量子物理基础PPT课件
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实验先于理论：电子的发现
理论先于实验：π介子和中微子的发现
量子力学的发展和建立也有其理论和实验基 础的.
1895年，伦琴发现X射线。1896年，放射性现象。 1897年，电子的发现。 1893－1900年，黑体辐射。 1900.12.19，Planck提出了能量子假说，由此开创了 量子力学。 1905年，爱因斯坦提出了光量子假说，狭义相对论。 1908年，原子光谱的并合原理。
显微观：1μm－100μm :细胞 病毒，细菌，大分子等
介 观
1nm－100nm：1nm＝10－9 m
微观：1Å －10Å (Å= 10－10 m)
（小分子、原子）
微 费米观：1fm = 10－15 m
பைடு நூலகம்
观
（原子核）
亚费米观： <10－16 m （夸克、电子层次）
Gravity Electromagnetic
量子矩阵力学 （1925）
不确定性关系 （1927）
波动力学，并 证明矩阵力学 和波动力学是
等价的。 （1926）
量子力学的 统计解释
电子的相对论方程
（1928）
支撑了整个世界的两个原理
布埃
喇伦
格费
斯
德
勒
拜
狄 薛康 拉 定普 克 谔顿
海 泡森 利堡
波 恩
波 尔
普 朗 克
居 里 夫 人
洛 仑 兹
爱郎 因之 斯万 坦
量子力学的应用
量子力学、相对论和基因双螺旋结构是20世纪 最重要的三大科学发现。量子力学占有特殊的位 置。没有量子力学的指导，就不会认识化学键， 不会有高效的化学合成和化学工业，就不会认识 能带结构，不会发现半导体晶体管，集成电路和 激光，不会有今天的信息技术和工业，也不会形 成今天全球化的经济结构调整和信息革命。量子 力学使我们得以了解分子、原子、核子、夸克、 轻子的性质和各种物态的结构，是最有预见力和 精确的理论。他不仅是微观世界的理论，而且是 宏观相干量子态的理论。量子力学直到今天仍有 丰富的生命力。
高温超导 玻色凝聚
相干原子束
第十二章 量子物理基础
§12.1 黑体辐射 §12.2 光电效应 §12.3 康普顿效应 §12.4 波粒二象性 §12.5 不确定关系 §12.6 薛定谔方程 §12.7 薛定谔方程的应用 §12.8 氢原子中的电子 §12.9 电子自旋
§12-1 黑体辐射
研究热辐射的原因 冶金学：依据炉内热辐射的强度分布来判断炉
1909年，大角度散射，散射试验。
1911年，原子的有核模型。 1913年，丹麦的玻尔原子理论。 1916年，广义相对论，密立根实验。
1924－1926－1928年
de Broglie Pauli Hesenberg Schrödinger Dirac Born
物质波假说 （1923）
Pauli不相容原理 （1924）
1859年,基尔霍夫（G. R. Kirchhoff） 证明,黑体与热辐射达到平衡时,辐 射能量密度随频率变化曲线的形状 与位置只与黑体的绝对温度T 有关, 而与空腔的形状及组成的物质没有 关系.
研究的发展
1893年,维恩 (W.Wien) 发现黑体辐射的位移律. 在任何温度下，黑体辐出度的峰值波长与绝对 温度T成反比
一些物理概念的扩展：粒子等
质子由 三个夸 克组成
经典现象和量子现象的不同
★ 微观粒子的波粒两相性
★ 打枪与电子衍射 ★ 能量 ★ 量子的隧道效应
E
U0
2
3 1
经典现象和量子现象的不同 ★ Schrödinger猫
经典现象和量子现象的不同
★ 量子纠缠
量子通讯
自旋是微观粒子的固有属性
物理学是以实验为基础的科学,物理学的发 展必须是两条腿走路,一个是实验,一个是理论.
第十二章 量子物理基础
§12.1 黑体辐射 §12.2 光电效应 §12.3 康普顿效应 §12.4 波粒二象性 §12.5 不确定关系 §12.6 薛定谔方程 §12.7 薛定谔方程的应用 §12.8 氢原子中的电子 §12.9 电子自旋
宇观：0.5光秒－150亿光年
宏 遥观：用遥感技术能测的范围 观 宏观：0.1mm－1000m
But I am not afraid to consider the final question as to whether, ultimately---in the great future---we can arrange the atoms the way we want...
1990年,美国IBM公司阿尔马登研究中 心（Almaden Research Center）的科学 家使用STM（扫描隧道显微镜）把35个 氙原子移动到各自的位置,组成了 “IBM”三个字母,这三个字母加起来 不到3纳米长.
原子、分子
激光、光纤
量子力学
凝聚态
信
晶体管、集成电路
息 产
业
超导
光、电磁场
原子核、核子
量子场论
核能、放射性
能
相对论
源
规范场、标准模型
大
量子引力
超对称性、弦论
统 一
天体、宇宙起源
大 爆
炸
黑洞
量子力学
纳米技术 量子信息学
宏观量子态
MEMS 微电子机械系统 纳米材料
量子点, 量子线
量子密码
量子计算机
量子搬运
内的温度，以此来把握炼钢的时机。 天文学：依据辐射强度分布来判断星体表面的
温度。
不同温度的白炽灯灯丝及其辐射的能谱。左图灯丝温度较 低，辐射的能量集中在可见光谱的长波段，灯丝看起来是红色 的；右图灯丝温度较高，辐射的能量包括全部可见光谱，灯丝 发出“白炽”光。
黑体模型：在由不透明材料制
成的任意形状的封闭空腔的表面 上开一小孔.
Strong
Weak
强相互作用：1 电磁相互作用：10-2 弱相互作用： 10-13 万有引力： 10-38
至大和至小理论结合的物理学大蟒
事实上,量子力学的规律不仅支配着微观 世界,也支配着宏观世界.在这种意义上,所 有物理学都是量子物理学,经典理论乃是它 的一种近似.
宏观量子效应：量子霍尔效应 玻色凝聚 宏观量子态等
问题：如何制造一张木桌子？
Richard Feynman gave the classic talk on December 29th 1959 at the annual meeting of the American Physical Society at the California Institute of Technology (Caltech).
理论先于实验：π介子和中微子的发现
量子力学的发展和建立也有其理论和实验基 础的.
1895年，伦琴发现X射线。1896年，放射性现象。 1897年，电子的发现。 1893－1900年，黑体辐射。 1900.12.19，Planck提出了能量子假说，由此开创了 量子力学。 1905年，爱因斯坦提出了光量子假说，狭义相对论。 1908年，原子光谱的并合原理。
显微观：1μm－100μm :细胞 病毒，细菌，大分子等
介 观
1nm－100nm：1nm＝10－9 m
微观：1Å －10Å (Å= 10－10 m)
（小分子、原子）
微 费米观：1fm = 10－15 m
பைடு நூலகம்
观
（原子核）
亚费米观： <10－16 m （夸克、电子层次）
Gravity Electromagnetic
量子矩阵力学 （1925）
不确定性关系 （1927）
波动力学，并 证明矩阵力学 和波动力学是
等价的。 （1926）
量子力学的 统计解释
电子的相对论方程
（1928）
支撑了整个世界的两个原理
布埃
喇伦
格费
斯
德
勒
拜
狄 薛康 拉 定普 克 谔顿
海 泡森 利堡
波 恩
波 尔
普 朗 克
居 里 夫 人
洛 仑 兹
爱郎 因之 斯万 坦
量子力学的应用
量子力学、相对论和基因双螺旋结构是20世纪 最重要的三大科学发现。量子力学占有特殊的位 置。没有量子力学的指导，就不会认识化学键， 不会有高效的化学合成和化学工业，就不会认识 能带结构，不会发现半导体晶体管，集成电路和 激光，不会有今天的信息技术和工业，也不会形 成今天全球化的经济结构调整和信息革命。量子 力学使我们得以了解分子、原子、核子、夸克、 轻子的性质和各种物态的结构，是最有预见力和 精确的理论。他不仅是微观世界的理论，而且是 宏观相干量子态的理论。量子力学直到今天仍有 丰富的生命力。
高温超导 玻色凝聚
相干原子束
第十二章 量子物理基础
§12.1 黑体辐射 §12.2 光电效应 §12.3 康普顿效应 §12.4 波粒二象性 §12.5 不确定关系 §12.6 薛定谔方程 §12.7 薛定谔方程的应用 §12.8 氢原子中的电子 §12.9 电子自旋
§12-1 黑体辐射
研究热辐射的原因 冶金学：依据炉内热辐射的强度分布来判断炉
1909年，大角度散射，散射试验。
1911年，原子的有核模型。 1913年，丹麦的玻尔原子理论。 1916年，广义相对论，密立根实验。
1924－1926－1928年
de Broglie Pauli Hesenberg Schrödinger Dirac Born
物质波假说 （1923）
Pauli不相容原理 （1924）
1859年,基尔霍夫（G. R. Kirchhoff） 证明,黑体与热辐射达到平衡时,辐 射能量密度随频率变化曲线的形状 与位置只与黑体的绝对温度T 有关, 而与空腔的形状及组成的物质没有 关系.
研究的发展
1893年,维恩 (W.Wien) 发现黑体辐射的位移律. 在任何温度下，黑体辐出度的峰值波长与绝对 温度T成反比
一些物理概念的扩展：粒子等
质子由 三个夸 克组成
经典现象和量子现象的不同
★ 微观粒子的波粒两相性
★ 打枪与电子衍射 ★ 能量 ★ 量子的隧道效应
E
U0
2
3 1
经典现象和量子现象的不同 ★ Schrödinger猫
经典现象和量子现象的不同
★ 量子纠缠
量子通讯
自旋是微观粒子的固有属性
物理学是以实验为基础的科学,物理学的发 展必须是两条腿走路,一个是实验,一个是理论.
第十二章 量子物理基础
§12.1 黑体辐射 §12.2 光电效应 §12.3 康普顿效应 §12.4 波粒二象性 §12.5 不确定关系 §12.6 薛定谔方程 §12.7 薛定谔方程的应用 §12.8 氢原子中的电子 §12.9 电子自旋
宇观：0.5光秒－150亿光年
宏 遥观：用遥感技术能测的范围 观 宏观：0.1mm－1000m
But I am not afraid to consider the final question as to whether, ultimately---in the great future---we can arrange the atoms the way we want...
1990年,美国IBM公司阿尔马登研究中 心（Almaden Research Center）的科学 家使用STM（扫描隧道显微镜）把35个 氙原子移动到各自的位置,组成了 “IBM”三个字母,这三个字母加起来 不到3纳米长.
原子、分子
激光、光纤
量子力学
凝聚态
信
晶体管、集成电路
息 产
业
超导
光、电磁场
原子核、核子
量子场论
核能、放射性
能
相对论
源
规范场、标准模型
大
量子引力
超对称性、弦论
统 一
天体、宇宙起源
大 爆
炸
黑洞
量子力学
纳米技术 量子信息学
宏观量子态
MEMS 微电子机械系统 纳米材料
量子点, 量子线
量子密码
量子计算机
量子搬运
内的温度，以此来把握炼钢的时机。 天文学：依据辐射强度分布来判断星体表面的
温度。
不同温度的白炽灯灯丝及其辐射的能谱。左图灯丝温度较 低，辐射的能量集中在可见光谱的长波段，灯丝看起来是红色 的；右图灯丝温度较高，辐射的能量包括全部可见光谱，灯丝 发出“白炽”光。
黑体模型：在由不透明材料制
成的任意形状的封闭空腔的表面 上开一小孔.
Strong
Weak
强相互作用：1 电磁相互作用：10-2 弱相互作用： 10-13 万有引力： 10-38
至大和至小理论结合的物理学大蟒
事实上,量子力学的规律不仅支配着微观 世界,也支配着宏观世界.在这种意义上,所 有物理学都是量子物理学,经典理论乃是它 的一种近似.
宏观量子效应：量子霍尔效应 玻色凝聚 宏观量子态等
问题：如何制造一张木桌子？
Richard Feynman gave the classic talk on December 29th 1959 at the annual meeting of the American Physical Society at the California Institute of Technology (Caltech).