1.1 為什么要研究量子力學(xué)抡驼? Introduction to quantum mechemics

1900年

故事要從上世紀(jì)初開(kāi)始鬼廓,牛頓三大定律,麥克斯韋方程組致盟,經(jīng)典熱力學(xué)都在告訴我們同一個(gè)真理碎税,“世界是可以預(yù)測(cè)的”!所以就誕生了很多在現(xiàn)在看來(lái)有些“打臉”的言論馏锡,比如

給我一個(gè)常數(shù)雷蹂,我就可以預(yù)測(cè)未來(lái)。

拉普拉斯(1820)

物理學(xué)定律公理全都搞定了杯道,剩下改改小數(shù)點(diǎn)第六位就行了匪煌。

邁克爾遜(1903)

我們可以用現(xiàn)在流行的那句”知識(shí)越貧乏,越是擁有一種莫名奇怪的自豪感”來(lái)形容這些信誓旦旦的言論,但是我們同時(shí)也應(yīng)該明白,科學(xué)就是一個(gè)不斷試錯(cuò)的過(guò)程萎庭,或者說(shuō)大部分時(shí)間里玛歌,我們都要忍受科學(xué)帶來(lái)的不確定結(jié)果,因?yàn)椴恢裁磿r(shí)候它就有可能會(huì)顛覆我們的認(rèn)知擎椰,而“可證偽性”恰恰就是科學(xué)和信仰的區(qū)別支子,所以用現(xiàn)在的目光來(lái)審視前人的同時(shí)也應(yīng)該報(bào)以寬容。

但任何事情都不會(huì)一帆風(fēng)順达舒,表面一馬平川的科研前路上值朋,黑夜悄悄醞釀著。?

1900年4月27日巩搏,76歲的英國(guó)著名物理學(xué)家威廉·湯姆生昨登,開(kāi)爾文男爵發(fā)表了著名演講,名為“熱和光動(dòng)力理論上空的十九世紀(jì)的烏云”贯底,在展望20世紀(jì)物理學(xué)前景時(shí)丰辣,他用用科學(xué)家敏銳的嗅覺(jué)提醒科學(xué)同僚們注意懸每個(gè)人頭頂上的三朵烏云:

著名的三朵烏云:

1. 黑體光譜:加熱一個(gè)金屬球,它會(huì)釋放什么顏色的光呢禽捆??

2. 光電效應(yīng):用光照一個(gè)物體出現(xiàn)的現(xiàn)象和預(yù)測(cè)竟然截然相反笙什??

3. 亮線光譜:Bright line spectra

具體解釋

? ?1. 紫外災(zāi)難?Ultraviolet catastrophe (Rayleigh jean law):?

? ? 這種現(xiàn)象其實(shí)就在我們的生活中,當(dāng)我們用火燒鐵塊時(shí)胚想,隨著溫度逐漸升高琐凭,鐵塊開(kāi)始發(fā)光,而且在不同溫度的時(shí)候浊服,鐵塊發(fā)光的顏色和強(qiáng)度會(huì)發(fā)生某種變化统屈。

《彩虹寶寶》

這種現(xiàn)象從物理的角度來(lái)看,光的顏色對(duì)應(yīng)與光的頻率牙躺。于是通過(guò)測(cè)量頻率和強(qiáng)度就可以得到下面的實(shí)驗(yàn)曲線愁憔,但如何在理論上解釋它可就難倒了無(wú)數(shù)科學(xué)家。

紫外災(zāi)難

結(jié)果沒(méi)有任何理論能夠解釋這張圖孽拷,他們最多只能解釋頻率低的紅外線區(qū)域的規(guī)律(瑞利金斯曲線)吨掌,對(duì)于高頻率的紫外線他們沒(méi)有絲毫辦法,這就是著名的“紫外災(zāi)難”乓搬。

? ? 2. 光電效應(yīng) Photoelectric effect:

如下圖所示思犁,兩個(gè)金屬,用光照射其中一個(gè)进肯,

? ? ? ? a. 傳統(tǒng)認(rèn)為:增加光的強(qiáng)度(Intensity)或者頻率都可以使電子能量提升激蹲,進(jìn)而激發(fā)電子產(chǎn)生的更大的電壓,

? ? ? ? b. 但是實(shí)際實(shí)驗(yàn)中顯示:增加光照強(qiáng)度對(duì)電壓無(wú)影響江掩,但增加頻率可使電壓增加学辱。


? ? 3.?亮線光譜 Bright line spectra:?

????????用火燒一個(gè)物體乘瓤,然后該物體會(huì)發(fā)光并釋放不同頻率的光,如下圖所示策泣,其中會(huì)出現(xiàn)一些奇怪的亮線(bright line)衙傀,這也是傳統(tǒng)光學(xué)無(wú)法解釋的:?

3. 大佬合影

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