此假说对H光谱得到了满意的解释.对别的有误差,说明这种圆形轨道理论没有普遍意义,后来又提出了索莫菲椭圆形轨道理论,结果还是没有普遍意义,这就说明要很好地解决微观世界的问题,必须完全摆脱经典物理的束缚,去建立新的学说,而随后发展起来的量子力学就是这样一种学说.
2.1.3 量子力学的产生
产生时间说法不一,有人说该从1900年普朗克提出量子论算起(1900年,普朗克45岁,量子化效应,提出能量不连续的观点).但真正对后来量子力学起较大作用的是1927年布鲁塞尔科学会.(以下是板书)
1900年 普朗克 45岁 量子化效应 1918年获诺贝尔奖
1927年 海林柏 26岁 矩阵力学 1932年获诺贝尔奖
薛定谔 40岁 波动力学 1933年获诺贝尔奖
1929年 狄拉克 27岁 相对论量子力学 1933年获诺贝尔奖
量子力学的产生与上述科学家的努力分不开,但更重要的是科学发展的需要和科学实验的基础,此实验基础就是
2.2 微观粒子的波粒二象性
2.2.1 光的波粒二象性
光到底是什么,有两个学派:
粒子说(牛顿)认为是粒子——光子
波动说(惠更斯)认为是电磁波
因牛顿名气大,曾一度占上风,最终1905年是爱因斯坦进行了统一,认为光有波粒二象性: 通过普郎克常数联系波性与粒性,那么实物粒子有无波粒二象性呢
1.2.2 实物粒子的波粒二象性
实物粒子是指静止质量不为零的粒子.
粒子性:具有m,E,P运动有轨迹,且服从牛顿方程的性质.
波动性:具有λ,υ,能发生干涉,衍射,且服从波动方程的性质.
波粒二象性:同时具有波性和粒性,有时波性突出,有时粒性明显的性质.
好有一比:
受光的波粒二象性的启发,1924年法国年仅24岁的德布罗依提出了实物粒子具有波粒二象性的假说,这种波叫物质波,即德布罗依波.他认为任何运动着的物体,大至行星,小至电子都有波动性,对于质量为m,速度为v的物体,其动量与波长的关系式为 () 左边粒性特征,右边波性特征,通过h联系起来.h为定值,λ是否突出,取决于m和v.
例1, 石头 kg m/s m
λ很小可以忽略,故石头的运动波性没有表现出来,粒性是主要的.
例2, 电子 kg m/s
m
值与电子的尺寸相近,其波性自然能表现出来.
显然德布罗依的假设能说明一些问题,但德布罗依的假设遭到其导师的反对,后承蒙爱因斯坦关照才获得博士学位,但当时并没有被实验证实.
1927年戴维逊—革末的电子衍射实验证实了电子波性的存在.
电子衍射实验如下图所示:
e )
关于电子的波性,历史上曾有过论争:
一种观点认为,波性是电子本身表现出来的,有一个电子就有一个波动,这样,当一个电子轰击Ni单晶时,在照片上就应该有一个衍射环,否!
另一种观点认为,一群电子组成的衍射图是由组成波的电子相互作用的结果.
但实验的结果是多个电子,一个电子的多次行为,都可衍射,可见不是电子相互作用的结果,而是电子的属性.值得注意的是,从衍射实验我们可以看到,照片上有暗环和亮环,从粒性方面看,亮环——有较多的电子到达,暗环几乎没有电子到达;从波动的现象看,亮环处表明波的强度大,暗环处表明波的强度小.这就说明:波强大处电子出现的机会多,波强小处电子出现的机会少.
上述解释是指同一状态下,对于一个电子的行为,每次到达底片上的位置是不能准确给定的,但毕竟是到达亮环处的机会多,到达暗环处的机会少.即波强大的地方电子出现机会多,波强小的地方电子出现机会少,可见电子的粒性不同于宏观物体的粒性,没有运动轨迹,确定的轨道,只有几率分布规律,即不可预测到底在底片上的数量,但可知大体在什么范围. 电子的波性不同与经典的波,不是振动的传播,而是波强与电子出现几率成正比的几率波.
为什么微观粒子具有波动性,是因为服从不确定关系.
1.3 不确定关系
在经典物理学中,运动物体在任何时候都有确定的位置和速率,因此宏观物体的状态,能够用坐标和速率准确地表达出来,又由于p=mv,故可用坐标和动量来描述宏观物体的状态.
微观粒子的运动有二象性,不同于宏观物体的运动,显然不可使用描述宏观物体运动状态的方法,如果硬要用坐标和动量来描述微观物体的话,将会发现这种描述会带来不准确性,关于这个问题,1927年海森泊提出了不确定关系式.

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