陈畅之原子物理学第二讲玻尔模型.ppt

原子的量子态:玻尔模型
§6 背景知识
经典力学、经典电磁电磁场理论、经典统计力学
(1)第一朵乌云:“以太漂移”,迈克尔逊-莫雷实验表明,不存在以太。- 由此开启并建立了相对论(即极快领域的物体能量运动规律)
( 2)第二朵乌云:“紫外灾难”,经典理论得出的瑞利-金斯公式,在高频部分趋无穷。- 开启并建立了量子力学(即极小领域的物体能量运动规律)
Kevin: 在物理学晴朗天空的远处还有两朵小小的、令人不安的乌云
目前我们物理学最大困惑:相对论和量子论的统一
第一朵乌云:以太是什么?
水波的传播要有水做媒介,声波的传播要有空气做媒介,它们离开了介质都不能传播。太阳光穿过真空传到地球上,几十亿光年以外的星系发出的光,也穿过宇宙空间传到地球上。光波为什么能在真空中传播?它的传播介质是什么?物理学家给光找了个传播介质——“以太”。
最早提出“以太”的是古希腊哲学家亚里士多德。
亚里士多德认为下界为火、水、土、气四元素组成;
上界加第五元素,“以太”。
牛顿在发现了万有引力之后,碰上了难题:在宇宙真空中,引力由什么介质传播呢?牛顿以及后来的物理学家复活了亚里士多德的“以太”说,认为“以太”是宇宙真空中引力以及光波的传播介质。并且假定整个宇宙空间都充满了“以太”,“以太”是一种由非常小的弹性球组成的稀薄的、感觉不到的东西。19世纪时,麦克斯韦也把传播光和电磁波的介质说成“以太”。“以太”是绝对静止的参考系,一切运动都相对于它进行。
迈克尔逊-莫雷实验否定了以太存在
地球以每秒30公里的速度绕太阳运动,就必须会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来,同时,它也必须对光的传播产生影响。如果存在以太,则当地球穿过以太绕太阳公转时,在地球通过以太运动的方向测量的光速(当我们对光源运动时)应该大于在与运动垂直方向测量的光速(当我们不对光源运动时)。
1887年,迈克耳逊与美国物理学家莫雷合作,在克利夫兰进行了一个著名的实验:“迈克耳逊-莫雷实验”,即“以太漂移”实验。实验结果证明,不论地球运动的方向同光的射向一致或相反,测出的光速都相同,光速有限而且不变,在地球同设想的“以太”之间没有相对运动。因而,根本找不到“以太”或“绝对静止的空间”。
1. 阿尔伯特-迈克尔逊(Albert Abrahan  Michelson,1852~ 1931)简介
美国著名实验物理学家:迈克尔逊,1852 年12月19日出生于波兰一个犹太商人家庭,。
迈克尔逊及其对物理学发展的主要贡献
2、“以太漂移”学说的提出
十八世纪后,惠更斯、杨氏双缝干涉实验证明了光的波动性,并建立了光的波动理论。人们为了解释光的传播而引入“以太”的概念。设想“以太”是弥漫在整个宇宙空间的一种物质。光借助“以太”这种介质传播。“以太”的提出是假设,被当时物理学界所接受。但如何用实验验证“以太”的存在,许多物理学家用不同的实验进行了检验,具有代表性的是迈克尔逊的干涉仪实验最为著名。
3、迈克尔逊-莫雷实验
按经典理论地球在“以太”中绕太阳公转,“以太风”。迈克尔逊---------莫雷实验就是为了测量“以太风”而设计的。
实验装置如图所示
迈克尔孙干涉仪俯视图
测定“以太风”速率的实验设计思想
设计思想如图所示,
按照以太学说,光在以
太中传播速率是C,而以
太相对于地球的速率为
υ。实验时观察相干条
纹,然后把仪器平稳转
动90°,再观察转动前
后干涉条纹的变化。若
干涉仪臂长
LMM1=LMM2=d