狄莱波尔男装怎么样
❶ 为什么17世纪到20世纪科学家涌现牛顿,麦克斯韦,爱因斯坦,爱迪生,法拉第,薛定鄂,波尔,狄拉克
因为那个时候是战争的时期人们比较需要这种人才所以很多人都会努力学习吧
❷ 玻尔的量子化条件是什么
1、玻尔——索末菲量子化条件是当量子数n→∞时,量子化的能级将趋于经典的版连续能量,量子化权理论将趋于经典理论。
2、索末菲数常用希腊字母α表示。索末菲数表示电子在第一玻尔轨道上的运动速度和真空中光速的比值,计算公式为 α=e2/(4πε0cħ)(其中e是电子的电荷,ε0是真空介电常数,ħ是约化普朗克常数,c是真空中的光速)。
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1、物理学来家(普朗克)发自现,能量的传递不是连续的,而是以一个一个的能量单位传递的,这种最小能量单位被称作能量子(简称量子)。
2、爱因斯坦根据光电效应推断,光能也不是连续的,对光的量子化就是认为光是以一个一个微小单位的形式存在和传播的。被称为光量子(简称光子)。
3、单个光子携带的能量和光频率成正比,比例系数是普朗克常数,n个量子总能量就再乘以n.
玻尔为解释卢瑟福实验,对电子能量作了量子化假设,最简单的一条就是电子能量只能是某些固定的值。
❸ 波尔简介()
波尔(Niels Henrik David Bohr,1885~1962),丹麦物理学家。他于1913年在原子结构问题上迈出了革命性的一步,提出了定态假设和频率法则,从而奠定了这一研究方向的基础。波尔指出: (1)在原子系统的设想的状态中存在着所谓的"稳定态"。在这些状态中,粒子的运动虽然在很大程度上遵守经典力学规律,但这些状态稳定性不能用经典力学来解释,原子系统的每个变化只能从一个稳定态完全跃迁到另一个稳定态。 (2)与经典电磁理论相反,稳定原子不会发生电磁辐射,只有在两个定态之间跃迁才会产生电磁辐射。辐射的特性相当于以恒定频率作谐振动的带电粒子按经典规律产生的辐射,但频率u与原子的运动不是单一关系,而是由下面的关系来决定 h = E'-E"。这就是波尔的原子能。 生平简述 波尔1885年10月7日出生于丹麦的哥本哈根。他父亲是一位生理学教授,思想开明。为使两个儿子从小就热爱自然科学,经常与朋友们一起就科学、哲学、文化及政治等问题进行有趣的讨论,以薰陶波尔和它的弟弟海拉德。除此之外,波尔的父亲还极为重视两个儿子的体质,培养他们的体育兴趣。所以,波尔和弟弟在少年时代就成了着名足球运动员,长大以后,他弟弟还进入了国家足球队,而波尔还具有了兵兵球、帆船和滑雪等终身爱好。 波尔在童年时代是一个行动缓慢、做事专心的孩子。他在学校里各门功课都很好,尤其是物理学和数学。他还酷爱文学,但本族语学得很费力。他一生都用功克服这一困难,花了很多时间一遍一遍地抄写手稿 不管是科学论文、大会发言稿,还是给朋友的信件。这反映了波尔对准确性的迫切要求和使自己的着作能传递尽可能多信息的强烈愿望。为了培养波尔的动手能力,他父亲为他购置了车床和工具。心灵手巧的波尔很快就熟练地掌握了金工技术,并敢于修理一切损坏了的东西,家里的钟表或自行车坏了,都是波尔自己动手修理。 在中学时代,波尔虽然是班里的第一名,但他从来不爱虚荣,甚至不曾为争夺第一名奋斗过。 他思维非常迅速,自然地、毫不拘束地发展着自己的才能,并毫不动摇地选择了自己的道路 做一个物理学家。 1903年,波尔顺利地中学毕业,进入了哥本哈根大学自然科学系。起初,他酷爱在大学的实验室里做实验,到二年级时,他决定参加丹麦皇家科学协会组织的优秀论文竞赛用瑞刊在1873年提出的射流振动法测定?获得了卡尔斯堡基金会的一笔助学金,从而有机会到英国剑桥大学卡文迪许实验室,跟随当时最有权威的物理学家J.J·汤木生 进行深造。 但波尔和J.J·汤姆逊处得并不融洽,原因是波尔和J.J·汤姆逊 第一次见面时就指出了J.J.汤姆逊 一篇论文中一些他认为错误的地方。于是,在1912年春转到了曼彻斯特大学的卢瑟福实验室工作。 实验室里有许多被卢瑟福发现和吸引来的优秀青年人才,如盖革、马考瓦、马斯登、埃万斯、拉歇尔、法扬斯、莫寒莱、海鸟希、查兑克 、达尔文等,波尔和他们相处得非常好,并和其中大部人成了终生朋友。这当中关系最好的,除了卢瑟福之外,就是海鸟希了。这位匈牙利物理学家是一位十分机敏可爱的交谈伙伴,时时处处成为集体的中心。他帮助波尔了解实验室当前大家最关心的问题,熟悉实验室的每个成员,并且海鸟希还精通化学,而波尔正好极需要这方面的知识。 波尔在卢瑟福的实验室工作了四个多月,于1912年7月底回国,因为他将在8月1日举行婚礼。在卢瑟福实验室工作的四个多用里,波尔收获极大,他对卢瑟福衷心敬重,无论在为人方面还是在治学方面,卢瑟福都是他的楷模。两位伟大的物理学家之间深厚而纯朴的友谊就这样开始了,这一友谊延续了四分之一世纪,直到卢瑟福过早地离世。 1912年9月,波尔到哥本哈根大学担任编外副教授,主讲热力学的力学基础。波尔在讲课中表现出一个教师的非凡才干,不管多难理解的问题,他都讲得清清楚楚、饶有兴趣。 在上课的同时,波尔继续在理论上进行探索,1913年,他发表了着名论文《原子和分子的结构》,成为他迈向森严的科学王国的伟大起步。 1914年10月,波尔又应邀到英国曼彻斯特大学任副教授,主讲热力学、运动学、电磁学和电子理论,并继续进行实验研究和原子结构理论及带电粒子制动理论的研究,取得了丰硕的成果。随着波尔声望的不断提高,哥本哈根大学决定为波尔设立理论物理学教授职位,于是,波尔于1916年夏天回国,成为哥本哈根大学理论物理学教授。第二年,他又被选为丹麦皇家科学协会会员。 19l8年11月第一次世界大战结束后,卢瑟福又邀请波尔去担任他们不久前专门设置的哲学博士职务,但波尔为了发展丹麦的物理学研究而婉言谢绝了。 1920年9月,在波尔的不懈努力下,哥本哈根大学终于建成了理论物理研究所,这个研究所成了吸引年轻而有富有天才的理论学家和实验物理学家研究原子及微观世界问题的白心。 海森堡、克拉迈尔斯、狄拉克、泡利、赫韦希、哈尔特列、朗道、派耶尔斯等许多杰出的物理学家都先后在这里工作过。在研究所里,波尔充分发挥每个年轻人的才干和独创性,从不借助行政手段进行领导,也不喜欢用指示或命令,因而充满着集体主义和友善精神。环境没有拘束,工作集思广益,解决了许多现代物理学最深奥的课题,形成了着名的哥本哈根学派,而波尔成了这一大学派的领袖。有人问波尔他的学派成功的奥秘何在,波尔回答说:"我从来不怕在青年人面前出丑。" 波尔的每一天都被工作挤得满满的,即使晚年也像青年时代一样精力充沛,这使许多人感到惊奇。他不习惯使用时间表,从来不按工作计划工作,在节日和假日里也常常工作,甚至从挪威滑雪归来也不止一次地带回突然成熟的思想,在乘船远航时也不停止工作。因此,并不是每个人都能给波尔做助手的。要做他的助手,不仅要有坚强的神经系统,而且要放弃几乎全部的个人自由。因为这位导师在一天24小时内,随时都可能来找你谈一谈有关当前主要问题的复杂性,或者谈一谈他忽然想到的一个什么主意,或者让你帮助他校正某种见解等。 1922年,波尔因对研究原子的结构和原子的辐射所做得重大贡献而获得诺贝尔物理学奖。为此,整个丹麦都沉浸在喜悦之中,举国上下都为之庆贺,波尔成了最着名的丹麦公民。为了支持正义与和平,波尔将自己的诺贝尔金质奖章捐给了芬兰战争。后来,人们又为他募集黄金重铸了一枚,永远陈列在丹麦博物馆里。 1924年6月,波尔被英国剑桥大学和曼彻斯特大学授予科学博士名誉学位,剑桥哲学学会接受他为正式会员,12月又被选为俄罗斯科学院的外国通讯院士。 1927年初,海森堡、玻恩、约尔丹、薛定谔、狄拉克等成功地创立了原子内部过程的全新理论 量子力学,波尔对量子力学的创立起了巨大的促进作用。 1927年9月,波尔首次提出了"互补原理",奠定了哥本哈根学派对量子力学解释的基础,并从此开始了与爱因斯坦持续多年的关于量子力学意义的论战。爱因斯坦提出一个又一个的想象实验,力求证明新理论的矛盾和错误,但波尔每次都巧妙地反驳了爱因斯坦的反对意见。这场长期的论战从许多方面促进了破尔观点的完善,使他在以后对互补原理的研究中,不仅运用到物理学,而且运用到其他学科。 1933年,希特勒夺取了政权,德国成了法西斯国家,这对于丹麦来说是一个危险的邻邦。波尔不是一个对什么都不关心的人,他既关心政治时事、国家生活,也关心国际事件。他对当时法西斯政权实行的种族迫害和政治迫害深感忧愁和愤怒,积极创立和参加了丹麦救援移民委员会,对从德国逃难到哥本哈根的科学家及其他难民,给予了尽力的支持相帮助。 1940年4月,德国侵占了丹麦,丹麦政府宣布投降。美国、英国等许多国家的大学打电报给波尔,邀请波尔全家到他们那里去避难和工作。波尔非常不安,友好的关心和对自己命运的焦虑打动着他的心。但是,这一切都没能动摇他留在自己的岗位 哥本哈根理论物理研究所的决心。 波尔相信,这一切都是暂时的,不久都会过去。因此,不应该陷入苦闷,要坚持下去继续工作,抵抗侵略者,为共同的斗争做出贡献。在以后的一段时间里,波尔日见消瘦,然而他却勇敢地和毫不妥协地坚持着。波尔不隐瞒自己的好恶爱憎,拒绝与侵略者合作并不与支持侵略者的人来往。 1943年9月,希特勒政权准备逮捕波尔,为了避免遭到迫害,波尔在反抗运动参加者的帮助下冒着极大的危险逃到了瑞典。在瑞典,他帮助安排了几乎所有的丹麦籍犹太人逃出了希特勒毒气室的虎口。过了不久,林德曼来电报邀请波尔到英国工作,波尔在乘坐一架小型飞机飞往英国的途中几乎因缺氧而丧生。在英国待了两个月后,根据美国总统罗斯福和英国首相丘吉尔签署的魁北克协议,美国和英国物理学家应密切合作共同工作。于是波尔被任命为英国的顾问与乍得威克等一批英国原子物理学家远涉重洋去了美国,参加了制造原子弹的曼哈顿计划。波尔由于担心德国率先造出原子弹,给世界造成更大的威胁,所以也和爱因斯坦一样,以科学顾问的身分积极推动了原子弹的研制工作。 但他坚决反对在对日战争中使用原子弹,也坚决反对在今后的战争中使用原子弹,始终坚持和平利用原子能的观点。他积极与美国和英国的国务活动家取得联系,参加了禁止核实验,争取和平、民主和各民族团结的斗争。对于原子弹给日本造成的巨大损失,他感到非常内疚,并为此发表了《科学与文明》和《文明的召唤》两篇文章,呼吁各国科学家加强合作,各平利用原子能,对那些可能威胁世界安全的任何步骤进行国际监督,为各民族今后无忧无虑地发展自己的科学文化而斗争。 1945年8月20日,波尔又回到了丹麦,继续担任理论物理研究所所长,并被重新选为丹麦皇家科学协会主席。在以后的日子里,波尔不仅积极参加和领导原子物理的理论研究,而且继续致力于发展原子能的和平利用。随着时间的推移,波尔为争取和平事业和国际合作而进行的斗争广为人们所知,他的威信越来越高,影响越来越大了。因此,1957年他理所当然的被授予第一届"和平利用原子能"奖。 波尔成了丹麦的骄傲,全国广泛举行了庆祝他诞辰60周年和70周年的活动。在庆祝他60周年诞辰时,为他建立了40万克朗的独立基金,以便他用来鼓励各种研究活动。在祝他70周年诞辰时,国王授予他丹麦一级勋章,政府和科协会决定设立铸有他头像的波尔金质奖章,用来奖励那些有卓越贡献的现代物理学家。 波尔在暮年时,仍然积极参加组织活动和社会活动,为巩固各国科学家的国际合作而到处奔波,直到1962年11月18日与世长辞。 从此,人们矢去了一位天才的科学家和思想家,一位争取世界和平和各国人民相互谅解的战士,一位纯朴、诚实、善良和平易近人的全人类的朋友。世界上许多国家约有关机构给丹麦皇家科学协会发来了无数唔电、信函,沉痛悼念这位科学巨人。 12月14日,隆重举行了纪念波尔的大会,国王夫妇、波尔的妻子、儿子、儿媳及许多波尔的朋友和同事出席了大会。大会的报告介绍了波尔对物理学和哲学的发展所做的不朽贡献,以及他的活动对皇家科学协会的重大意义。夜晚,大家自发地聚集在一起,倾谈对波尔的怀念。 为了纪念波尔,哥本哈根大学理论物理研究所被命名为尼尔斯.波尔研究所。
❹ 物理学,请问kT是什么k是玻尔兹曼常数,T是绝对温度,玻尔兹曼常数乘上绝对温度,这个是什么,能量吗
先理解一下这个常数的定义。
玻尔兹曼常量系热力学的一个基本常量,记为“k”,数值为:k=1.380649 × 10-23J/K,玻尔兹曼常量可以推导得到:理想气体常数R等于玻尔兹曼常数乘以阿伏伽德罗常数(即R=k·NA)。
❺ 玻尔兹曼常数还可以用什么方法测量
P=nkT=(m/(M×V))×kT
由此可以推导出玻尔兹曼常数k值为
k=P×M×V÷m÷T (M为相对分子质量)
由公式可知只要测出压强 容器体积 气体温度及质量就可求出k,不过此种方法对仪器精度要求高,所以不实用。
知识都是一个系统,实验与理论结合,大物学的理论要与实验相结合。
❻ 对解决第二次数学危机,波尔查诺和柯西,谁的贡献大
解答:
网络资料:
直到19世纪20年代,一些数学家才比较关注于微积分的严格基础。从波尔查诺、阿贝尔、柯西、狄里赫利等人的工作开始,到威尔斯特拉斯、狄德金和康托的工作结束,中间经历了半个多世纪,基本上解决了矛盾,为数学分析奠定了一个严格的基础。
波尔查诺给出了连续性的正确定义;阿贝尔指出要严格限制滥用级数展开及求和;柯西在1821年的《代数分析教程》中从定义变量出发,认识到函数不一定要有解析表达式;他抓住极限的概念,指出无穷小量和无穷大量都不是固定的量而是变量,无穷小量是以零为极限的变量;并且定义了导数和积分;狄里赫利给出了函数的现代定义。在这些工作的基础上,威尔斯特拉斯消除了其中不确切的地方,给出现在通用的极限的定义,连续的定义,并把导数、积分严格地建立在极限的基础上。
19世纪70年代初,威尔斯特拉斯、狄德金、康托等人独立地建立了实数理论,而且在实数理论的基础上,建立起极限论的基本定理,从而使数学分析建立在实数理论的严格基础之上。
真不好说谁的贡献大。应该说都有贡献。
❼ 波尔的量子论怎么回事
量子论是现代物理学的两大基石之一。量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律,为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等。
1928年狄拉克将相对论运用于量子力学,又经海森伯、泡利等人的发展,形成了量子电动力学,量子电动力学研究的是电磁场与带电粒子的相互作用。
1947年,实验发现了兰姆移位。
1948-1949年,里乍得·费因曼(Richard Phillips Feynman)、施温格(J.S.Schwinger)和朝永振一郎用重正化概念发展了量子电动力学,从而获得1965年诺贝尔物理学奖。
2、为量子论的创立及发展作出贡献的科学家
维恩(Wilhelm Wien)
瑞利(Lord Rayleigh)
普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck)
狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac)
尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)
路易·德布罗意(Prince Louis-victor de Broglie)
薛定谔(Erwin Schrödinger)
海森伯(Werner Karl Heisenberg)
玻恩(Max Born)
里乍得·费恩曼(Richard Phillips Feynman)
H.赫兹(Heinrich Rudolf Hertz)
密立根(Robert Andrews Millikan)
3、量子论的发展历程
量子理论的创建过程是一部壮丽的史诗:
量子论的初期:
1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难,引入了能量子概念,为量子理论奠下了基石。
随后,爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾,提出了光量子假说,并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念,为量子理论的发展打开了局面。
1913年,玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念,提出玻尔的原子理论,对氢光谱作出了满意的解释,使量子论取得了初步胜利。随后,玻尔、索末菲和其他物理学家为发展量子理论花了很大力气,却遇到了严重困难。旧量子论陷入困境。
量子论的建立:
1923年,德布罗意提出了物质波假说,将波粒二象性运用于电子之类的粒子束,把量子论发展到一个新的高度。
1925年-1926年薛定谔率先沿着物质波概念成功地确立了电子的波动方程,为量子理论找到了一个基本公式,并由此创建了波动力学。
几乎与薛定谔同时,海森伯写出了以“关于运动学和力学关系的量子论的重新解释”为题的论文,创立了解决量子波动理论的矩阵方法。
1925年9月,玻恩与另一位物理学家约丹合作,将海森伯的思想发展成为系统的矩阵力学理论。不久,狄拉克改进了矩阵力学的数学形式,使其成为一个概念完整、逻辑自洽的理论体系。
1926年薛定谔发现波动力学和矩阵力学从数学上是完全等价的,由此统称为量子力学,而薛定谔的波动方程由于比海森伯的矩阵更易理解,成为量子力学的基本方程。
4、量子力学发展中的争论
量子力学虽然建立了,但关于它的物理解释却总是很抽象,大家的说法也不一致。波动方程中的所谓波究竟是什么?
玻恩认为,量子力学中的波实际上是一种几率,波函数表示的是电子在某时某地出现的几率。1927年,海森伯提出了微观领域里的不确定关系,他认为任何一个粒子的位置和动量不可能同时准确测量,要准确测量其中的一个,另一个就将是不确定的。这就是所谓的“不确定原理”。它和玻恩的波函数几率解释一起,奠定了量子力学诠释的物理基础。玻尔敏锐地意识到不确定原理正表征了经典概念的局限性,因此在此基础上提出了“互补原理”。玻尔的互补原理被人们看成是正统的哥本哈根解释,但爱因斯坦不同意不确定原理,认为自然界各种事物都应有其确定的因果关系,而量子力学是统计性的,因此是不完备的,而互补原理更是一种权宜之计。于是在爱因斯坦与玻尔之间进行了长达三四十年的争论,直到他们去世也没有作出定论。
世纪发现之微观世界中的轮盘赌----量子论
如果说光在空间的传播是相对论的关键,那么光的发射和吸收则带来了量子论的革命。我们知道物体加热时会放出辐射,科学家们想知道这是为什么。为了研究的方便,他们假设了一种本身不发光、能吸收所有照射 其上的光线的完美辐射体,称为“黑体”。研究过程中,科学家发现按麦克斯韦电磁波理论计算出的黑体光谱紫外部分的能量是无限的,显然发生了谬误,这为“紫外线灾难。”提供了依据。1900年,德国物理学家普朗克提出了物质中振动原子的新模型。他从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念, 提出了辐射的量子论。关于量子论中的不连续性,我们可以这样理解:如温度的增加或降低,我们认为是连续的,从一度升到二度中间必须经过0.1.度0.1度之前必定有0.01度。但是量子论认为在某两个数值之间例如1度和3度之间可以没有2度,就像我们花钱买东西一样,一分钱是最小的量了,你不可能拿出0.1分钱,虽然你可以以厘为单位计算钱数。这个一分钱就是钱币的最小的量。而这个最小的量就是量子。他认为各种频率的电磁波,包括光只能以各自确定 分量的能量从振子射出,这种能量微粒称为量子,光的量子称为光量子,简称光子。根据这个模型计算出的黑体光谱与实际观测到的相一致。这揭开了物理学上崭新的一页。量子论不仅很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律,而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问 题。量子论不仅给光学,也给整个物理学提供了新的概念,故通常把它的诞生视为近代物理学的起点。
量子论:原子核世界中的开路先锋
量子假说与物理学界几百年来信奉的“自然界无跳跃”直接矛盾,因此量子理论出现后,许多物理学家不予接受。普朗克本人也十分动摇,后悔当初的大胆举动,甚至放弃了量子论继续用能量的连续变化来解决辐射 的问题。但是,历史已经将量子论推上了物理学新纪元的开路先锋的位置,量子论的发展已是锐不可当。
第一个意识到量子概念的普遍意义并将其运用到其它问题上的是爱因斯坦。他建立了光量子理论解释光电效应中出现的新现象。光量子论的提出使光的性质的历史争论进入了一个新的阶段。自牛顿以来,光的微粒说 和波动说此起彼伏,爱因斯坦的理论重新肯定了微粒说和波动说对于描述光的行为的意义,它们均反映了光的本质的一个侧面:光有时表现出波动 性,有时表现出粒子性,但它既非经典的粒子也非经典的波,这就是光的 波粒二重性。主要由于爱因斯坦的工作,使量子论在提出之后的最初十年 里得以进一步发展。
在1911年,卢瑟福提出了原子的行星模型,即电子围绕一个位于原子中心的微小但质量很大的核,即原子核的周围运动。在此后的20年中,物理学的大量研究集中在原子的外围电子结构上。这项工作创立了微观世界 的新理论,量子物理,并为量子理论应用于宏观物体奠定了基础。但是原 子中心微小的原子核仍然是个谜。
原子核是微观世界中的重要层次,量子力学是研究微观粒子运动规律的理论,是现代物理学的理论基础之一,是探索原子核奥秘所不可缺少的工具。在原子量子理论被提出后不久,物理学家开始探讨原子中微小的质 量核--原子核。在原子中,正电原子核在静态条件下吸引负电子。但是什么使原子核本身能聚合在一起呢?原子核包含带正电质子和不带电的中 子,两者之间存在巨大的排斥力,而且质子彼此排斥(不带电的中子没有 这种排斥力)。使原子核聚合在一起,并且克服质子间排斥力的是一种新 的强大的力,它只在原子核内部起作用。原子弹的巨大能量就来自这种强 大的核力。原子核和核力性质的研究对20世纪产生了巨大的影响,放射现 象、同位素、核反应、裂变、聚变、原子能、核武器和核药物都是核物理 学的副产品。
丹麦物理学家玻尔首次将量子假设应用到原子中,并对原子光谱的不连续性作出了解释。他认为,电子只在一些特定的圆轨道上绕核运行。在 这些轨道上运行时并不发射能量,只当它从一个较高能量的轨道向一个较 低轨道跃迁时才发射辐射,反之吸收辐射。这个理论不仅在卢瑟福模型的 基础上解决了原子的稳定性问题,而且用于氢原子时与光谱分析所得的实验结果完全符合,因此引起了物理学界的震动。玻尔指导了19世纪20到年 代的物理学家理解量子理论听起来自相矛盾的基本结构,他实际上既是这 种理论的“助产师”又是护士。
玻尔的量子化原子结构明显违背古典理论,同样招致了许多科学家的不满。但它在解释光谱分布的经验规律方面意外地成功,使它获得了很高的声誉。不过玻尔的理论只能用于解决氢原子这样比较简单的情形,对于多电子的原子光谱便无法解释。旧量子论面临着危机,但不久就被突破。在这方面首先取得突破的是法国物理学家德布罗意。他在大学时专业学的 是历史,但他的哥哥是研究X射线的着名物理学家。受他的影响,德布罗意大学毕业后改学物理,与兄长一起研究X射线的波动性和粒子性的问 题。经过长期思考,德布罗意突然意识到爱因斯坦的光量子理论应该推广到一切物质粒子,特别是光子。1923年9月到10月,他连续发表了三篇论文,提出了电子也是一种波的理论,并引入了“驻波”的概念描述电子在 原子中呈非辐射的静止状态。驻波与在湖面上或线上移动的行波相对,吉 它琴弦上的振动就是一种驻波。这样就可以用波函数的形式描绘出电子的 位置。不过它给出的不是我们熟悉的确定的量,而是统计上的“分布概 率”,它很好地反映了电子在空间的分布和运行状况。德布罗意还预言电 子束在穿过小孔时也会发生衍射现象。1924年,他写出博士论文“关于量 子理论的研究”,更系统地阐述了物质波理论,爱因斯坦对此十分赞赏。 不出几年,实验物理学家真的观测到了电子的衍射现象,证实了德布罗意 的物质波的存在。
沿着物质波概念继续前进并创立了波动力学的是奥地利物理学家薛定谔。他从爱因斯坦的一篇论文中得知了德布罗意的物质波概念后立刻接受了这个观点。他提出,粒子不过是波动辐射上的泡沫。1925年,他推出了一个相对论的波动方程,但与实验结果不完全吻合。1926年,他改而处理非相对论的电子问题,得出的波动方程在实验中得到了证实。
1925年,德国青年物理学家海森伯格写出了一篇名为《关于运动学和 力学关系的量子论重新解释》的论文,创立了解决量子波动理论的矩阵方法。玻尔理论中的电子轨道、运行周期这样古典的然而是不可测量的概念 被辐射频率和强度所代替。经过海森伯格和英国一位年轻的科学家狄喇克 的共同努力,矩阵力学逐渐成为一个概念完整、逻辑自洽的理论体系。
波动力学与矩阵力学各自的支持者们一度争论不休,指责对方的理论有缺陷。到了1926年,薛定谔发现这两种理论在数学上是等价的,双方才消除了敌意。从此这两大理论合称量子力学,而薛定谔的波动方程由于更易于掌握而成为量子力学的基本方程。
充满不确定性的量子论
海森伯格不确定原则是量子论中最重要的原则之一。它指出,不可能 同时精确地测量出粒子的动量和位置,因为在测量过程中仪器会对测量过 程产生干扰,测量其动量就会改变其位置,反之亦然。量子理论跨越了牛 顿力学中的死角。在解释事物的宏观行为时,只有量子理论能处理原子和 分子现象中的细节。但是,这一新理论所产生的似是而非的矛盾说法比光 的波粒二重性还要多。牛顿力学以确定性和决定性来回答问题,量子理论 则用可能性和统计数据来回答。传统物理学精确地告诉我们火星在哪里, 而量子理论让我们就原子中电子的位置进行一场赌博。海森伯格不确定性 使人类对微观世界的认识受到了绝对的限制,并告诉我们要想丝毫不影响 结果,我们就无法进行测量。 量子力学的奠基人之一薛定谔在1935年就意识到了量子力学中不确定 性的问题,并假设了一个着名的猫思维实验:“一只猫关在一钢盒内,盒 中有下述极残忍的装置(必须保证此装置不受猫的直接干扰):在盖革计 数器中有一小块辐射物质,它非常小,或许在1小时中只有一个原子衰 变。在相同的几率下或许没有一个原子衰变。如果发生衰变,计数管便放 电并通过继电器释放一个锤,击碎一个小小的氰化物瓶。如果人们使这整 个系统自在1个小时,那么人们会说,如果在此期间没有原子衰变,这猫 就是活的。第一次原子衰变必定会毒杀了这只猫。”
常识告诉我们那只猫是非死即活的,两者必居其一。可是按照量子力 学的规则,盒内整个系统处于两种态的叠加之中,一态中有活猫,另一态 中有死猫。但是有谁在现实生活中见过一个又活又死的猫呢?猫应该知道 自己是活还是死,然而量子理论告诉我们,这个不幸的动物处于一种悬而 未决的死活状态中,直到某人窥视盒内看个究竟为止。此时,它要么变得 生气勃勃,要么立刻死亡。如果把猫换成一个人,那么详谬变得更尖锐 了,因为这样一来,监禁在盒内的那位朋友会自始至终地意识到他是健康 与否。如果实验员打开盒子,发现他仍然是活的,那时他可以问他的朋 友,在此观察前他感觉如何,显然这位朋友会回答在所有的时间中他绝对 活着。可这跟量子力学是相矛盾的,因为量子理论认为在盒内的东西被观 察之前那位朋友仍处在活-死迭加状态中。
玻尔敏锐地意识到它正表征了经典概念的局限性,因此以此为基础提 出“互补原则”,认为在量子领域总是存在互相排斥的两种经典特征,正 是它们的互补构成了量子力学的基本特征。玻尔的互补原则被称为正统的 哥本哈根解释,但爱因斯坦一直不同意。他始终认为统计性的量子力学是 不完备的,而互补原理是一种绥靖哲学,因而一再提出假说和实验责难量 子论,但玻尔总能给出自洽的回答,为量子论辩护。爱因斯坦与玻尔的论 战持续了半个世纪,直到他们两人去世也没有完结。
爱因斯坦对量子论的质疑
薛定谔猫实验告诉我们,在原子领域中实在的佯谬性质与日常生活和 经验是不相关的,量子幽灵以某种方式局限于原子的阴影似的微观世界之中。如果遵循量子理论的逻辑到达其最终结论,则大部分的物理宇宙似乎 要消失于阴影似的幻想之中。爱因斯坦决不愿意接受这种逻辑结论。他反问:没有人注视时月亮是否实在?科学是一项不带个人色彩的客观的事 业,将观察者作为物理实在的一个关键要素的思想看来与整个科学精神相 矛盾。如果没有一个“外在的”具体世界供我们实验与测量,全部科学不 就退化为追逐想象的一个游戏了吗?
量子理论革命性的特点,一开始就引起了关于它的正确性及其解释内容的激烈争论,在20世纪中这个争论一直进行着。自然法则从根本上将是 否具有随机性?在我们的观察中是否存在实体?我们又是否受到了观察的 现象的影响?爱因斯坦率先从几个方面对量子理论提出质疑。他不承认自然法则是随机的。他不相信“上帝在和世界玩骰子”。在和玻尔的一系列 着名的论战中,爱因斯坦又一次提出了批判,试图结实量子理论潜在的漏 洞、错误和缺点。玻尔则巧妙地挫败了爱因斯坦的所有攻击。在1935年的一篇论文中,爱因斯坦提出了一个新证据:断言量子理论无法对自然界进 行完全的描述。根据爱因斯坦的说法,一些无法被量子理论预见的物理现 象应该能被观测到。这一挑战最终导致阿斯派特做了一系列着名的试验, 准备用这些试验解决这一争论。阿斯派特的实验详尽地证明了量子理论的 正确性。阿斯派特认为,量子理论能够预见但无法解释一些奇妙的现象, 爱因斯坦断言这一点是不可能的。由此似乎信息传播地比光速还快--很明 显地违背了相对论和因果律。阿斯派特的实验结论仍有争议,但它们已促 成了关于量子论的更多的奇谈怪论。
由玻尔和海森伯格发展起来的理论和哥本哈根派的观点,尽管仍有争 论,却逐渐在大多数物理学家中得到认可。按照该学派的观点,自然规律 既非客观的,也非确定的。观察者无法描述独立于他们之外的现实。就象 不确定律和测不准定律告诉我们的一样,观察者只能受到观察结果的影 响。按自然规律得出的实验性预见总是统计性的而非确定性的。没有定规 可寻,它仅仅是一种可能性的分布。
电子在不同的两个实验中表现出的波动性和粒子性这一表面上的矛盾 是互补性原理的有关例子。量子理论能够正确地、连续地预测电子的波动 性或粒子性,却不能同时对两者进行预测。按照玻尔的观点,这一矛盾是 我们在对电子性质的不断探索中,在我们的大脑中产生的,它不是量子理论的一部分。而且,从自然界中只能得到量子理论提供的有限的、统计性 的信息。量子理论是完备的:该理论未能告诉我们的东西或许是有趣的猜 想或隐喻。但这些东西既不可观测,也不可测量,因而与科学无关。 哥本哈根解释未能满足爱因斯坦关于一个完全客观的和决定性的物理 定律应该是什么样的要求。几年后,他通过一系列思维推理实验向玻尔发 起挑战。这些实验计划用来证明在量子理论中的预测中存在着不一致和错 误。爱因斯坦用两难论或量子理论中的矛盾向玻尔发难。玻尔把问题稍微思考几天,然后就能提出解决办法。爱因斯坦男买内过分地看重了一些东 西或者忽略了某些效应。有一次,具有讽刺意味的是爱因斯坦忘记了考虑 他自己提出的广义相对论。最终,爱因斯坦承认了量子理论的主观一致 性,但他仍固执地坚持一个致命的批判:EPR思维实验。
1935年,爱因斯坦和两个同事普多斯基和罗森合作写了一篇驳斥量子理论完备性的论文,在物理学家和科学思想家中间广为流传。该论文以三个人姓氏的第一个字母合称EPR论文。他们假设有两个电子:电子1和电子 2发生碰撞。由于它们带有相同的电荷,这种碰撞是弹性的,符合能量守 衡定律,碰撞后两电子的动量和运动方向是相关的。因而,如果测出了电 子1的位置,就能推知电子2的位置。假设在碰撞发生后精确测量电子1的 位置,然后测量其动量。由于每次只测量了一个量,测量的结果应该是准 确的。由于电子1、2之间的相关性,虽然我们没有测量电子2,即没有干 扰过它,但仍然可以精确推测电子2的位置和动量。换句话说,我们经过 一次测量得知了电子的位置和动量,而量子理论说这是不可能的,关于这 一点量子理论没有预见到。爱因斯坦及其同事由此证明:量子理论是不完 备的。
玻尔经过一段时间的思考,反驳说EPR实验非但没有证否量子理论, 而且还证明了量子理论的互补性原理。他指出,测量仪器、电子1和电子2 共同组成了一个系统,这是一个不可分割的整体。在测量电子1的位置的 过程中会影响电子2的动量。因此对电子1的测量不能说明电子2的位置和动量,一次测量不能代替两次测量。这两个结果是互补的和不兼容的,我 们既不能说系统中一个部分受到另一个部分的影响,也不能试图把两个不 同实验结果互相联系起来。EPR实验假定了客观性和因果关系的存在而得 出结论认为量子理论是不完备的,事实上这种客观性和因果性只是一种推 想和臆测。
现实世界中的量子论
尽管人们对量子理论的含义还不太清楚,但它在实践中获得的成就却 是令人吃惊的。尤其在凝聚态物质--固态和液态的科学研究中更为明显。 用量子理论来解释原子如何键合成分子,以此来理解物质的这些状态是再 基本不过的。键合不仅是形成石墨和氮气等一般化合物的主要原因,而且 也是形成许多金属和宝石的对称性晶体结构的主要原因。用量子理论来研 究这些晶体,可以解释很多现象,例如为什么银是电和热的良导体却不透 光,金刚石不是电和热的良导体却透光?而实际中更为重要的是量子理论 很好地解释了处于导体和绝缘体之间的半导体的原理,为晶体管的出现奠 定了基础。1948年,美国科学家约翰·巴丁、威廉·肖克利和瓦尔特·布 拉顿根据量子理论发明了晶体管。它用很小的电流和功率就能有效地工 作,而且可以将尺寸做得很小,从而迅速取代了笨重、昂贵的真空管,开 创了全新的信息时代,这三位科学家也因此获得了1956年的诺贝尔物理学 奖。另外,量子理论在宏观上还应用于激光器的发明以及对超导电性的解 释。
而且量子论在工业领域的应用前景也十分美好。科学家认为,量子力 学理论将对电子工业产生重大影响,是物理学一个尚未开发而又具有广阔 前景的新领域。目前半导体的微型化已接近极限,如果再小下去,微电子 技术的理论就会显得无能为力,必须依靠量子结构理论。科学家们预言, 利用量子力学理论,到2010年左右,人们能够使蚀刻在半导体上的线条的 宽度小到十分之一微米(一微米等于千分之一毫米)以下。在这样窄小的 电路中穿行的电信号将只是少数几个电子,增加一个或减少一个电子都会 造成很大的差异。
美国威斯康星大学材料科学家马克斯·拉加利等人根据量子力学理论 已制造了一些可容纳单个电子的被称为“量子点”的微小结构。这种量子 点非常微小,一个针尖上可容纳几十亿个。研究人员用量子点制造可由单 个电子的运动来控制开和关状态的晶体管。他们还通过对量子点进行巧妙 的排列,使这种排列有可能用作微小而功率强大的计算机的心脏。此外, 美国得克萨斯仪器公司、国际商用机器公司、惠普公司和摩托罗拉公司等 都对这种由一个个分子组成的微小结构感兴趣,支持对这一领域的研究, 并认为这一领域所取得的进展“必定会获得极大的回报”。
科学家对量子结构的研究的主要目标是要控制非常小的电子群的运动 即通过“量子约束”以使其不与量子效应冲突。量子点就有可能实现这个 目标。量子点由直径小于20纳米的一团团物质构成,或者约相当于60个硅 原子排成一串的长度。利用这种量子约束的方法,人们有可能制造用于很 多光盘播放机中的小而高效的激光器。这种量子阱激光器由两层其他材料 夹着一层超薄的半导体材料制成。处在中间的电子被圈在一个量子平原 上,电子只能在两维空间中移动。这样向电子注入能量就变得容易些,结 果就是用较少的能量就能使电子产生较多的激光。
美国电话电报公司贝尔实验室的研究人员正在对量子进行更深入的研 究。他们设法把量子平原减少一维,制造以量子线为基础的激光器,这种 激光器可以大大减少通信线路上所需要的中继器。
美国南卡罗来纳大学詹姆斯·图尔斯的化学实验室用单个有机分子已 制成量子结构。采用他们的方法可使人们将数以十亿计分子大小的装置挤 在一平方毫米的面积上。一平方毫米可容纳的晶体管数可能是目前的个人 计算机晶体管数的1万倍。纽约州立大学的物理学家康斯坦丁·利哈廖夫 已用量子存储点制成了一个存储芯片模型。从理论上讲,他的设计可把1 万亿比特的数据存储在大约与现今使用的芯片大小相当的芯片上,而容量 是目前芯片储量的1·5万倍。有很多研究小组已制出了利哈廖夫模型装置 所必需的单电子晶体管,有的还制成了在室温条件下工作的单电子晶体 管。科学家们认为,电子工业在应用量子力学理论方面还有很多问题有待 解决。因此大多数科学家正在努力研究全新的方法,而不是仿照目前的计 算机设计量子装置。
量子论与相对论能统一吗?
量子理论提供了精确一致地解决关于原子、激光、X射线、超导性以 及其他无数事情的能力,几乎完全使古老的经典物理理论失去了光彩。但我们仍旧在日常的地面运动甚至空间运动中运用牛顿力学。在这个古老而 熟悉的观点和这个新的革命性的观点之间一直存在着冲突。
宏观世界的定律保持着顽固的可验证性,而微观世界的定律具有随机性。我们对抛射物和彗星的动态描述具有明显的视觉特征,而对原子的描述不具有这种特征,桌子、凳子、房屋这样的世界似乎一直处于我们的观 察中,而电子和原子的实际的或物理性状态没有缓解这一矛盾。如果说这些解释起了些作用的话,那就是他们加大了这两个世界之间的差距。
对大多数物理学家来说,这一矛盾解决与否并无大碍,他们仅仅关心他们自己的工作,过分忽视了哲学上的争议和存在的冲突。毕竟,物理工作是精确地预测自然现象并使我们控制这些现象,哲学是不相关的东西。
广义相对论在大尺度空间、量子理论在微观世界中各自取得了辉煌的成功。基本粒子遵循量子论的法则,而宇宙学遵循广义相对论的法则,很难想象它们之间会出现大的分歧。很多科学家希望能将这两者结合起来, 开创一门将从宏观到微观的所有物理学法则统一在一起的新理论。但迄今 为止所有谋求统一的努力都遭到失败,原因是这两门20世纪物理学的重大学科完全矛盾。是否能找到一种比现有的这两种理论都好的新理论,使这两种理论都变得过时,正如它们流行之前的种种理论遇到的情况那样呢?
❽ 狄拉克,海森堡,薛定萼,普朗克,波尔谁是量力第一人
量子力学的建立与发展经历了相当长的时间,诸多一流的物理学家都对量子力学的建立和发展做出了巨大的贡献。你所列举的几位都是物理学界的巨擘,他们每个人都是不朽的思想。量子力学,更直白的说,是人类为了认识和描述微观世界发展起来的一门系统的学科,可与宏观世界的经典力学系统相对应。所以说,在量子草创之时,每一点认识都是艰难的,具有重要意义的。很难说谁是第一人,谁的贡献大,这是一个延续的过程,没有前人的探索,后者的发现只能是昙花一梦。但是,可以肯定的是,量子的概念是普朗克提出来的,而之后扛量子大旗的是波尔及其弟子一派,连爱因斯坦都是站在量子对立面的。波尔是最初的转变思想的人。
❾ 狄莱波尔是品牌吗
狄来波尔也属一个品牌,也是经过正规厂家出品的