第13章 量子论简介
量子力学-简介
0
/ kT
即：
（ e 0 / kT 1)
n 0
e
n 0 / kT
1 1 x 1 x 1 e 0 / kT n 0
n
计算分子： n 0 e n 0 / kT ，令y 0 / kT
n 0 n 0 / kT ny n e ne 0 0 n 0 n 0
说明： Planck 成功的关键在于提出了能量子 0 h 的假设，辐 射能量是不连续改变的，从而导致了 E 不同于经典的能量均分 定理的连续分布。这里第一次出现了经典物理中没有的常数 h ， 这些都跳出了经典物理的框架， 成为量子物理的开端。 Planck 导 出公式后，曾努力把它纳入经典物理范畴，但未成功。
代入(7) 式得 Planck 公式
8h 3 1 d d 3 h / kT c e 1
(8)
(9)
这个公式与实验符合的很好。
实验结果：频率 d 间的辐射能量密度 d 只与频率
及黑体的绝对温度 T 有关,而与腔的形状及组成物质无关。
3. 讨论：
a. 当辐射频率高时，即当
基础知识
量子的世界、量子力学的诞生、 波函数和薛定谔方程
量子力学与经典力学的本质差别及其起源
漫画：滑雪图
量子力学与经典力学的本质差别及其起源
隧穿效应
量子力学与经典力学的本质差别及其起源
一、普适性的完结
在牛顿物理学中没有任何普适常数。这就是它 主张普适性的原因，就是它为什么能不管对象的尺 度如何而以同一方式被应用的原因：原子、行星和 恒星的运动都服从一个定律。 然而、普适常数的发现标志着一个根本的变化。 把光速用作比较的标准，物理学建立起了低速和接 近光速的高速之间的区别。 普适常数不但通过引入物理尺度（据此，各种 行为都成为性质上有区别的）破坏了宇宙的均匀性， 而且引出了一种客观性的新概念。任何观察者都不 能以高于真空中光速的速度来发射信号。
《量子论初步》课件
THANK YOU
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量子密码学
量子密钥分发：利 用量子力学原理实 现密钥分发，确保 通信安全
量子加密通信：利 用量子密钥加密通 信，确保通信内容 不被窃听
量子安全认证：利 用量子密钥进行身 份认证，确保身份 真实性
量子安全存储：利 用量子密钥进行数 据存储，确保数据 安全
量子传感器和量子成像
量子传感器：利用量子效应进行高精度测量，如磁场、温度、压力等
1926年，薛定谔提出波动力学，量子论 得到进一步完善
1913年，玻尔提出原子模型，量子论开 始形成
1927年，狄拉克提出相对论量子力学， 量子论进入新阶段
量子论的发展历程
1900年，普朗克提出量子论的雏形，提出能量量子化概念 1913年，玻尔提出玻尔模型，解释氢原子光谱 1925年，海森堡提出不确定性原理，量子力学的基本原理之一 1926年，薛定谔提出薛定谔方程，量子力学的基本方程之一 1927年，玻尔提出互补原理，量子力学的基本原理之一 1930年，狄拉克提出狄拉克方程，描述电子的运动和自旋
量子论初步
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单击输入目录标题 量子论的背景和历史 量子论的基本概念 量子论的实验验证 量子论的应用前景 量子论的哲学思考
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量子论的背景和历史
量子论的起源
1900年，普朗克提出量子概念，量子论 开始萌芽
1925年，海森堡提出不确定性原理，量 子论进入成熟阶段
1905年，爱因斯坦提出光量子假说，量 子论得到进一步发展
量子成像：利用量子效应进行高分辨率成像，如医学成像、遥感成像等 量子通信：利用量子效应进行安全通信，如量子密钥分发、量子隐形传 态等 量子计算：利用量子效应进行高效计算，如量子模拟、量子优化等
《量子论》读后感
《量子论》读后感
《量子论》是一部深奥而又引人入胜的科学著作，它探讨了量子力学这一颇具
争议性的物理学分支。
通过阅读这本书，我深深感受到了人类对于自然规律的探索和对于未知世界的好奇心。
在书中，作者以通俗易懂的语言向读者介绍了量子力学的基本概念和原理，让
我对这一复杂的科学理论有了更深入的了解。
量子力学颠覆了我们对于物质世界的传统认知，揭示了微观世界中奇妙而又神秘的规律。
通过学习量子力学，我意识到自然界的运行并不像我们想象的那样简单和直观，而是充满了不确定性和奇异性。
在书中，作者还探讨了量子纠缠、量子隧道效应、量子超导等前沿领域的研究
成果，让我对于量子世界的奥秘有了更深层次的认识。
量子纠缠让我震惊不已，两个粒子之间竟然可以实现瞬时的通讯，这种超越时空的联系让我感叹自然界的神奇和复杂。
通过阅读《量子论》，我也对科学研究的艰辛和探索的艰难有了更深刻的理解。
量子力学是一门极具挑战性的学科，它需要科学家们不断地进行实验和理论推演，才能揭示出微观世界的真实面貌。
在这个过程中，科学家们面临着重重困难和挑战，但他们的执着和坚持最终取得了丰硕的成果。
总的来说，阅读《量子论》让我受益匪浅，不仅增长了我的知识，还开拓了我
的思维。
量子力学作为一门前沿科学，给我们展示了一个全新的世界，让我们重新认识和理解自然规律。
希望通过不断的学习和探索，我们能够更深入地理解量子世界的奥秘，为人类的科学进步做出更大的贡献。
愿我们永远保持对未知世界的好奇心和探索精神，不断追求科学真理的道路。
量子论
量子论百科名片量子论量子论是现代物理学的两大基石之一。
量子论提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。
量子论揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。
它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等。
意义1928年狄拉克将相对论运用于量子力学，又经海森堡、泡利等人的发展，形成了量子电动力学，量子电动力学研究的是电磁场与带电粒子的相互作用。
量子论1947年，实验发现了兰姆移位。
1948-1949年，里查德·费因曼（Richard Phillips Feynman）、施温格（J.S.Schwinger）和朝永振一郎用重正化概念发展了量子电动力学，从而获得1965年诺贝尔物理学奖。
为量子论的创立及发展作出贡献的科学家维恩（Wilhelm Wien）首先提出量子论的德国物理学家普朗克瑞利（Lord Rayleigh）普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck）狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac）尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）路易·德布罗意（Prince Louis-victor de Broglie）薛定谔（Erwin Schrödinger）海森伯（Werner Karl Heisenberg）沃尔夫冈·泡利（Wolfgang Ernst Pauli）玻恩（Max Born）理查德·费曼（Richard Phillips Feynman）海因里希·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）密立根（Robert Andrews Millikan）量子论(图)爱因斯坦阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）发展历程量子理论的创建过程是一部壮丽的史诗。
量子论的初期1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入了能量子概念，为量子理论奠定了基石。
量子力学（物理学理论）—搜狗百科
量子力学（物理学理论）—搜狗百科理论的产生及其发展量子力学是描述物质微观世界结构、运动与变化规律的物理科学。
它是20世纪人类文明发展的一个重大飞跃，量子力学的发现引发了一系列划时代的科学发现与技术发明，对人类社会的进步做出重要贡献。
19世纪末正当人们为经典物理取得重大成就的时候，一系列经典理论无法解释的现象一个接一个地发现了。
德国物理学家维恩通过热辐射能谱的测量发现的热辐射定理。
德国物理学家普朗克为了解释热辐射能谱提出了一个大胆的假设：在热辐射的产生与吸收过程中能量是以hf为最小单位，一份一份交换的。
这个能量量子化的假设不仅强调了热辐射能量的不连续性，而且跟'辐射能量与频率无关，由振幅确定'的基本概念直接相矛盾，无法纳入任何一个经典范畴。
当时只有少数科学家认真研究这个问题。
爱因斯坦于1905年提出了光量子说。
1916年，美国物理学家密立根发表了光电效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量子说。
1913年丹麦物理学家玻尔为解决卢瑟福原子行星模型的不稳定性（按经典理论，原子中电子绕原子核作圆周运动要辐射能量，导致轨道半径缩小直到跌落进原子核），提出定态假设：原子中的电子并不像行星一样可在任意经典力学的轨道上运转，稳定轨道的作用量fpdq必须为h的整数倍（角动量量子化），即fpdq=nh，n称之为量子数。
玻尔又提出原子发光过程不是经典辐射，是电子在不同的稳定轨道态之间的不连续的跃迁过程，光的频率由轨道态之间的能量差确定，即频率法则。
这样，玻尔原子理论以它简单明晰的图像解释了氢原子分立光谱线，并以电子轨道态直观地解释了化学元素周期表，导致了72号元素铪的发现，在随后的短短十多年内引发了一系列的重大科学进展。
这在物理学史上是空前的。
由于量子论的深刻内涵，以玻尔为代表的哥本哈根学派对此进行了深入的研究，他们对对应原理、矩阵力学、不相容原理、测不准关系、互补原理。
量子力学的几率解释等都做出了贡献。
量子理论
量子理论19世纪末20世纪初，物理学处于新旧交替的时期。
生产的发展和技术的提高，导致了物理实验上一系列重大发现，使当时的经典物理理论大厦越发牢固，欣欣向荣，而唯一不协调的只是物理学天空上小小的"两朵乌云"。
但是正是这两朵乌云却揭开了物理学革命的序幕：一朵乌云下降生了量子论，紧接着从另一朵乌云下降生了相对论。
量子论和相对论的诞生，使整个物理学面貌为之一新。
中文名量子论外文名Quantum theory别称量子力学提出者普朗克提出时间1900年应用学科物理学适用领域范围黑体辐射数学基础微分几何、线性代数目录1简介2量子理论的发展与建立▪历史的孕育▪旧量子论的建立1简介编辑量子论是现代物理学的两大基石之一。
量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。
量子论揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。
它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等。
2量子理论的发展与建立编辑该文回顾了从量子理论提出到量子力学建立的一段历史,详细叙述了在量子理论发展过程中每一种新的思想提出的曲折经过.19世纪末20世纪初,物理学处于新旧交替的时期.生产的发展和技术的提高,导致了物理实验上一系列重大发现,使当时的经典物理理论大厦越发牢固，欣欣向荣，而唯一不协调的只是物理学天空上小小的"两朵乌云"。
但是正是这两朵乌云却揭开了物理学革命的序幕:一朵乌云下降生了量子论,紧接着从另一朵乌云下降生了相对论.量子论和相对论的诞生,使整个物理学面貌为之一新.马克思有句名言:"历史上有惊人的相似之处."正处于新的世纪之交的20世纪的物理学硕果累累,但也遇到两大困惑----夸克禁闭和对称性破缺.这预示着物理学正面临新的挑战.重温百年前量子论建立与发展的那段历史,也许会使我们受到新的启迪.历史的孕育在19世纪末,经典物理学理论已经发展到相当完备的阶段.几个主要部门----力学,热力学和分子运动论,电磁学以及光学,都已经建立了完整的理论体系,在应用上也取得了巨大成果.其主要标志是:物体的机械运动在其速度远小于光速的情况下,严格遵守牛顿力学的规律;电磁现象总结为麦克斯韦方程组;光现象有光的波动理论,最后也归结为麦克斯韦方程组;热现象有热力学和统计物理的理论.在当时看来,物理学的发展似乎已达到了颠峰.于是,多数物理学家认为物理学的重要定律均已找到,伟大的发现不会再有了,理论已相当完善了.以后的工作无非是在提高实验精度和理论细节上作些补充和修正,使常数测得更精确而已.英国著名物理学家开尔文在一篇瞻望20世纪物理学的文章中,就曾谈到:"在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了."然而,正当物理学界沉浸在满足的欢乐之中的时候,从实验上陆续出现了一系列重大发现.如固体比热,黑体辐射,光电效应,原子结构cdots cdots这些新现象都涉及物质内部的微观过程,用已经建立起来的经典理论进行解释显得无能为力.特别是关于黑体辐射的实验规律,运用经典理论得出的瑞利-金斯公式,虽然在低频部分与实验结果符合得比较好,但是,随着频率的增加,辐射能量单调地增加,在高频部分趋于无限大,即在紫色一端发散,这一情况被埃伦菲斯特称为"紫外灾难";对迈克尔逊-莫雷实验所得出的"零结果"更是令人费解,实验结果表明,根本不存在"以太漂移".这引起了物理学家的震惊,反映出经典物理学面临着严峻的挑战.这两件事被当时物理学界的权威称为"在物理学晴朗的天空的远处还有两朵小小的,令人不安的乌云".然而就是这两朵小小的乌云,给物理学带来了一场深刻的革命.下表列出了世纪之交，物理学上有重大意义的实验发现：eginmbox{年代}& mbox{人物}& mbox{贡献}1895 & mbox{伦琴} & mbox{发现X射线}1896 &mbox{贝克勒尔}& mbox{发现放射性}1896 &mbox{塞曼} & mbox{发现磁场使光谱线分裂}1897 &mbox{J.J汤姆生} &mbox{发现电子}1898 &mbox{卢瑟福} & mbox{发现}alpha.eta mbox{射线}----1898 &mbox{居里夫妇} &mbox{发现放射性元素钋和镭}1899--1900 &mbox{卢梅尔和鲁本斯等人} &mbox{发现热辐射能量分布曲线偏离维恩分布率}--1900 &mbox{维拉德}&mbox{发现了}gammambox{射线}1901 &mbox{考夫曼} &mbox{发现电子的质量随速度增加}1902 &mbox{勒那德} &mbox{发现光电效应基本规律}1902 &mbox{里查森} &mbox{发现热电子发射规律}1903 &mbox{卢瑟福} &mbox{发现放射性元素的蜕变规律}end这些新的物理现象,打破了沉闷的空气,把人们的注意力引向更深入,更广阔的天地;这一系列新发现,跟经典物理学的理论体系产生了尖锐的矛盾,暴露了经典物理理论中的隐患,指出了经典物理学的局限.物理学只有从观念上,从基本假设上以及从理论体系上来一番彻底的变革,才能适应新的形势.由于这些新发现,物理学面临大发展的局面:1.电子的发现,打破了原子不可分的传统观念,开辟了原子研究的崭新领域;2.放射性的发现,导致了放射学的研究,为原子核物理学作好必要的准备;3.以太漂移的探索,使以太理论处于重重矛盾之中.为从根本上抛开以太存在的假设,创立狭义相对论提供了重要依据;4.黑体辐射的研究导致了普朗克黑体辐射定律的发现.由此提出了能量子假说,为量子理论的建立打响了第一炮.总之,在世纪之交的年代里,物理学处于新旧交替的阶段.这个时期,是物理学发展史上不平凡的时期.经典理论的完整大厦,与晴朗天空的远方漂浮着两朵乌云,构成了19世纪末的画卷;20世纪初,新现象,新理论如雨后春笋般不断涌现,物理学界思想异常活跃,堪称物理学的黄金时代.这些新现象与经典理论之间的矛盾,迫使人们冲破原有理论的框架,摆脱经典理论的束缚,在微观理论方面探索新的规律,建立新的理论.旧量子论的建立20世纪初,新的实验事实不断发现,经典物理学在解释一些现象时出现了困难,其中表现最为明显和突出的是以下三个问题:黑体辐射问题;光电效应问题;原子稳定性和原子光谱.量子概念就是在对这三个问题进行理论解释时作为一种假设而提出的。
_量子论的提出及初期发展简介
山西师范大学本科毕业论文量子论的提出及初期发展简介姓名院系物信学院专业物理学班级07520101学号0752010140指导教师答辩日期成绩量子论的提出及初期发展简介内容摘要科学史上重要的创造性首先是由于理念的彻底转变而来的。
“量子化”这一假定及推广在各个科学领域不仅仅是在物理学上都有着无法估量的深远的推动效应。
下面的重要内容介绍了“量子化“的提出及初期最重要的三个“量子化”及它们各自的贡献。
19世纪末，多数物理学家认为整个物理理论系统相当完备，接下来的工作仅仅是一些修补的事项，遗留的也是小问题。
其中便包含辐射问题。
基于前辈们的研究成果普朗克大胆地提出“能量量子化”假设，解决了黑体辐射问题。
但他本人却极其推崇经典物理，企图将作用量子拉进经典物理的系列中，把能量的不连续纳入能量连续性的经典理论框架中，但各种努力均以失败告终。
青年物理学家爱因斯坦对作用量子却有极大的兴趣，在作用量子的启发下，提出“光量子”假说，释释的现象。
玻尔用“轨道量子化”模型解释了原子结构及氢原子的分立光谱。
正是由于上述三位科学家等无数科学家的相互作用使量子化逐步成熟起来，发展成现在的量子论。
如今，量子论已有不少分支，且在交叉学科中起着重要的作用，应用前景十分美好。
【关键词】：量子化作用量子光量子轨道量子化The initial development of quantum theory put forward andintroductionAbstractHistory of vital creative ideas first is due to thoroughly changing. "Quantization" this assumption and promotion in all fields of science is not only in the physics has inestimable far-reaching pushing effects. Below is an important content of "are introduced the quantization" put forward and the initial three of the most important "quantization" and their respective contributions.19 century, most physicists believe that the whole physics theory system quite complete, the next job are only some of the items, repair legacy is small problems. Which will include radiation problems. Based on the predecessor research Planck boldly proposed "energy quantization" assumption, solved blackbody radiation problems. But he himself is extremely highly classical physics, attempting to quantum pulls into the role of classical physics, the energy in the series of continuity of discontinuous into energy classical theory frame, but every effort failed. Young physicist Albert Einstein to the acting quantum have great interest in the role of quantum inspired, put forward "light quantum hypothesis explain photoelectric effect those classical physics unexplained phenomena. Boulder with "track quantization" model explains the atomic structure and hydrogen atoms and the schism of spectrum. It is due to the above three scientists untold scientists interaction make quantization gradually mature and evolved into what is now the quantum theory.Nowadays, quantum theory has quite a few branches, and in interdisciplinary plays an important role, the application prospect of very good.【key word】quantization; quantum effect; light quantum; rail quantization目录一、量子论之于物理领域的意义 (1)二、量子化提出的物理背景与前提 (1)三、量子论的发展 (1)(一)普朗克在此方面的贡献 (1)(二)爱因斯坦子在此方面的贡献 (3)(三) 波尔在此方面的贡献 (3)四、量子论的现状及应用分支学 (5)五、结束语 (5)参考文献 (6)致谢 (6)量子论的提出及初期发展简介学生姓名：樊云燕 指导教师：冀玉领一、量子论之于物理领域的意义在物理学发展到一定深度，出现了一些经典力学无法解决的问题。
相对论知识：量子场论的相对论解释
相对论知识：量子场论的相对论解释随着科学技术的不断发展，人类对于自然世界的认知也不断深入。
相对论和量子力学是现代物理学两个最为成功、最基础的理论，它们分别描述了大尺度和小尺度下的物理现象。
但是这两个理论之间依然存在许多困扰人们的问题，比如，如何在描述电子、光子等微观粒子时，让相对论和量子力学两个理论相一致。
这个问题的解决就是quantum field theory（量子场论），它提供了一种非常有力的框架来解决理论上和实际上的问题。
本文将要探讨一下量子场论的相对论解释。
量子场论的基础概念量子场论是一种描述基本粒子和相互作用的理论。
在量子场论中，粒子不再是“点”，而是由量子场产生的涟漪。
量子场的量子激发称为粒子，例如光子、电子、夸克等。
一个量子场包含许多粒子，这些粒子描述了场的激发。
这就是著名的波粒二象性。
在量子场论中，场具有几个重要的性质。
首先，量子场是不断涟漪、变化的，其状态存在好几种可能性。
第二，我们可以看成空间中每一个点都存在一个量子场的振幅。
每个点相互之间不断地相互作用，形成了一个“场”。
第三，由于量子力学的规定，任何一个量子系统的真实状态都必须用波函数来描述。
在量子场论中，波函数就如同一个浪，涟漪的形状能够反映场的状态。
我们知道，完整的量子力学包括海森堡矩阵力学和薛定谔波动力学。
海森堡矩阵力学更注重于应变和关联，而薛定谔波动力学更注重于空间和时间波动。
量子场论可以看作两者的结合体，因为它结合了空间和时间，并描述了应变和关联。
相对论的基础概念相对论是描述高速而非高密度物理系统中运动的自然定律的理论。
相对论有两个基本原理：相对性原理和光速不变原理。
其中，相对性原理指出物理定律在所有惯性参考系中都是相同的；光速不变原理指出光速在任何惯性参考系中都是相同的。
就是说，光速是一个普适常数，独立于观察者自身的速度和空间位置。
相对论中的相对论效应都是非常小的，除了“光速不变”的规律外，它们通常只有高速度或强引力场中才能显示出来。
量子力学讲义 温伯格
量子力学讲义温伯格
（原创版）
目录
1.量子力学概述
2.温伯格的《量子力学讲义》
3.《量子力学讲义》的主要内容
4.《量子力学讲义》的价值和影响
正文
量子力学是一种物理学理论，用于描述微观世界中的现象，如原子和亚原子粒子的行为。
它是现代物理学的基石之一，与相对论一起构成了现代物理学的两大支柱。
温伯格是一位著名的物理学家，他在量子力学领域做出了重要的贡献。
他的《量子力学讲义》是一部经典的教材，被广泛地应用于教学和研究中。
《量子力学讲义》主要包括量子力学的基本原理和应用。
温伯格从基本的物理原理出发，详细地讲解了量子力学的核心概念，如波函数、不确定性原理和量子纠缠等。
他还介绍了量子力学在各个领域的应用，如量子计算、量子通信和量子力学的基础研究等。
《量子力学讲义》的价值和影响是无法估量的。
它不仅为学生提供了一部权威的教材，也为研究人员提供了一部宝贵的参考书。
许多现代物理学家都受到了温伯格的《量子力学讲义》的启发和影响，他们在温伯格的基础上做出了重要的发现和贡献。
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第13章 量子物理
单色吸收率 (T)：物体吸收的能量与入射能
量之比称为吸收率 .
(T
)
d d
E (吸收) E (入射)
黑体：能完全吸收各种波长电磁波而无反射的 物体，即α=1，黑体是理想化模型。
黑体模型：
不透明介质空腔开一小 孔，电磁波射入小孔后， 很难再从小孔中射出。 小孔表面是黑体。
基尔霍夫辐射定律 在平衡热辐射时
维恩位移定律
辐射最强的波长m与黑体温度T 之间满足
Tm b
b = 2.897×10-3m·K
课本167页例题13-3
13.2光电效应
1.光电效应
当光线照射金属表面时， 金属中有电子逸出的现象， 称为光电效应。逸出的电 子称为光电子。
阳
W
A
极
V
K阴
极
G
2.爱因斯坦的光量子假设
光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，
但是，开尔文进一步指出：“在物理晴朗天空的 远处，还有两朵小小令人不安的乌云”，即运用 当时的物理学理论所无法正确解释的两个实验现 象，一个是热辐射现象中的紫外灾难，另一个是 否定绝对时空观的迈克尔逊--莫雷实验。
13.1 黑体辐射
热辐射
物体由大量原子组成，热运动引起原子碰撞使 原子激发而辐射电磁波。原子的动能越大，通 过碰撞引起原子激发的能量就越高，从而辐射 电磁波的波长就越短。
止电压。
由 Ek0 e |UC | h A 可知，
UC
h
e
A e
h e
(
0 )
截止电压与光频率成正比。
13.3 康普顿效应 192223年康普顿研究了X射线在石墨上的散射
X 射线管
晶体
光阑 散射波长,0
13 量子论
I（相对强度） 0
0
45
0
90
135
（波长）
理论:。 四 用光子概念分析康普顿散射 （1）物理模型--高能光子与静止的自由电子作弹性碰撞
光子
0
y
v0 0
电子
y
光子
x
电子
x
入射光子（ X 射线或 射线）能量大 . E h 范围为：104 ~ 105 eV 固体表面电子束缚较弱，可视为近自由电子. 电子热运动能量 h ，可近似为静止电子.
0
二
黑体辐射定律
测量黑体辐射出射度实验装置
小孔 平行光管
T
空腔
s
L1
L 2 会聚透镜
c
棱镜
热电偶
（1）斯特藩—玻耳兹曼定律
黑体单色辐出度实验曲线
4
M (T ) M (T )d T
0
M (T ) /(1014 W m 3 )
1.0Βιβλιοθήκη 斯特藩—玻耳兹曼常数 5.670 10 8 W m2 K 4
h
h 6.6260755 1034 J s
2π h 3d 普朗克黑体辐射公式 M (T )d 2 h / kT c e 1
M (T )(10 9 W/(m 2 Hz ))
瑞利 - 金斯公式
6 5 * * 普朗克公式的理论曲线 * * 4 * * 3 * * * 2 * 实验值 * T 2000k * 1 * * * * 0 1 2 3 14
13-2 光电效应 光的粒子性
一 光电效应实验的规律
1 实验装置 光照射至金属表面, 电子从金 属表面逸出, 称其为光电子. 2 实验规律 (1) 存在红限(截止)频率
量子论初步相对论简介
相对论的时空观
时间膨胀
相对于观察者的运动速度越快， 时间流逝得越慢。
长度收缩
相对于观察者的运动速度越快，物 体在运动方向上的长度越短。
洛伦兹变换
描述不同惯性参考系之间物理量之 间的关系。
相对论的质能关系
质能等价原理
质量和能量是等价的，可以相互转换 。
质能方程
E=mc^2，其中E表示能量，m表示质 量，c表示光速。
量子计算
量子计算利用量子比特作为信息的基本单位，通过量子叠加和量子纠缠等特性，实现更高效的算法和数据处理能 力，对加密、模拟和优化等领域有重要应用。
相对论的重力理论
广义相对论
爱因斯坦的广义相对论解释了重力是如何由物质和能量引起的，它描述了时空如何被质量弯曲，进而 影响物体的运动。
引力波探测
通过引力波探测实验，科学家们验证了广义相对论的预言，如黑洞和中子星等天体合并时产生的引力 波信号。
测不准原理
测不准原理是量子力学中 的基本原理，它表明我们 无法同时精确测量一个粒 子的位置和动量。
量子力学的基本假设
状态函数
量子力学中的状态可以用 状态函数来描述，状态函 数是复数函数。
演化方程
量子力学中的粒子演化由 薛定谔方程来描述，该方 程是一个偏微分方程。
测量
量子力学中的测量 是一个 重要的概念，它描述了如 何观测和测量 量子系统的 状态。
对现代物理的影响
量子论
为现代物理学奠定了基础，对材料科 学、电子学等领域有深远影响。
相对论
改变了人们对空间、时间和引力的理 解，对宇宙学和天文学有重要影响。
04
量子论与相对论的现代 发展
量子信息与量子计算
量子信息
量子信息是利用量子力学原理传输和处理信息的过程，具有经典信息无法比拟的优势，如量子纠缠和量子隐形传 态等。
量子论实验讲稿(共11张PPT)
非弹性碰撞
第7页，共11页。
量子论实验
• 实验装置
氖碰撞管
碰撞管内电位分布示意图
第8页，共11页。
量子论实验
• 实验线路
氖碰撞管接线图
Ip－UG曲线示意图
第9页，共11页。
量子论实验
• 实验应用
1。研究未知粒子的结构，用已知粒子与其碰撞。 2。减速场的应用电子能量分析器，低能电子衍射。
第4页，共11页。
量子论实验
• 背景资料
年玻尔提出原子结构的量子理论
玻尔
第5页，共11页。
量子论实验
• 背景资料
年弗兰克和赫兹从实验上直接证实了玻尔理论，并因此获得了
1925年的诺贝尔物理学奖。
原子只能处在某些特定的能量状态(称为定态)，它的能量不可能连续变化而只能是突变，即“跃迁”。 年玻尔提出原子结构的量子理论 电子与原子间的相互作用 年卢瑟福建立了原子核结构的核式模型 关于一些实验现象的思考 我们看到的光是氖原子从第一 研究未知粒子的结构，用已知粒子与其碰撞。 碰撞管内电位分布示意图 原子在两个定态上跃迁时，发射或吸收电磁辐射频率 满足以下条件： 电子与原子间的相互作用 我们看到的光是氖原子从第一 非弹性碰撞 电子与原子间的相互作用 我们看到的光是氖原子从第一 1905年时的爱因斯坦
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量子论实验
• 关于一些实验现象的思考
我们看到的光是氖原子从第一
激发态返回基态时所发出的吗？
为什么发光区会向阴极突出、 甚至会在阴极附近出现极亮点？
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我们看到的光是氖原子从第一 我们看到的光是氖原子从第一 我们看到的光是氖原子从第一 年弗兰克和赫兹从实验上直接证实了玻尔理论，并因此获得了1925年的诺贝尔物理学奖。 年卢瑟福建立了原子核结构的核式模型 关于一些实验现象的思考 我们看到的光是氖原子从第一 为什么发光区会向阴极突出、 电子与原子间的相互作用 年卢瑟福建立了原子核结构的核式模型
量子场论的基本概念和应用
量子场论的基本概念和应用量子场论是现代物理学的基本理论之一，它是研究物质中的基本粒子（如电子、质子、中子等）之间相互作用的数学框架。
量子场论将所有基本粒子描述为一个无穷可数个的场，这些场的相关幅度被认为是物理粒子的量子状态。
这篇文章将会介绍量子场论的基本概念和应用。
量子场论的基本概念1. 希尔伯特空间希尔伯特空间是提供了描写量子场状态的数学框架，这个空间具有完备性和正欠性。
在希尔伯特空间中，基本粒子的量子状态可以用波函数表示。
2. 量子场量子场是一个描述基本粒子相互作用的数学物理概念，是在时间和空间上连续存在并具有无限自由度的场。
在一定的时间和空间区域内，量子场可以被分解成许多谐波振动的模式，每一个模式代表一种量子粒子状态。
量子场在量子物理学中会用到众多的量子态。
对于在空间和时间上相似的量子场状态，其间存在相互作用。
3. 算符算符是指可以被用来描述量子力学系统变化的数学运算符号。
在量子场论中，算符是用于描述基本粒子和它们的作用量（如能量、动量、电荷等）的一种工具。
算符的一个重要性质是它们能对基本粒子的量子状态进行幺正操作，因此量子场的演化和相互作用可以用一系列算符来表示。
量子场论的应用1. 粒子物理学量子场论是粒子物理学中的核心理论。
它被广泛应用于描述基本粒子（如夸克和轻子）及其相互作用的力量。
通过量子场论可以预测各种基本粒子的性质，例如质量、电荷、自旋等。
这些预测可以帮助理解和解释实验数据，并帮助确定基本粒子的存在和性质。
2. 凝聚态物理学量子场论在凝聚态物理学中也有广泛的应用。
它被用来研究具有多种自由度的系统，如超流体、超导体、强关联电子体系等。
量子场论可以描述这些系统中的基本粒子的相互作用，并利用这些相互作用来分析它们的性质。
3. 等离子体物理学等离子体物理学是研究等离子体（一种带电粒子的气体）和物质之间相互作用的学科。
量子场论可以被广泛应用于这个学科中，来描述等离子体中的电子和离子之间的相互作用。
2.量子论
11
§2 第一个钻到原子中心的人—卢 瑟福
在介绍第三位量子物理的先驱者玻尔的工作以前， 有必要先介绍卢瑟福，不仅因为卢瑟福的工作同样是 给了经典物理一个致命的打击，而且玻尔的工作正是 建立在他的工作基础上的。
e
+
16
面对这样的困难，卢瑟福还是勇敢地宣布了他的原 子模型: “关于所提的原子稳定性问题，现阶段尚未考虑进 行研究„„但是，我们的科学事业除了今天还有明天！” “显然，原子的稳定性与原子精细结构有关，并且 与其中带电粒子的运动有关。”
17
四、卢瑟福预言核内存在“中子” 中子发现的 重大意义
21
中子的发现是核物理发展史上的一个重大转折点， 使人们对原子核的研究进入一个崭新阶段。
由于中子不带电，容易进入核内，所以用它作为 研究原子核的炮弹，比带电的粒子威力大得多，因此 中子的发现也为核能的利用打开了大门。
22
§3 和谐的乐章——玻尔模型 一、行星模型的鉴赏家
谁是卢瑟福濒临失败的原子模型的救星 呢？ 不是他自己，而是尼尔斯· 玻尔。 后来，史学家问过玻尔： “当时是不是只有你一个人感兴趣呢？” 玻尔回答说： “是的，不过你们知道，我主要不是 感兴趣，我只是相信它。”
查 德 威 克
20
卢瑟福 “关于中子”的预言，为后来他的学生查 德威克发现中子起了很关键的作用。
查德威克是卢瑟福的学生，他设计实验发现了中 子，并用云室测定了中子的质量。1935年，在诺贝尔 奖评奖委员会上，有人认为应由约里奥-居里夫妇与查 德威克共享这一年的奖金。卢瑟福说，给查德威克吧， 约里奥-居里夫妇那么能干，他们以后还有机会。就在 同一年，化学的诺贝尔奖评委员会把1935年诺贝尔化 学奖授予约里奥-居里夫妇，表彰他们发现了人工放射 性。
量子场论概论
量子场论概论量子场论（Quantum Field Theory）是现代物理学中最基础的理论之一，它描述了宏观世界中的粒子是如何由场产生和相互作用的。
量子场论结合了量子力学和狭义相对论，是粒子物理学研究的核心理论之一。
本文将为读者提供量子场论的概要介绍。
一、量子场的基本概念量子场论的起点是量子力学中的波函数，而在量子场理论中，波函数被替代为场。
场是时空中的实数或复数函数，它的不同取值代表了不同的粒子状态。
量子场满足薛定谔方程或者狄拉克方程，这些方程描述了场随时间和空间的演化规律。
二、量子场的量子化量子场论的目的是将场量子化，即将经典的场变量转化为算符，使之符合量子力学中的对易或反对易关系。
这样，场就成为了多粒子态的产生算符和湮灭算符的叠加。
量子场的运动方程可以通过拉格朗日量推导得到。
三、量子场的相互作用量子场之间的相互作用可以通过相互作用项来实现，相互作用项是拉格朗日量中的一部分。
在相互作用的过程中，场可以相互转化成不同的粒子，这也是量子场论的特殊之处。
通过计算相互作用过程的概率振幅，可以得到不同粒子的散射截面等物理量。
四、量子场论的重整化量子场论中的计算过程中会遇到发散的问题，这些发散可以通过重整化来处理。
重整化是一种数学技巧，通过重新定义物理量的取值，将发散项与物理量的实际观测结果相抵消。
重整化为量子场论提供了可计算的结果。
五、量子场论的应用量子场论在粒子物理学中有广泛的应用。
它被用于描述基本粒子之间的相互作用，如强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用。
量子场论也被用于解释和预测实验结果，揭示物质的微观结构。
六、前沿问题与展望量子场论在理论物理学中仍然存在许多未解决的问题和待探索的领域。
例如，引力场的量子化是理论物理学的一大难题。
量子场论在宇宙学和黑洞物理学等领域也有着重要的应用和深刻的启示。
总结：量子场论是描述粒子之间相互作用的重要理论，它将量子力学和狭义相对论相结合，给出了精确的物理描述。
通过量子场的量子化和相互作用的计算，我们可以得到不同粒子的性质和相互作用过程的概率。
文档：量子论简述
量子论简述
旧量子论
紧跟在汉斯·克拉默斯(Hans Kramers)的开拓工作之后，1925年6月，维尔纳·海森堡发表论文《运动与机械关系的量子理论重新诠释》
(Quantum-Theoretical Re-interpretation of Kinematic and Mechanical Relations)，创立了矩阵力学。
旧量子论渐渐式微，现代量子力学正式开启。
矩阵力学大胆地假设，关于运动的经典概念不适用于量子层级。
在原子里的电子并不是运动于明确的轨道，而是模糊不清，无法观察到的轨域；其对于时间的傅里叶变换只涉及从量子跃迁中观察到的离散频率。
海森堡在论文里提出，只有在实验里能够观察到的物理量才具有物理意义，才可以用理论描述其物理行为，其它都是无稽之谈。
因此，他避开任何涉及粒子运动轨道的详细计算，例如，粒子随着时间而改变的确切运动位置。
因为，这运动轨道是无法直接观察到的。
替代地，他专注于研究电子跃迁时，所发射的光的离散频率和强度。
他计算出代表位置与动量的无限矩阵。
这些矩阵能够正确地预测电子跃迁所发射出光波的强度。
同年6月，海森堡的上司马克斯·玻恩，在阅读了海森堡交给他发表的论文后，发觉了位置与动量无限矩阵有一个很显著的关系──它们不互相对易。
这关系称为正则对易关系，在那时，物理学者还没能清楚地了解这重要的结果，他们无法给予合理的诠释。
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13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设
第13章 量子论简介
M (T )d
2hc
3
d e
hc / kT
5
1
这个公式不仅与实验结果相符合，而且也解决了 在经典热力学中固体比热与实验不符的问题。 普朗克在1900年10月19日德国物理学会说 “即使这个辐射公式能证明是绝对精确的，但 是如果仅仅是一个侥幸猜测出来的内插公式， 那么它的价值也是有限的”。由于提出能量子 假设，为此获1918年诺贝尔物理学奖。
第13章 量子论简介
物体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收 外界辐射来的能量，一般物体只能将一部分能量 吸收另一部分反射出去。
什么是黑体
能够吸收外来一切电磁波辐射 而毫无反射的物体，黑体只是一种 理想的模型。 •碳黑可近似看作黑体。例如，可把一个开小孔 的不透光空腔看成黑体。 •灰体、透明体。
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设
M (T ) M (T )d
0
1500 K
1100 K
M (T ) T
斯特藩常量
4
o 8 5.67 10 W m2 K 4
2. 维恩位移定律
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设 M (T )
1700 K
第13章 量子论简介
随黑体温度升高曲线 峰值所对应的波长 向 短波方向移动。
13.2 光的量子性
第13章 量子论简介
录像：光电效应现象（11:16）
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13.2 光的量子性
第13章 量子论简介
1887年赫兹发现了光电效应，1905年爱因斯坦用 光量子理论解释了光电效应。为此，爱因斯坦获得了 1921年诺贝尔物理学奖金。
1.什么是光电效应 当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出， 逸出的电子称为光电子。 如带电小锌球在紫外线照射下会失去负电荷带上 正电。 2.外光电效应 由于金属表面的电子吸收外界的光子， 克服金属 的束缚而逸出金属表面的现象。
第13章 量子论简介
第5篇 近代物理
他接着又指出：“但是在物理晴朗天空的远处， 还有两朵小小令人不安的乌云”，即运用当时 的物理学理论所无法正确解释的两个实验现象， 一个是热辐射现象中的紫外灾难， 另一个是否定绝对时空观的迈克尔逊--莫雷实验， 正是这两朵小小的乌云，冲破了经典物理学的 束缚，打消了当时绝大多数物理学家的盲目乐 观情绪，为后来建立近代物理学的理论基础作 出了贡献。事实上还有第三朵小小的乌云，这 就是放射性现象的发现，它有力地表明了原子 不是构成物质的基本单元，原子也是可以分割 的。
瑞利金斯线
经典物理遇到的困难
瑞利-金斯公式在长 波部分符合得较好，
维恩线
o
当波长变短，辐出度趋于无穷大。这称为 “紫 外灾难”。由于理论与实验之间的不可调和性， 给物理学界带来很大困难。
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设
第13章 量子论简介
13.1.4
普朗克假设、普朗克黑体辐射公式
1900年德国物理学家普朗 克为了得到与实验曲线相一致 的公式，在维恩位移定律和瑞 利--金斯公式之间用内插法建 立一个普遍公式，提出了一个 与经典物理学概念截然不同的 “能量子”假设：能量是分立 的，不是连续的。
任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁 波，这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射 电磁波的现象为热辐射。 固体、液体在任何温度下都要辐射电磁波。
注意 ①.深色物体比浅色物体吸收和发射电磁波能力大。 ②.物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大，则它 吸收该频率范围内电磁波能力也越大。
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设
M (T )d
2c
4
kd c
c / ,
d
d
2
2
d
c
d
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设 M (T )d M (T )d M (T )
第13章 量子论简介
2 M (T )d 2 kd c
2
实验曲线
8
M (T ) T
4
4
M (T ) T 5.67 10 (293) 2 2 4.17 10 W/m
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设
第13章 量子论简介
13.1.3黑体辐射的瑞利-金斯公式
经典物理的困难
瑞利-金斯按照经典电磁场理论和经典统计 物理进行计算，波长从 到 +d 辐射能量
n 1,2,3
h 6.626 10
34
J s
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设
第13章 量子论简介
当带电谐振子与周 围电磁场交换能量时放 出能量以量子方式进行。 温度为 T 的黑体单 位面积上频率在 +d 范围内辐射的能量 为
4h 3h 2h h
2h d M (T )d 2 h / kT c e 1
高温炉
聚焦透镜 灯丝 目镜
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设 高温炉 聚焦透镜 灯丝
第13章 量子论简介
目镜
•调节R，当灯丝温度>炉温时，灯丝在炉孔像 的背景上显示出亮线。 •当灯丝温度<炉温时，灯丝在炉孔像的背景上 显示出暗线。 •当灯丝温度=炉温时，灯丝在炉孔像的背景上 消失。 •由通过灯丝电流强度可算出炉温T。
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设
第13章 量子论简介
例3：设有一音叉尖端的质量为 0.050kg，将其 频率调到 =480Hz，振幅 A=1.0mm。 求： 尖端振动的量子数。
解： 振动能量为
1 1 2 2 2 2 m A m(2 ) A 0.227 J 2 2
由
1 2 E kA 2
第13章 量子论简介
第5篇 近代物理
13.1 13.2
13.3
黑体辐射 普朗克能量子假设 光的量子性
氢原子的玻尔理论
13.4
13.5 13.6
德布罗意波 实物粒子的波动性
海森堡不确定关系 波函数 薛定谔方程
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设
第13章 量子论简介
13.1.1
黑体 黑体辐射
什么是热辐射
Tm b
1500 K
1100 K
b 2.898 10 m K
3
维恩位移定律是从经典热力学得到的，这个 公式在短波部分与实验曲线符合比较好，由此 1911年获诺贝尔物理学奖。后来知道这个公式 只适于短波部分，在长波部分相差较大。
o
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设
第13章 量子论简介
第13章 量子论简介
第5篇 近代物理
所有这些实验结果都是经典物理学无法解 释的，它们使经典物理处于十分困难境地，为 摆脱这种困境，有一些思想敏锐 而又不受旧观念束缚的物理学家纷纷重新思考 研究，在二十世纪初期，建立起了近代物理的 两大支柱------量子论和相对论，并在这个基础 上又建立起以研究原子的结构、性质及其运动 规律为目的的原子物理学，后来又进一步发展， 相继建立起原子核物理学和基本粒子物理学， 这些内容统称为量子物理学。
第13章 量子论简介
第5篇 近代物理
预言了电磁波的存在，随即被赫兹的实验所证实。后 来又把牛顿、惠更斯和菲涅耳所建立的光学也纳入了 电动力学的范畴，更是一项辉煌的成就。因此当时许 多著名的物理学家都认为物理学的基本规律都已被发 现，今后的任务只是把物理学的基本规律应用到各种 具体问题上，并用来说明各种新的实验事实而已。 就连当时赫赫有名对物理学各方面都做出过重要贡 献的权威人物开耳文勋爵在一篇于1900年发表的瞻 望二十世纪物理学发展的文章中也说：“在已经基 本建成的科学大厦中，后辈物理学家只需要做一些 零星的修补工作就行了”，不过他还不愧为一名确 有远见卓识的物理学家，因为
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设
第13章 量子论简介
例2 （1）温度为室温（20°C）的黑体，其单 色辐出度的峰值所对应的波长是多少？（2）辐 出度是多少？ 解 （1）由维恩位移定律
Tm b
3
b 2.898 10 m T 293
4
9890 nm
（2）由斯特藩-玻耳兹曼定律
例1 将某火力发电厂燃煤锅炉的炉膛（温度为 1800℃视为黑体，其单色辐出度的峰值所对应 的波长是多少? 解 锅炉炉膛的热力学温度
T 1800 273 2073K
由维恩位移定律式（13-4）得
b 2.898 103 m 1398nm T 2073
此波长的光已属于红外谱线，超过人眼的视 觉范围。
13.1 黑体辐射 普郎克能量子假设
第13章 量子论简介
1.普朗克量子假设
①.金属空腔壁中电子的振动可视为一维谐振子， 它吸收或发射电磁辐射能量与振子的频率成 正比的能量子 h 为基本单元来吸收或发射 能量。 ②.空腔壁上带电谐振子所吸收或发射的能量只 能是 h 的整数倍。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
E nh
普朗克常数
第13章 量子论简介
第5篇 近代物理
大学物理
1
第13章 量子论简介
第5篇 近代物理
到十九世纪末期，物理学各个分支的发展都已日 臻完善，并不断取得新的成就。首先在牛顿力学基础 上，哈密顿和拉格朗日等人建立起来的分析力学，几 乎达到无懈可击的地步，特别是十九世纪中期，海王 星的发现充分表明了牛顿力学是完美无缺的。其次， 通过克劳修斯、玻耳兹曼和吉布斯等人的巨大努力， 建立了体系完整而又严密的热力学和统计力学，并且 应用越来越广泛。 由安培、法拉第和麦克斯韦等人对电磁现象进 行的深入而系统的研究，为电动力学奠定了坚实的 基础，特别是由麦克斯韦的电磁场方程组