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西北大學(xué)Quantum Mechanics碩士課程輔導(dǎo)

發(fā)布時間:2022-12-28 12:00

量子力學(xué),處理原子和亞原子尺度上的物質(zhì)和光的行為的科學(xué)。它試圖描述和說明分子和原子及其成分--電子、質(zhì)子、中子和其他更深奧的粒子(如夸克和膠子)的特性。這些屬性包括粒子之間的相互作用以及與電磁輻射(即光、X射線和伽馬射線)的相互作用。

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一、基本考慮

在基本層面上,輻射和物質(zhì)都具有粒子和波的特性??茖W(xué)家們逐漸認(rèn)識到,輻射具有粒子的特性,而物質(zhì)具有波的特性,這為量子力學(xué)的發(fā)展提供了推動力。受牛頓的影響,18世紀(jì)的大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為,光是由粒子組成的,他們稱之為光團(tuán)。大約從1800年起,光的波浪理論開始積累證據(jù)。大約在這個時候,托馬斯-楊表明,如果單色光通過一對狹縫,出現(xiàn)的兩束光就會發(fā)生干涉,從而在屏幕上出現(xiàn)一個由明暗交替的條紋圖案。這些條紋很容易被光的波浪理論所解釋。根據(jù)該理論,當(dāng)來自兩個狹縫的波峰(和波谷)同時到達(dá)屏幕時,就會產(chǎn)生亮帶;當(dāng)一個波峰與另一個波谷同時到達(dá)時,就會產(chǎn)生暗帶,而且兩束光的效果會抵消。從1815年開始,法國的奧古斯丁-讓-菲涅爾等人的一系列實驗表明,當(dāng)一束平行的光通過一條狹縫時,出現(xiàn)的光束不再平行,而是開始發(fā)散;這種現(xiàn)象被稱為衍射??紤]到光的波長和儀器的幾何形狀(即狹縫的分離和寬度以及從狹縫到屏幕的距離),人們可以使用波浪理論來計算每種情況下的預(yù)期圖案;該理論與實驗數(shù)據(jù)完全一致。

二、普朗克的輻射定律

到19世紀(jì)末,物理學(xué)家?guī)缀跗毡榻邮芰斯獾牟ɡ死碚摗H欢M管經(jīng)典物理學(xué)的思想解釋了與光的傳播有關(guān)的干涉和衍射現(xiàn)象,但它們并沒有說明光的吸收和發(fā)射問題。所有的身體都會以熱量的形式輻射出電磁能量;事實上,一個身體會在所有的波長下發(fā)出輻射。不同波長的輻射能量在某一波長上是最大的,該波長取決于身體的溫度;身體越熱,最大輻射的波長就越短。試圖用經(jīng)典的想法來計算黑體輻射的能量分布是不成功的。(黑體是一個假設(shè)的理想體或表面,它吸收和再吸收落在它身上的所有輻射能量)。由德國的Wilhelm Wien提出的一個公式與長波長的觀察結(jié)果不一致,而由英國的Lord Rayleigh (John William Strutt)提出的另一個公式則與短波長的觀察結(jié)果不一致。

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