浅谈玻尔对量子力学建立的贡献

本科生毕业（学位）论文

浅谈玻尔对量子力学建立的贡献

敖成松

（2007061105）

指导教师姓名：张小伟

职称：讲师

单位：物理与电子科学系专业名称：物理学

论文提交日期：2011年月日论文答辩日期：2011年月日学位授予单位：黔南民族师范学院

答辩委员会主席:

论文评阅人:

2011 年月日

浅谈玻尔对量子力学建立的贡献

敖成松

（2007061105）

（黔南民族师范学院物理与电子科学系，贵州都匀 558000）摘要：简要介绍了二十世纪丹麦伟大的物理学家尼尔斯·玻尔对量子力学做出的巨大贡献。

关键词：量子力学；玻尔；玻尔理论；互补原理；哥本哈根学派

A Brief Talk on Bohr Contributed to Quantum Mechanics

Ao ChengSong

（2007061105）

（Department of Physics and Electronic Science , Qiannan Normal College for Nationalities,

Duyun 558000, Guizhou）

Abstract: The paper analyzed that Bohr,which was the twentieth century great physicis, greatly contributed to quantum mechanics development.

Keywords: Quantum mechanics; Neils Bohr; Boulder theory; Complementary principle; Copenhagen school

在现代科学发展史上，量子力学的创立，标志着现代物理学大厦基本构造完成。它主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构,性质的基础理论,它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。在这一理论创立过程中，当时一大批世界一流的天才物理学家为此立下汗马功劳。他们之中，又以海森伯、薛定谔、泡利、波恩、狄拉克等人的工作最为杰出、他们被视为量子力学的创始人。玻尔在这方面著述不多，他没有被正式列为这一伟大理论的创始人。但玻尔对量子力学的贡献，与上述这些人相比毫不逊色，甚至更为巨大。如果将哥本哈根理论物理研究所比做一个大熔炉的话，量子力学理论就是在这座熔炉中锻造出来的，玻尔在哥本哈根这个学术集体中，就像一个指引着大家向既定目标前进的统帅，或者说是“哥本哈根乐团”的总指挥。[1]

尼尔斯·玻尔(Niels Henrik David Bohr。1885—1962)1885年10月7日出生于丹麦的哥本哈根，从小学到大学，玻尔一直在哥本哈根读书，1905年获得丹麦科学协会征文比赛金质奖，于1911年取得博士学位。从1920年起，一直

领导哥本哈根大学理论物理研究所，直到1962年去世，由于对理解原子结构的卓越贡献，玻尔于1922年获得诺贝尔奖金。[2]他对量子力学的贡献主要有以下几个方面：

1．玻尔理论的提出

1859年，本生(R，W．Bunsen，1811—1899)和基尔霍夫发明了棱光分光镜，这使光谱的测量成为可能，因而，实验光谱学在十九世纪下半叶发展到了很高的水平，有关的研究工作首先是向寻找线光谱规律性的方向发展。其中，巴尔末(Johann Balmer，1825—1898)在1885年发现，氢光谱当时已知的全部谱线的波长可用这样一个公式来表达：λ=b[n2／ (n2-2)]，这里，b是一个常数(由巴尔末根据实验经验地定出了它的值)，n取3、4、5…等值，以对应各条谱线。当时对已知的氢光谱的九条谱线的测量结果都极好地和这一公式相吻合(误差还不到千分之一)。其他光谱中的规律性也随即被发现了，其中里德伯发现了一个适用于许多光谱组的普遍公式：如果按照较为常用的波数的表达式(u =1／n )，巴

尔末公式就成了具有普遍意义的里得伯公式的一个特例：u=1／λ =R H(1／22-1

／n2) (n=3，4，5⋯)式中，R

H 称做氢里德伯常数。如果把括号中的第一项换做n

f

，

并令n取(n

f +1)(n

f

+2)(n

f

+3)⋯等值，便可得到氢光谱中各个已知谱线系的表达式。

除此以外，还有里兹提出了里兹组合原则。这些经验公式在许多方面很有用处，特别是在预言新谱线方面，但对于这些线光谱存在的原子机制，当时没有人能够给出令人信服的结论。1911年，卢瑟福(Ernest Rutherford)根据自己的α粒子散射实验提出了原子的核式模型，指出原子中含有电子云，它分布在质量密集的、带正电的原子核周围，而核的线度比起整个原子的线度来是极其微小的，然而，原子的卢瑟福模型存在着一个基本困难：依照公认的电动力学法则，绕核运动的电子将连续发光，并因能量损耗终将崩溃落人核内，这与观察到的分立光谱线并不一致。

为了解决这一矛盾，1913年，玻尔提出了两点假没：第一点假设认为，电子只能在某些确定的轨道上运动，这就是所谓的“定态”，电子只要停留在这些态中的任何一个，它就不会发光；第二点假设认为只有当电子从一个较高能量的定态跃迁到一较低能量的定态时，辐射才从原子中放出，放出的辐射能量等于两定态能量的差值，通过一个类似的逆过程，原子能够吸收一个辐射量子，使得一个电子跃迁到较高能量的定态。按照普朗克的假设，他还给出了辐射光子的能量计

算公式：hv=W

1 一W

2

：(h为普朗克常数)。玻尔还进而提出了计算这些轨道的方法，

他设想定态就是绕原子核转动的角动量等于h／2π宙的整数倍时的状态，再令电子和原子核之间静电引力等于电子作圆周运动时所受的向心力，由此便计算出了这些轨道．这就是著名的玻尔理论。这样，玻尔一方面摒弃了传统概念，一方面