量子力学 第一章:量子物理学百年回顾 肖志广 中国科学技术大学物理学院近代物理系 xiaozg@ustc.edu.cn 2019年9月3日
量子力学 第一章：量子物理学百年回顾 肖志广 中国科学技术大学物理学院近代物理系 xiaozg@ustc.edu.cn 2019 年 9 月 3 日
量子力学简介 19世纪末20世纪初,牛顿力学,热力学统计物理以及电磁理 论对宏观世界的物理描述已经比较完善。 ◎但是,随着人们对微观世界探索的深入,人们发现经典物理学 用来微观世界会遇到许多困难。 人们对经典物理不能处理的黑体辐射,光电效应,原子光谱的 深入研究,建立了描述微观世界粒子运动规律的量子力学。 ◎微观粒子与宏观物体运动一个显著的不同就是概率是微观粒子 运动的内禀属性。 ◎20世纪量子力学建立并运用到其他领域如原子物理,原子核理 论,量子化学,固体理论,量子电子学,超导超流等理论,推 进人们对大自然各方面的认识。 其广泛应用导致了新技术迅猛的发展:半导体技术的应用,新 兴的信息产业 量子力学的应用还有很大的潜力有待我们进一步发掘。 我们首先来回顾一下20世纪初人们建立量子力学的过程
量子力学简介 19 世纪末 20 世纪初，牛顿力学，热力学统计物理以及电磁理 论对宏观世界的物理描述已经比较完善。 但是，随着人们对微观世界探索的深入，人们发现经典物理学 用来微观世界会遇到许多困难。 人们对经典物理不能处理的黑体辐射，光电效应，原子光谱的 深入研究，建立了描述微观世界粒子运动规律的量子力学。 微观粒子与宏观物体运动一个显著的不同就是概率是微观粒子 运动的内禀属性。 20 世纪量子力学建立并运用到其他领域如原子物理，原子核理 论，量子化学，固体理论，量子电子学，超导超流等理论，推 进人们对大自然各方面的认识。 其广泛应用导致了新技术迅猛的发展：半导体技术的应用，新 兴的信息产业。 量子力学的应用还有很大的潜力有待我们进一步发掘。 我们首先来回顾一下 20 世纪初人们建立量子力学的过程
宏观世界中的经典物理学: 20世纪前发展起来的经典物理学 ●力学( Mechanics) Newton(1643-1727)三定律,万有引力定律。 数学发展:Eue(1707-1783), Lagrange(1736-1813) Hamilton(1805-1865), Jobi(1804-1851) E图图 Lagrang 精确描述宏观物体的杋械运动:星体的轨道运动,刚体,弹性 物体,流体流动,波动(水波,声波)等 广泛的应用:机械工程,工业革命
宏观世界中的经典物理学： 20 世纪前发展起来的经典物理学 力学 (Mechanics):Newton(1643–1727) 三定律, 万有引力定律。 数学发展：Euler(1707–1783)，Lagrange(1736–1813), Hamilton(1805–1865), Jcobi(1804–1851). 精确描述宏观物体的机械运动：星体的轨道运动, 刚体，弹性 物体，流体流动，波动（水波，声波）等 广泛的应用：机械工程，工业革命
宏观世界中的经典物理学: 热力学统计力学:工业革命中热机的广泛使用 热力学第一定律:能量守恒, Joule(1818-1889) Mayer(18141878), Helmholtz(1821-1894) 热力学第二定律:熵( entropy), Carnot(1818-1889 Kelvin(1824-1907), Clausius(1822-188 角图
宏观世界中的经典物理学： 热力学统计力学: 工业革命中热机的广泛使用 热力学第一定律：能量守恒，Joule (1818–1889), Mayer(1814-1878), Helmholtz (1821-1894). 热力学第二定律：熵 (entropy)，Carnot(1818–1889), Kelvin(1824–1907), Clausius(1822–1888)
●统计力学( statistcal mechanics): Maxwell, boltzmann(1844 使宏观热现象与微观粒子的运动产生了联系:温度→微观粒子 的热运动的平均动能 熵→宏观状态微观状态数,发生的概率( Boltzmann)。 在经典物理中引入了概率。 Boltzmann的统计力学使得对热现象的研究成为了力学的一个 分支。但是当时统计力学并没有被大多数人接受。即使是物质 是由原子分子这样的徽观粒子构成的假说仍然没有被广泛的接
统计力学 (statistcal mechanics)：Maxwell, Boltzmann(1844– 1906). 使宏观热现象与微观粒子的运动产生了联系: 温度 → 微观粒子 的热运动的平均动能; 熵 → 宏观状态微观状态数, 发生的概率 (Boltzmann)。 在经典物理中引入了概率。 Boltzmann 的统计力学使得对热现象的研究成为了力学的一个 分支。但是当时统计力学并没有被大多数人接受。即使是物质 是由原子分子这样的微观粒子构成的假说仍然没有被广泛的接 受