量子力学

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数学地描述次微粒子的波动性质的物理分支,就是量子力学,又叫波动力学。

1900年,Max Planck发现固体的原子以一定的频率mew振动,他推论振动的原子具有确定的能量E = nh×mew, 其中h为常数,其值为6.63×10^(-34) (J.s) n只能取正整数值,称为量子数。

能量的量子化似乎与我们的常识相矛盾:我们能说物体的速度只能是12 3 。。。Km/h,而不能是1.5Km/h吗?Planck自己也对此感到不安;但Einstein却大胆地把Planck的工作推广到光的结构,假定光子(具有电磁能量的粒子)的能量E与其频率mew成正比:E = h×mew,由此可以解释光电效应:当以定频率的光照射在金属表面时,会有电子释放出来;光子击中电子时,其能量足以使电子摆脱金属的吸引力。

光子的静止质量为零,但是,当它却具有相对质量m。根据Einstein的能量公式: E=mc^2 = h×mew, 就有: 波长Lamda = c/mew = h/mc

1933年,德国物理学家Ernst Ruska利用电子的波动性质,制造了第一台电子显微镜,让人们可以看清极其微小的物体,并因此分享了1986年的Nobel物理奖。

1923年,法国物理学家Louis De Broglie把这推广到任何物体:对于具有质量m和速度v的物体,应当具有波长Lamda = h/mv。比如,一个质量为0.145Kg的棒球,速度为27 m/s时,其波长大约为10^(-34)米。

Broglie的公式只能用于没有力的环境,但是电子却受到原子核的吸引力。1926年,Erwin SchrodingerBroglie公式的指引,发展了量子力学。

1927年,Werner Heisenberg证明了不确定性准则:粒子的位置的不确定性与冲量的不确定性之积大于h/(4×Pi)。这样,电子在原子中的位置就不能确定,只能用概率来表示。对于给定的能量级,粒子在某个区域的概率用波动函数Psi的平方表出,Psi则通过一个量子力学方程–Schrodinger方程给出:离原子核越近其值越大,随着离核的距离的增加,其值快速趋向于零,但不会等于零,这表明原子并不局限于一个确定的边界。

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