清华大学物理第26章波粒二象性(余京智).pdf

1 量子物理第二十六章波粒二象性第二十七章薛定谔方程第二十八章原子中的电子第二十九章固体中的电子*第三十章粒子物理简介(QuantumPhysics) 、、、、、 、 狄喇克、、、郞之万、、普朗克、薛定谔等第五次索尔维会议与会者合影(1927年) 量子物理引言十九世纪末,经典物理已发展得相当成熟, 人们认为,对物理现象本质的认识已经完成。海王星的发现(1846 在Leverrier“笔尖下更使人感到经典物理似乎可以解决所有问题。当时,: “物理学的大厦已基本建成, 后辈物理学家只要做些修补工作就行了。”看到的”) 和电磁理论对波动光学的成功解释, 然而在人类即将跨入20世纪的时候, 了某些无法用经典理论解释的实验现象——却发现 M-M实验“零结果”和热辐射“紫外灾难”。 1900年,Kelvin在新千年的祝词中把此称为是去寻找新的解决途径。这些矛盾迫使人们跳出传统的物理学框架, 晴朗的物理学天空中出现的“两朵乌云”。 M-M实验?相对论黑体辐射?量子论▲相对论 1905 狭义相对论 1916 广义相对论——引力、天体▲量子力学◆旧量子论的形成: 1900 Planck 振子能量量子化 1905 Einstein电磁辐射能量量子化 1913 (20世纪)包括: 新的纪元人类跨入20世纪的时候, 物理学也开始了——从经典物理走向了近代物理。 1925 Heisenberg矩阵力学◆量子力学的建立: 量子力学?原子、分子、原子核、固体量子电动力学(QED)?电磁场量子场论?原子核和粒子◆量子力学的进一步发展: 1924 de Broglie电子具有波动性 1928 Dirac相对论波动方程 1927 Davisson, 电子衍射实验 1926 Schroedinger波动方程量子色动力学?夸克 2 就是狭义相对论(1905)、广义相对论(1916) “在本世纪初,发生了三次概念上的革命, 它们深刻地改变了人们对物理世界的了解, 和量子力学(1925)。”这正如杨振宁在《爱因斯坦对理论物理学的影响》一文(1979)所说: ▲形象和抽象在量子物理的学****中要处理好三个关系: 物理学是高新技术的基础和先导: 信息技术的物理基础——量子力学、固体物理和近代光学——注意培养抽象思维能力▲演绎和归纳——注意学****归纳法培养创造性思维▲物理和技术——学****应用物理原理在技术上创新量子世界同我们的日常感受格格不入。对于熟悉经典力学的人们来说,学****量子物理确有一定难度。量子力学有不少原理、假定,其正确性只能用实验来检验。相信这些基本假定,并自觉应用它们去分析和解决问题,是学****和理解量子物理的第一步。初学者往往试图用经典概念去理解量子物理, 这很可能使学****陷入困境。强烈建议预****否则你会觉得被动。第二十六章波粒二象性(Wave-particle duality) §△§(自学) §、光的二象性§ 康普顿效应§ 实物粒子的波动性§ 概率波与概率幅§①提高照明效率②研究高温测量③测星体表面温度④电磁波谱的研究§(Black-body radiation) “热力学和光学已发展到这样的程度, 以至于它们俩的结合,能够产生一个婴儿, 的最大革命。”德国物理学家劳厄(Laue)当时评论道: 它注定会引起物理学▲理论上出现了矛盾: 一. 热辐射理论发展的背景▲科技发展的需要: “紫外灾难” la 3 二. 热辐射的基本概念温度不同时,辐射的波长(或频率)也不同, 例如:加热铁块,温度?,铁块颜色由看这种与温度有关的电磁辐射,称为热辐射。也就是辐射电磁波。物体受热就会发光, (heat radiation) 激光、日光灯发光就不是热辐射。并不是所有发光现象都是热辐射, 例如: ?蓝白色不出发光?暗红?橙色?黄白色但是强度不同。热辐射强度按波长(频率)的分布和温度有关, 极高温物体发出的是紫外光。炽热物体发出的是可见光, 低温物体发出的是红外光, 温度??短波长的电磁波的比例?。任何物体(气、液、固)在任何温度下, 都会有热辐射。热辐射波谱是连续谱,各种波长(频率)都有, 红外照相机拍摄的人的头部的热图热的地方显白色, 鸟的羽毛的颜色是不是热辐射? 3. 光谱辐出度(单色辐出度)M ?这种温度不变的热辐射称之为平衡热辐射。(单位时间内) T 单位面积 2. 平衡