量子力学的编年史以及体会

Question

如题所述

Answer 1

1. 在1923年，路易·德布罗意在其博士论文中提出，光的粒子性质与波动性质应当是对应存在的。他将粒子的波长与动量联系起来，揭示了波长与动量之间的关系。尽管当时人们尚不清楚粒子的波动性意味着什么，也不知道它与原子结构有何关联，但德布罗意的假设为后来的物理学发展奠定了基础。
2. 1924年夏天，萨地扬德拉·N·玻色提出了一种新的方法来解释普朗克辐射定律。他将光子视为一种无质量的粒子组成的气体，并提出了基于粒子全同性的一种新的统计理论。爱因斯坦随后将这一理论应用于有质量的气体，得出了著名的玻色-爱因斯坦分布。尽管这一理论与经典理论在一般情况下预测结果相同，但其关键思想——粒子的全同性，对物理学的发展具有重要意义。
3. 1925年，韦纳·海森堡、马克斯·玻恩和帕斯库尔·约当提出了量子力学的第一个版本——矩阵力学。这一理论放弃了通过系统的方法整理可观察的光谱线来理解原子中电子的运动这一历史目标。同年，埃尔温·薛定谔提出了量子力学的第二种形式——波动力学，通过波函数描述体系的状态。尽管矩阵力学和波动力学在形式上看似矛盾，但它们实质上是等价的。
4. 电子遵循的费米-狄拉克统计规律以及所有粒子遵循的玻色-爱因斯坦统计规律揭示了粒子基本属性的差异。这些统计规律对于理解粒子行为和物质性质至关重要。
5. 尼尔斯·玻尔提出了互补原理，试图解释量子理论中的矛盾，特别是波粒二象性。互补原理是一个哲学原理，对于理解量子现象具有重要意义。
6. 量子力学的创立者大多是年轻人。1925年，泡利25岁，海森堡和恩里克·费米24岁，狄拉克和约当23岁。薛定谔则稍晚一些，36岁。玻恩和玻尔虽然年龄稍大，但他们的贡献主要是阐释性的。爱因斯坦拒绝接受导致量子理论的许多关键观念，他的贡献主要集中在玻色-爱因斯坦统计理论，这也是他对物理学的最后一项重要贡献。
7. 1928年，量子力学的基础已经建立。Abraham Pais以轶事的形式记录了这场以狂热节奏发生的革命。其中一段描述了1925年，玻尔在前往荷兰莱顿参加亨德里克·A·洛伦兹50岁生日庆典的途中，泡利、爱因斯坦和海森堡等科学家纷纷向玻尔表达了对电子自旋概念的看法，最终使玻尔成为自旋的支持者。
8. 量子力学的创建引发了科学界的淘金热。1927年，海森堡建立了原子结构理论的基础；John Slater、Douglas Rayner Hartree和Vladimir Fock提出了原子结构的一般计算技巧；Fritz London和Walter Heitler解决了氢分子的结构，为理论化学的发展奠定了基础；Arnold Sommerfeld和泡利建立了金属电子理论的基础，Felix Bloch创立了能带结构理论；海森堡解释了铁磁性的起因。1928年，George Gamow解释了α放射性衰变的随机本性之谜，Hans Bethe建立了核物理的基础并解释了恒星的能量来源。这些成果使原子物理、分子物理、固体物理和核物理进入了现代物理的时代。