Transcript 量子力學史話

量子史話
• Lord Kalvin（1900）
• 『在熱和光動力理論上空的19世紀烏雲』
• 《科學這艘船。在戰勝大量的『水下暗礁』和
『猛烈風暴』之後，終於駛進了寧靜的海灣，所
有最重要的問題都已得到解決，剩下的只是更詳
細地解釋一些細節，以及反覆審核局部問題了。》
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牛頓力學 ： 海王星的發現；
馬克士威爾 ：電磁波
1、Planck(1900)：黑體輻射(black
body radiation)
Wien(1894)：高頻部份合適
 v   3 exp(  T )
Rayleigh(1900)：低頻部份合適
8 3
 v  3 k BT
c
Planck公式：E=nhν
8 2
h
v  3 (
)
c
exp(h k BT )  1
34
Planck常數：h=6.626x10
J‧s
[能量]x[時間] =[動量]x[長度]
2、Einstein (1905)： 光電效應
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光子(photon)：光的粒子說
E=hν
3、Rutherford(1911)：原子模型
• Thomson：葡萄乾布丁模型
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• Rutherford：太陽系原子模型
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α-質點散射實驗
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穩定性問題
• 1885年，Balmer發現
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λm = 364.56 m2 /(m2 - 4)
• 1890年，Rydberg發現
1
1
1
 RH ( 2  2 )

n f ni
• 為雷德堡常數（Rydberg constant）
4、Bohr(1915)：氫原子模型
• 即電子在庫倫力的作用下，以圓形軌道繞著原子核做運動，
其角動量L為
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L= nh / 2π
氫原子能量：
m e4 1
En   2 2 2
8 h n
• 能階躍遷：
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hν=Em-En
• 愛因斯坦：「物理中最高的音樂性。」
• ( 希臘的「世界和諧」觀。)
7、Heisenberg(1925)：矩陣力學
放棄軌道概念，建立一個與古典力學相似，但
是只有可觀察量(如光譜線頻率及強度)之間係
的量子力學。
q (位置)
, p(動量) ： Operator
[q ,p]=qp -pq =iħ
Born , Jordan
Dirac
5、DeBroglie(1924)：物質波
• 電子electron ：
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λ = h/p
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E=hν
• 晶體對電子的衍射實驗：
• 美國大衛生（Clinton J.
• Davidson, 1881-1958）
• 英國小湯生(George P.
• Thomson, 1892-1975,
• 發現電子的J.J. Thomson 之
子)
• 波爾的「穩定狀態」是物質波
的（環狀的）
• 「駐波」
6、Schrodinger：(1925) 波動力學
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波動方程式
-(ħ2/2m)▽2ψ + V ψ= iħ∂ψ/∂t
p2/2m+ V = E
E→ iħ∂/∂t
p →－iħ▽
穩定狀態
躍遷時間
• 簡諧運動的能階： E=(n+ 1/2)hν
• 氫原子能階
• Born(1926)：或然率解釋
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∣ψ(x)∣2
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• Heisenberg不確定關係(1927)
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∆px∆x≥ħ/2
• 哥本哈根觀點：
• 一、概率解釋：古典因果關係
的破壞
• 二、測不準原理：純粹客觀世
界的不存在
• 三、互補原理：對象的表現形
態取決於觀察方法
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波、粒二象性
• 元素週期表：
• Pauli：不相容原理
• Kronig,
• Uhlenbeck & Goudsmit ： 自旋(spin)
10、大爭辯：
• Schrodinger：「我但願當初沒有寫下那個式
子。」
• Einstein：「上帝不會擲骰子。」
• Bohr：「愛因斯坦，你少對上帝發號施令。」
• 雙狹縫實驗
• 愛因斯坦光盒
几乎可以肯定，世界上没有第二张照片，能像这张一
样，在一幅画面内集中了如此之多的、水平如此之高
的人类精英。
11、EPR(1935)
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愛因斯坦(A.Einstein)
波多尔斯基(Boris Podolsky)
罗森(Nathan Rosen)。
《量子力學對物理實在的描述可能是完備
的嗎？》
• Bell 不等式
• 參考書：
• 殷正坤：量子歷程
•
台灣高等教育出版社
• castor_v_pollux ：量子力學史話
• http://book.sina.com.cn/nzt/liangzishihua/index.shtml