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西北大学Quantum Mechanics硕士课程辅导

发布时间:2022-12-28 12:00

量子力学,处理原子和亚原子尺度上的物质和光的行为的科学。它试图描述和说明分子和原子及其成分--电子、质子、中子和其他更深奥的粒子(如夸克和胶子)的特性。这些属性包括粒子之间的相互作用以及与电磁辐射(即光、X射线和伽马射线)的相互作用。

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一、基本考虑

在基本层面上,辐射和物质都具有粒子和波的特性。科学家们逐渐认识到,辐射具有粒子的特性,而物质具有波的特性,这为量子力学的发展提供了推动力。受牛顿的影响,18世纪的大多数物理学家认为,光是由粒子组成的,他们称之为光团。大约从1800年起,光的波浪理论开始积累证据。大约在这个时候,托马斯-杨表明,如果单色光通过一对狭缝,出现的两束光就会发生干涉,从而在屏幕上出现一个由明暗交替的条纹图案。这些条纹很容易被光的波浪理论所解释。根据该理论,当来自两个狭缝的波峰(和波谷)同时到达屏幕时,就会产生亮带;当一个波峰与另一个波谷同时到达时,就会产生暗带,而且两束光的效果会抵消。从1815年开始,法国的奥古斯丁-让-菲涅尔等人的一系列实验表明,当一束平行的光通过一条狭缝时,出现的光束不再平行,而是开始发散;这种现象被称为衍射。考虑到光的波长和仪器的几何形状(即狭缝的分离和宽度以及从狭缝到屏幕的距离),人们可以使用波浪理论来计算每种情况下的预期图案;该理论与实验数据完全一致。

二、普朗克的辐射定律

到19世纪末,物理学家几乎普遍接受了光的波浪理论。然而,尽管经典物理学的思想解释了与光的传播有关的干涉和衍射现象,但它们并没有说明光的吸收和发射问题。所有的身体都会以热量的形式辐射出电磁能量;事实上,一个身体会在所有的波长下发出辐射。不同波长的辐射能量在某一波长上是最大的,该波长取决于身体的温度;身体越热,最大辐射的波长就越短。试图用经典的想法来计算黑体辐射的能量分布是不成功的。(黑体是一个假设的理想体或表面,它吸收和再吸收落在它身上的所有辐射能量)。由德国的Wilhelm Wien提出的一个公式与长波长的观察结果不一致,而由英国的Lord Rayleigh (John William Strutt)提出的另一个公式则与短波长的观察结果不一致。

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