西北大学Quantum Mechanics硕士课程辅导

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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