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量子理论的主要创立者都是年轻人。1925年。泡利25岁,海森堡和恩里克。费米(fermi)24岁,狄拉克和约当23岁。薛定谔是一个大器晚成者,36岁。玻恩和玻尔年龄稍大一些,值得一提的是他们的贡献大多是阐释性的。爱因斯坦的反应反衬出量子力学这一智力成果深刻而激进的属性:他拒绝自己发明的导致量子理论的许多关键的观念,他关于玻色…爱因斯坦统计的论文是他对理论物理的最后一项贡献,也是对物理学的最后一项重要贡献。
创立量子力学需要新一代物理学家并不令人惊讶,开尔文爵士在祝贺玻尔1913年关于氢原子的论文的一封书信中表述了其中的原因。他说。玻尔的论文中有很多真理是他所不能理解的。开尔文认为基本的新物理学必将出自无拘无束的头脑。
1928年,革命结束,量子力学的基础本质上已经建立好了。后来,abrahampais以轶事的方式记录了这场以狂热的节奏发生的革命。其中有一段是这样的:1925年,samuelgoudsmit和k就提出了电子自旋的概念,玻尔对此深表怀疑。10月玻尔乘火车前往荷兰的莱顿参加亨德里克。a。洛伦兹(z)的50岁生日庆典,泡利在德国的汉堡碰到玻尔并探询玻尔对电子自旋可能性的看法;玻尔用他那著名的低调评价的语言回答说,自旋这一提议是“非常,非常有趣的”。后来,爱因斯坦和fest在莱顿碰到了玻尔并讨论了自旋。玻尔说明了自己的反对意见。但是爱因斯坦展示了自旋的一种方式并使玻尔成为自旋的支持者。在玻尔的返程中,遇到了更多的讨论者。当火车经过德国的哥挺根时,海森堡和约当接站并询问他的意见。泡利也特意从汉堡格赶到柏林接站。玻尔告诉他们自旋的发现是一重大进步。(按:看到欧洲科学家之间坦诚而热烈的交流,我们会得到什么启示吗?)
量子力学的创建触发了科学的淘金热。早期的成果有:1927年海森堡得到了氦原子薛定谔方程的近似解,建立了原子结构理论的基础;,和k随后又提出了原子结构的一般计算技巧;和rheitler解决了氢分子的结构,在此基础上,linuspauling建立了理论化学;rfeld和泡利建立了金属电子理论的基础h创立了能带结构理论;海森堡解释了铁磁性的起因。1928年w解释了a放射性衰变的随机本性之谜,他表明a衰变是由量子力学的隧道效应引起的。随后几年中he建立了核物理的基础并解释了恒星的能量来源。随着这些进展,原子物理、分子物理、固体物理和核物理进入了现代物理的时代。
要点
伴随着这些进展。围绕量子力学的阐释和正确性发生了许多争论。玻尔和海森堡是倡导者的重要成员,他们信奉新理论。爱因斯坦和薛定谔则对新理论不满意。
基本描述:波函数。系统的行为用薛定谔方程描述,方程的解称为波函数。系统的完整信息用它的波函数表述,通过波函数可以计算任意可观察量的可能值。在空间给定体积内找到一个电子的概率正比于波函数幅值的平方,因此,粒子的位置分布在波函数所在的体积内。粒子的动量依赖于波函数的斜率,波函数越陡,动量越大。斜率是变化的,因此动量也是分布的。这样,有必要放弃位移和速度能确定到任意精度的经典图象,而采纳一种模糊的概率图象,这也是量子力学的核心。
对于同样一些系统进行同样精心的测量不一定产生同一结果,相反,结果分散在波函数描述的范围内,因此,电子特定的位置和动量没有意义。这可由测不准原理表述如下:要使粒子位置测得精确,波函数必须是尖峰型的,然而,尖峰必有很陡的斜率,因此动量就分布在很大的范围内;相反,若动量有很小的分布,波函数的斜率必很小,因而波函数分布于大范围内,这样粒子的位置就更加不确定了。(未完待续)
268 物理学之量子力学 3
波的干涉:波相加还是相减取决于它们的相位,振幅同相时相加,反相时相减。当波沿着几条路径从波源到达接收器,比如光的双缝干涉,一般会产生干涉图样。粒子遵循波动方程,必有类似的行为,如电子衍射。至此,类推似乎是合理的,除非要考察波的本性。波通常认为是媒质中的一种扰动,然而量子力学中没有媒质,从某中意义上说根本就没有波,波函数本质上只是我们对系统信息的一种陈述。
对称性和全同性:氦原子由两个电子围绕一个核运动而构成。氦原子的波函数描述了每一个电子的位置,然而没有办法区分哪个电子究竟