量子力學是描寫微觀物質的一個物理學理論,與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱,許多物理學理論和科學如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及其它相關的學科都是以量子力學為基礎。
19世紀末,古典力學和古典電動力學在描述微觀系統時的不足越來越明顯。量子力學是在20世紀初由馬克斯·普朗克、尼爾斯·波耳、沃納·海森堡、埃爾溫·薛丁格、沃爾夫岡·包立、路易·德布羅意、馬克斯·玻恩、恩里科·費米、保羅·狄拉克等一大批物理學家共同創立的。通過量子力學的發展人們對物質的結構以及其交互作用的見解被革命化地改變。通過量子力學許多現象才得以真正地被解釋,新的、無法直接想像出來的現象被預言,但是這些現象可以通過量子力學被精確地計算出來,而且後來也獲得了非常精確的實驗證明。除通過廣義相對論描寫的重力外,至今所有其它物理基本交互作用均可以在量子力學的框架內描寫(量子場論)。
量子力學是一個相當怪異的玩意兒。一方面它非常成功,可以很精準的預測出實驗的結果。可是在另一方面,量子力學所呈現的世界觀是那麼的荒誕,激烈地衝擊我們從古典物理中培養出的直覺。這讓許多物理學家覺得很不自在。例如本世紀最著名的物理學家愛因斯坦,一輩子拒絕接受量子力學。他曾經在與別人討論量子力學時,問了一句連小學生都知道答案的問題:「是不是只有當你在看它的時候,月亮才在那兒呢?」這個奇怪的問題只有擺在量子力學框架中,才不至於顯得突兀。反過來講,愛因斯坦有此一問,十足反襯了量子力學的荒謬。
。
量子力學就是為了要解釋原子穩定性而被逼出來的學問,若非實驗結果環環相扣,把物理學家逼至死角,我相信無論多麼聰明的人,如何苦思也不可能憑空想出量子力學。當初若非有更多的實驗來引導我們的思考方向,要解開原子之謎,恐怕是一點頭緒也沒有。我們還需要多知道一些關於「光」的知識,方才能掌握足夠的線索。
量子一詞來自拉丁語quantus,意為「有多少」,代表「相當數量的某事」。在物理學中常用到量子的概念,量子是一個不可分割的基本個體。例如,一個「光的量子」是光的單位。而量子力學、量子光學等等更成為不同的專業研究領域。
其基本概念是所有的有形性質也許是"可量子化的"。"量子化" 指其物理量的數值會是一些特定的數值,而不是任意值。例如,在(休息狀態的)原子中,電子的能量是可量子化的。這能決定原子的穩定和一般問題。
在20世紀的前半期,出現了新的概念。許多物理學家將量子力學視為瞭解和描述自然的的基本理論。
量子物理是根據量子化的物理分支,在1900年以理論來建立。由於馬克斯·普朗克(M. Planck)釋所謂的黑體輻射。他的工作根本上合併了量子化用同樣方式,到了今天它仍被使用。但他嚴重地衝擊了經典物理學,需要了另外30年的研究,就是在量子論未確立之前。直到現在一些主張仍然不能被充分地瞭解。這裡有很多需要學習的地方。包括科學的本質是怎麼出現。
不光是普朗克對這個新概念感到困擾。當時德國物理社會中黑體研究成為焦點。在10月、11月和12月會議前夕,對他的科學同事報告公開他的新想法。就這樣謹慎的實驗學家(包括F. Paschen,O.R. Lummer,E. Pringsheim,H.L. Rubens,和F. Kurlbaum)和一位理論家迎接最巨大的科學革命。
黑體輻射量子方程
當物體被加熱,它以電磁波的形式散發紅外線輻射。這是瞭解清楚和明白最明顯的重要性。當物體變得熾熱,紅色波長部分開始變得可見。但是大多數熱輻射仍然是紅外線,除非直到物體變得像太陽的表面一樣熱。這是當時的實驗室內不能夠達成的而且只可以量度部分黑體光譜。
黑體幅射量子方程是量子力學的第一部分。在1900年10月7日面世。
能量 E、輻射頻率 f 及溫度 T 可以被寫成:
h 是普朗克常數及 k 是玻爾茲曼常數。兩者都是物理學中的基礎。基礎能量的量子是 hf。可是這個單位正常之下不存在並不需要量子化。
從實驗中普郎克推算到h 及 k的數值。因此他在1900年12月14日的德國物理學學會會議中第一次發表能量量子化數值、Avogadro-Loschmidt數的數值、一個分子摩爾(mole)的數值及基本電荷。這數值比以前更準確。這代表量子力學的誕生。
http://www.youtube.com/watch?v=y4VP1tcnj8k
文章定位: