然现象
历史回顾
力学
• 经过Newton, Lagrange, Hamilton等人的发展， 已形成完整的力学体系。
• 成功地解释了宏观物体运动规律
• 预言了海王星的存在（通过天王星轨道的奇 异）
• 在上个世纪末，Newton力学被认为是终极的 动力学理论，而被广泛接受。
历史回顾
电磁学
• 英国科学家法拉第的实验研究工作发现 了电磁感应、电机，为现代电工学奠定 了基础。
• 人们对于量子力学本身的完备性及其基本 观念的理解，也持有截然不同的观点
• 争论双方的领军人物分别是Einstein和 Bohr
• 他们在上个世纪20－30年代的论战至今仍 为人们津津乐道
Niels Bohr and
Einstein in the
•
twenties, in the
home of the
《量子力学》引言
一.为什么要学习量子力学？ 二.如何学好量子力学？ 三.正确对待量子力学
一.为什么要学习量子力学？
• 1. 回顾历史，重温创新历程 –创新教育的好教材
• 2.量子力学是重要的基础课程 –最伟大的理论之一
• 3.量子力学是下一代IT的创新点 – 为明天奠定基础
限于研究光的传播， 并没有真正涉及光的产生和吸收，光与物质 的相互作用机制。
历史回顾
冲破经典物理桎梏
• 自牛顿以来，物理界一直受机械论的控制，任 何系统都必须归结于眼睛直觉的世界。
• 这种机械论制约人们对客观世界的认识
• 为解决黑体辐射问题，1900年，Planck冲破经 典物理机械论的束缚，提出了量子论，标志着 人类对量子认识的开始。
1927年10月布鲁塞尔第五次索尔莫会议合影
前排（左起）兰格尔 普朗克 居里夫人 洛伦兹 爱因斯坦 朗之万 威尔逊 里查逊
中排
布拉格 克拉梅斯 狄拉克 康普顿 德布罗意 玻恩 波尔
后排 皮卡德 亨利厄特 埃伦菲斯特 赫尔岑 朗德 薛定谔 非尔莎菲尔特 泡利 海森伯
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如何理解量子论？
• 玻尔曾经说过：“不为量子论所震惊者，必然不理 解量子论。”
——路甬祥
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科普读物推荐
• 许多著名的科学家写了多部有关这一段历史 的科普读物:
• 〖量子物理学：幻象还是真实〗, ［英］阿 莱斯泰尔·雷，江苏人民出版社，2000
• 〖量子史话〗 ，［美］B. 霍夫曼 著，科学 出版社，1979
• 〖量子力学史话〗，［苏］B. H. 瑞德尼克 著，科学出版社，1979
• 就在人们庆祝物理学大厦落成之时，也 发现了一些经典物理学不能解释的现象：
• 首先是黑体辐射
• 其次是光电效应
• 随后不能被经典物理解释的现象越来越 多
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经典物理学的局限性
• 经典物理一旦超出原先的范畴，就显得捉襟 见肘，漏洞百出。
• 牛顿力学只局限于研究物体在其外在时空中 的机械运动，不涉及物体的物质结构和内部 属性。
• 与此同时，Boltzmann、 Gibbs等人建立了微 观的统计物理理论体系。
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Kelvin世纪末的预言
• Kelvin在一篇瞻望20世纪物理学的 文章极力称赞十九世纪物理学的伟 大成果，他写道：
• “在已经建成的科学大厦中，后辈 科学家只要做一些零散的修补工作 就可以了。”
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经典物理的困难
• Maxwell完成了以他的名字命名方程组 为基础的理论体系，并预言了电磁波。
• 1887年，Hertz实验证实了电磁波的存 在
• 进而人们认识到光的本质是电磁波
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热力学和统计物理
• 热学是古老的科学，直到18世纪，资本主义 发展需要动力，瓦特发明了蒸汽机，促使热 力学迅速发展起来。
• 十九世纪中叶开尔文、卡诺、克劳修斯等人 的杰出工作奠定了热力学理论基础
• 在量子论诞生后，经典物理的机械论才被彻底打破， 人类才第一次认识到我们所处的物质世界远不是我 们日常看到的图像。
• 能量的分立、粒子的波粒二象性、动量与位置的测 不准原理等量子世界的奇妙现象与人们宏观世界的 经验相违背。
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关于量子论的争论
• 自从量子论提出以后，对于量子物理的思 想基础（特别是量子力学的哥本哈根学派 诠释）的争论从来就没有停止过
physicist Paul
Ehrenfest.
历史回顾 重走科学历程的长征路
• 这一段历史充满科学创新和丰硕的成果， 学习它，对每个人都是一种智慧的启迪， 创新精神的熏陶，极具感染力，是素质 教育的好教材
• 用“我的长征”类比，回顾这一段科学 历程，这是科学创新教育好案例
历史回顾
世纪回眸
• 今天，当我们踏着跨世纪的台阶， 深情回眸量子论带给人类的文明与 对宇宙认识的同时，我们更应从量 子论的诞生与成长的历史得到有益 的借鉴。
• 2000年，正是这一理论发表100周年，全世界 的科学界都举行了隆重的纪念活动。
历史回顾 20世纪初的科学舞台群英荟萃
• 为了解决经典物理遇到的困难，许多杰出的 物理学家投身新理论研究中
• Planck、 Einstein、 Rutherford 、Bohr、 Dirac、 de Broglie、 Heisenberg、 Schrodinger、Fermi、Born、Paoli
• 皆是举世闻名的科学家 • 大部分都获得过诺贝尔奖
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量子力学的诞生
• 量子力学既不象广义相对论那样来自于 对引力与几何关系的不可思议的洞察力
• 也不象DNA的破译那样揭开了生物学一 个新的世界的神秘面纱
• 它的建立不是一步到位，而是有一个曲 折的发展过程：1900－1927
• 1927年在比利时的布鲁塞尔召开的科学 大会上海森伯和薛定谔提出了新的量子 力学理论
• 上个世纪创造了两个伟大的理论： • 量子力学 • 相对论 • 有史以来最伟大的科学理论之一 • 从对人类物质文明影响来看，量子力学
影响似乎更大一些
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十九世纪末的物理学
• 物理学发展到相当高的水平 • 已经建立了： • 经典力学 • 电动力学 • 热力学和统计物理学 • 等一整套物理学理论 • 应用这些理论人们已经能够解释许多天文和自
2. 学习量子力学的现实意义
• 如果说，以上是我们学习量子力学的历史意 义，那么更重要的是下面要论述的现实意义。