經(jīng)典力學(xué)、相對(duì)論與量子論的關(guān)系:
經(jīng)典力學(xué)改變了自古代以來(lái)人們的認(rèn)識(shí)論和方法論。相對(duì)論打破了牛頓以來(lái)傳統(tǒng)的絕對(duì)時(shí)空觀,但并非全盤(pán)否定牛頓力學(xué)。牛頓力學(xué)反映的是宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律,而相對(duì)論反映的是物體高速運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律,是對(duì)牛頓力學(xué)的繼承和發(fā)展。牛頓力學(xué)是相對(duì)論的一種特例(物體低速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)),包括在相對(duì)論體系中。量子論則是研究微觀世界粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。量子論與相對(duì)論一起,構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。
量子論的誕生與發(fā)展:
1、誕生的背景:
。1)19世紀(jì)末20世紀(jì)初,電子和放射性的發(fā)現(xiàn),打開(kāi)了原子的大門(mén),使人們對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)深入到了原子內(nèi)部。
(2)大量的實(shí)驗(yàn)表明,微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不能用通常的宏觀物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行描述。量子論在這種背景下誕生。
2、量子論的誕生、發(fā)展和量子力學(xué):
。1)誕生:1900年,德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出量子假說(shuō),宣告了量子論的誕生。
(2)發(fā)展:
、賽(ài)因斯坦利用量子論成功地解釋了光電效應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象及光的本質(zhì),進(jìn)一步推動(dòng)了量子論的發(fā)展。
、诘溛锢韺W(xué)家玻爾把量子論用于原子結(jié)構(gòu)的研究,創(chuàng)立了原子結(jié)構(gòu)的理論。
③經(jīng)過(guò)這些科學(xué)家的共同努力,到1925年左右量子力學(xué)最終建立。量子力學(xué)是研究微觀世界粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。
3、量子論和量子力學(xué)的影響:
。1)量子論使人類對(duì)微觀世界的基本認(rèn)識(shí)取得革命性的進(jìn)步,成為20世紀(jì)最深刻、最有成就的科學(xué)理論之一。
。2)量子論與相對(duì)論一起構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ),并彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在認(rèn)識(shí)宏觀世界和微觀世界方面的不足。
。3)推動(dòng)了物理學(xué)自身的進(jìn)步,開(kāi)闊了人們的視野,改變了人們認(rèn)識(shí)世界的角度和方式。
4、量子論誕生的意義:
它與相對(duì)論一起,構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。相對(duì)論和量子論彌補(bǔ)了經(jīng)典力學(xué)在認(rèn)識(shí)宏觀世界和微觀世界方面的不足。它們的提出,不僅推動(dòng)了物理學(xué)自身的進(jìn)步而且開(kāi)闊了人們的視野,改變了人們認(rèn)識(shí)世界的角度和方式。人類對(duì)客觀規(guī)律的認(rèn)識(shí)開(kāi)始從宏觀世界深入到了微觀世界。
普朗克和量子論的發(fā)展:
普朗克(1858—1947)是近代偉大的德國(guó)物理學(xué)家、量子論的奠基人。1858年4月23日生于基爾。1879年普朗克在慕尼黑大學(xué)獲得博士學(xué)位后,先后在慕尼黑大學(xué)和基爾大學(xué)任教。1900年,他在黑體輻射研究中引入能量量子。12月14日,在德國(guó)物理學(xué)會(huì)的例會(huì)上,普朗克作了《論正常光譜中的能量分布》的報(bào)告。在這個(gè)報(bào)告中,他激動(dòng)地闡述了自己最驚人的發(fā)現(xiàn)。他說(shuō),為了從理論上得出正確的輻射公式,必須假定物質(zhì)輻射(或吸收)的能量不是連續(xù)地而是一份一份地進(jìn)行的,只能取某個(gè)最小數(shù)值的整數(shù)倍。這個(gè)最小數(shù)值就叫能量子,輻射頻率是ν的能量的最小數(shù)值ε=hν。其中h,普朗克當(dāng)時(shí)把它叫做基本作用量子,現(xiàn)在叫做普朗克常數(shù)。由此,量子論創(chuàng)立。由于這一發(fā)現(xiàn),普朗克獲得1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他一生發(fā)表了215篇研究論文和7部著作。在普朗克誕辰80周年的慶祝會(huì)上,人們“贈(zèng)給”他一個(gè)小行星,并命名為“普朗克行星”。量子論不僅給光學(xué),也給整個(gè)物理學(xué)提供了新的概念,故通常把它的誕生視為近代物理學(xué)的起點(diǎn)。
第一個(gè)意識(shí)到量子概念的普遍意義并將其運(yùn)用到其他問(wèn)題上的科學(xué)家是愛(ài)因斯坦,他建立了光量子理論解釋光電效應(yīng)中出現(xiàn)的新現(xiàn)象。此外,玻爾、德布羅意等許多科學(xué)家也對(duì)量子論的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。量子論的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)主要階段:古典量子論(普朗克、愛(ài)因斯坦、玻爾、索未菲、康普頓),量子力學(xué)(德布羅意、薛定諤、海森伯、約爾丹、玻恩)以及最新的相對(duì)論量子力學(xué)或量子場(chǎng)論。但是,否定量子論或?qū)λ幸蓡?wèn)的科學(xué)家也不少,即使是贊同量子論的科學(xué)家之間也有很大的爭(zhēng)論,如愛(ài)因斯坦和玻爾。盡管人們對(duì)量子理論的爭(zhēng)論一直沒(méi)有消除,但它在實(shí)踐中獲得的成就卻是令人吃驚的。用量子理論來(lái)研究金屬和寶石這些晶體,可以解釋很多現(xiàn)象,例如,為什么銀是電和熱的良導(dǎo)體卻不透光,金剛石不是電和熱的良導(dǎo)體卻透光?實(shí)際上,更為重要的是量子理論很好地解釋了處于導(dǎo)體和絕緣體之間的半導(dǎo)體的原理,為晶體管的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。而且量子論在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景也十分美好?茖W(xué)家認(rèn)為,量子力學(xué)理論將對(duì)電子工業(yè)產(chǎn)生重大影響,是物理學(xué)一個(gè)尚未開(kāi)發(fā)而又具有廣闊前景的新領(lǐng)域。