都认为物理学此当时许多著名的物理学家都认为物理学的基本规律都已被发现,今后的任务只是的基本规律都已被发现,今后的任务只是把物理学的基本规律应用到各种具体问题把物理学的基本规律应用到各种具体问题上,并用来说明各种新的实验事实而已。上,并用来说明各种新的实验事实而已。就连当时赫赫有名对物理学各方面都做出就连当时赫赫有名对物理学各方面都做出过重要贡献的权威人物开耳文勋爵在一篇过重要贡献的权威人物开耳文勋爵在一篇于于 1900 1900 年发表的瞻望二十世纪物理学发展年发表的瞻望二十世纪物理学发展的文章中也说: 的文章中也说: ““在已经基本建成的科学大在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只需要做一些零星的厦中,后辈物理学家只需要做一些零星的修补工作就行了修补工作就行了””,不过他还不愧为一名确,不过他还不愧为一名确有远见卓识的物理学家,因为他接着又指有远见卓识的物理学家,因为他接着又指出: 出: ““但是在物理晴朗天空的远处,还有两但是在物理晴朗天空的远处,还有两朵小小令人不安的乌云朵小小令人不安的乌云””,即运用当时的物,即运用当时的物理学理论所无法正确解释的两个实验现象, 理学理论所无法正确解释的两个实验现象, 一个是热辐射现象中的紫外灾难, 一个是热辐射现象中的紫外灾难, 另一个是否定绝对时空观的迈克尔逊另一个是否定绝对时空观的迈克尔逊-- --莫莫雷实验,正是这两朵小小的乌云,冲破了雷实验,正是这两朵小小的乌云,冲破了经典物理学的束缚,打消了当时绝大多数经典物理学的束缚,打消了当时绝大多数物理学家的盲目乐观情绪,为后来建立近物理学家的盲目乐观情绪,为后来建立近代物理学的理论基础作出了贡献。事实上代物理学的理论基础作出了贡献。事实上还有第三朵小小的乌云,这就是放射性现还有第三朵小小的乌云,这就是放射性现象的发现,它有力地表明了原子不是构成象的发现,它有力地表明了原子不是构成物质的基本单元,原子也是可以分割的。物质的基本单元,原子也是可以分割的。所有这些实验结果都是经典物理学无所有这些实验结果都是经典物理学无法解释的,它们使经典物理处于十分困难法解释的,它们使经典物理处于十分困难境地,为摆脱这种困境,有一些思想敏锐境地,为摆脱这种困境,有一些思想敏锐而又不受旧观念束缚的物理学家纷纷重新而又不受旧观念束缚的物理学家纷纷重新思考研究,在二十世纪初期,建立起了近思考研究,在二十世纪初期,建立起了近代物理的两大支柱代物理的两大支柱------ ------ 量子论和相对论, 量子论和相对论, 并在这个基础上又建立起以研究原子的结并在这个基础上又建立起以研究原子的结构、性质及其运动规律为目的的原子物理构、性质及其运动规律为目的的原子物理学,后来又进一步发展,相继建立起原子学,后来又进一步发展,相继建立起原子核物理学和基本粒子物理学,这些内容统核物理学和基本粒子物理学,这些内容统称为量子物理学。称为量子物理学。量子概念是 1900 年普朗克首先提出的,,经过爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等许多物理大师的创新努力,到 20 世纪 30 年代,就建立了一套完