第五节　量子理论的发展

　　一、量子力学的发展线索与代表人物

　　1.量子力学：研究微观粒子运动的基本理论，它和相对论构成近代物理学的两大支柱。

　　2.线索

　　3.代表人物

　　泡利——提出不相容原理（1924年）
　　德布罗意——提出物质波（1923年）31岁
　　海森堡——提出矩阵力学（1925年）24岁
　　薛定谔——提出波动方程（1926年）39岁
　　狄拉克——非相对论量子力学（1926年）24岁
　　波恩——对波函数的物理诠释
　　玻尔——互补原理和对量子力学诠释（1927年）

二、矩阵力学的创立

　　1.海森堡的贡献

　　海森堡在索末菲、玻尔等人指导下，认识到在原子物理中，轨道上运行的电子位置和速度是不可观察的，因而需要用可观察量去描写电子所处的状态，他认为n是原子定态的量子数，光谱频率ω和振幅A是原子现象的可观察量，海森堡用频率和振幅表示了坐标

　　海森堡决定用新思路去描述微观世界。

　　2.波恩的思索

　　波恩看到海森堡的论文《关于运动学和动力学关系的量子论解释》后，经过8天的苦苦思索，终于认识到海森堡的数集，是他在大学里学过的矩阵，这样某力学量就可以用一些元素组成的矩阵来表示。

　　3.算符的引进

　　由海森堡、波恩等引入到量子力学中。在量子力学中用算符表示力学量，它可以作用在一个函数上，得出另一个函数。比如动量算符

　　泡利用海森堡的矩阵力学解决了三个方面的问题，矩阵力学成长建立起来。

三、波动力学的建立

　　1.德布罗意波

　　1)德布罗意（1892-1960）:法国人，一战服役六年，原来从事历史研究，受其兄影响，改学物理，1924年获博士学位，1932年任巴黎大学物理教授，1933年被选为法国科学院院士，1929年获诺贝尔物理奖。

　　2)德布罗意的观点:既然光具有波粒二象性，那么实物粒子如电子、质子等也应该具有波动性和粒子性。

　　3)实验验证:1923年9～10月，德布罗意在法国科学院《通报》上，发表了三篇文章，提出了物质波的思想，并指出这种波的波长为。

　　戴维森——革末实验：美国人，贝尔电话实验室研究员

　　G.P. 汤姆逊实验　　　　　　　　　　　　　　　演示汤姆逊实验

　　由于他们实验的成功，实物粒子也具有波动性的理论被证实了，他们也因此获得了1937年的诺贝尔奖。

　　2.薛定谔的创建

　　1）薛定谔(1887-1961):奥地利人，物理学博士。曾先后担任苏黎士、柏林大学的物理学教授，在爱尔兰工作了17年，1933年获诺贝尔物理学奖。

　　1944年发表《生命是什么》，给生命科学注入了新的活力。

　　2）薛定谔方程：薛定谔在德布罗意、爱因斯坦的启发影响下，在1926年1-6月，连续发表了四篇论文，系统阐明了波动力学的理论，提出了量子力学中著名的薛定谔方程。

　　3.矩阵力学与波动力学的统一

　　既然矩阵力学与波动力学描述了同一物理现象，它们之间是否存在着内在的联系？薛定谔证明了矩阵力学和波动力学的等价性，1926年，狄拉克提出了普遍的变换理论，使两种力学进一步得到和谐与统一，将其统称为量子力学，并引进了狄拉克方程，奠定了粒子物理和量子电动力学的基础，因此狄拉克与薛定谔共获1933年诺贝尔物理奖。

　　总之，量子力学冲破了经典物理的局限，迅速发展起来，成为我们研究微观世界的有力武器。普朗克、卢瑟福、玻尔、德布罗意、薛定谔、海森堡等科学家为追求真理而勇于探索的精神，成为我们学习的榜样。