經(jīng)濟(jì)學(xué)]第10章 量子理論的產(chǎn)生和發(fā)展

1、第十章 量子理論的產(chǎn)生和發(fā)展,§10.1 黑體輻射和普朗克的量子假說§10.2 光電效應(yīng)和愛因斯坦光量子理論§10.3 原子的穩(wěn)定性和大小及玻爾的原子模型§10.4 量子力學(xué)的建立,一.黑體輻射問題二.光電效應(yīng)的解析三.原子的穩(wěn)定性和大小,§10.1 黑體輻射和普朗克量子假說,上一代人能取得自然知識(shí)的如此神奇進(jìn)展，應(yīng)歸功于人們從傳統(tǒng)思想束縛下獲得的這一解放。

2、 ——玻爾,一.黑體輻射1.背景： 1800年，天文學(xué)家赫歇爾(Herschel)用濾色片觀察太陽光透過的熱效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在紅外區(qū)有一種產(chǎn)生明顯熱效應(yīng)的輻射，從而發(fā)現(xiàn)了紅外線。第二年，里特和沃拉斯頓發(fā)現(xiàn)了紫外輻射。1821年，塞貝克發(fā)現(xiàn)溫差電并用于測(cè)量溫度。1830年諾比利發(fā)明了熱輻射測(cè)量?jī)x。還有許多物理學(xué)家對(duì)熱輻射的性質(zhì)、輻射能量與輻射源的關(guān)系、輻射能量按波長(zhǎng)的分布曲線等進(jìn)行了大量研究，并逐漸認(rèn)識(shí)到光譜、熱輻射、光輻

3、射是統(tǒng)一的。 1881年，美國(guó)人蘭利(Langley)發(fā)明了熱輻射計(jì)，可以很靈敏地測(cè)量輻射能量，并測(cè)出能量隨波長(zhǎng)變化的曲線，如圖（下頁），從曲線可以很明顯地看到能量最大值隨溫度的升高向短波方向轉(zhuǎn)移。,蘭利的能量分布曲線,橫坐標(biāo)表示光譜位置,1859年底，基爾霍夫提出：物體的發(fā)射本領(lǐng)e(λ,T)和吸收本領(lǐng)α(λ,T)的比值，等于物體處于輻射平衡時(shí)的表面亮度E(λ,T)。即：,ρ(ν,T)的探求可以從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面去解決。,并指

4、出這一比值對(duì)所有物體都是一樣的，與輻射物體的性質(zhì)無關(guān)。實(shí)際上，E(λ,T)反映的是在不同溫度下輻射按波長(zhǎng)分布的函數(shù)，它是一個(gè)與物體性質(zhì)無關(guān)的普適函數(shù)。 1860年，基爾霍夫又提出絕對(duì)黑體的概念：在任何溫度下都能全部吸收落在它上面的一切輻射。顯然，當(dāng)吸收本領(lǐng)α=1時(shí)，物體的發(fā)射本領(lǐng)就是輻射的普適函數(shù)。絕對(duì)黑體的表面亮度E(λ,T)可以用平衡輻射時(shí)的能量密度ρ(ν,T)來表示。,,1879年，德國(guó)物理學(xué)家斯特藩(Joseph

5、Stefan)總結(jié)出一條經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：黑體表面單位面積上在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的總能量與它的絕對(duì)溫度的四次方成正比，即：W=σt4 。 1884年，玻爾茲曼根據(jù)電磁學(xué)和熱力學(xué)理論，利用統(tǒng)計(jì)方法的結(jié)果（壓強(qiáng)等于能量密度的1/3），從理論上導(dǎo)出了這一結(jié)果。 1893年，德國(guó)物理學(xué)家維恩(Wilhelm Wien)根據(jù)多普勒效應(yīng)和斯特藩-玻爾茲曼定律，導(dǎo)出了維恩位移定律： λm

6、83; T = 常數(shù)表明黑體輻射能量強(qiáng)度最大的波長(zhǎng)λm和絕對(duì)溫度T成反比。 1895年，維恩首先指出，絕對(duì)黑體可以用一個(gè)帶有小孔的輻射空腔來實(shí)現(xiàn)。 1896年，盧默爾(Lummer)和普林斯海姆(Pringsheim)實(shí)現(xiàn)了空腔輻射，為黑體輻射強(qiáng)度的定量測(cè)量提供了重要手段。,輻射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律圖:,紫 外 災(zāi) 難 和 普 朗 克

7、 的 量 子 假 說,維恩,2.維恩定律 1896年，德國(guó)物理學(xué)家維恩通過半理論半經(jīng)驗(yàn)的方法，得到一個(gè)輻射能量分布公式：,1899年普朗克把電磁理論用于熱輻射和諧振子的相互作用，并通過熵的運(yùn)算得到了同樣的結(jié)果。這樣，就使維恩分布定律獲得了普遍性意義。 按照維恩分布定律，輻射強(qiáng)度將隨頻率的減小而按指數(shù)規(guī)律減小。1899年2月3日，盧默爾和普林斯海姆在一份報(bào)告中說，他們把空腔加

8、熱到800K-1000K，得到的能量分布曲線與維恩公式相符。但是，他們?cè)谕甑?1月3日的另一份報(bào)告中又指出：“在理論和實(shí)驗(yàn)之間確有系統(tǒng)性偏差。”并指出，這個(gè)公式只在短波區(qū)、溫度較低時(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合，而在長(zhǎng)波區(qū)不符。,ρ是輻射能密度，ν是頻率，T是溫度。,3.瑞利——金斯定律 1900年6月，瑞利提出了兩個(gè)假設(shè)，①空腔內(nèi)的電磁輻射形成一切可能形成的駐波，其波節(jié)在空腔壁處；②系統(tǒng)處于熱輻射平衡時(shí)，根據(jù)能量均分定理，每個(gè)駐波平均具

9、有的能量為kT。他根據(jù)這兩個(gè)假設(shè)，推導(dǎo)出了另一個(gè)輻射能量分布公式，但公式中錯(cuò)了一個(gè)因子8，后來被金斯于1905年所糾正。公式為：,但是，這一公式卻只有在長(zhǎng)波區(qū)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合，而在短波區(qū)不符。由于輻射能量與頻率ν的平方成正比，因此當(dāng)波長(zhǎng)接近紫外時(shí)，能量為無限大!即在紫色端發(fā)散。這一結(jié)果后來被埃倫菲斯特(P.Ehrenfest)稱為“紫外災(zāi)難”。,稱為瑞利-金斯輻射定律。,瑞利像,紫外災(zāi)難也就是經(jīng)典物理的災(zāi)難！,但瑞利、金斯兩人得出的共識(shí)

10、，是根據(jù)經(jīng)典物理的理論嚴(yán)密推導(dǎo)的，瑞利和金斯也是物理學(xué)界公認(rèn)的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜?，理論值與實(shí)驗(yàn)值在短波區(qū)的北轍南轅，揭示了經(jīng)典物理學(xué)面臨的嚴(yán)重困難，使人們不得不稱之為“紫外災(zāi)難”。,二.普朗克的研究 1.普朗克(1858-1947) 誕生在德國(guó)，其父在慕尼黑大學(xué)任教，中學(xué)畢業(yè)后，躊躇于物理、數(shù)學(xué)和音樂之間，1874年考入慕尼黑大學(xué)數(shù)學(xué)系，因?yàn)閻酆糜洲D(zhuǎn)向物理，他的老師約里(P.Jolly)勸他不要選物理，但普朗克選了物理并于

11、1879年獲得博士學(xué)位。1880年起先后在慕尼黑大學(xué)和麥基爾大學(xué)任教。1888年柏林大學(xué)任命他為,基爾霍夫的繼任人和為他新設(shè)立的理論物理研究所所長(zhǎng)。在此崗位一直工作到退休。1894年當(dāng)選為普魯士皇家科學(xué)院院士，1918年被選為英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1930-1937年任威廉皇帝協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。1918年因發(fā)現(xiàn)能量子獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,2.普朗克的內(nèi)插公式 普朗克將代表短波方向的維恩公式和代表長(zhǎng)波方向的實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合在一起，得到普朗克輻

12、射定律：,當(dāng)ν→0， 即在長(zhǎng)波范圍，普朗克定律變?yōu)槿鹄鹚构健?當(dāng)ν→∞，即在短波范圍，又與維恩定律一致。,魯本斯得知這一公式后，立即把自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論曲線相比較，完全符合。于是兩人于1900年10月19日向德國(guó)物理學(xué)會(huì)做了報(bào)告。題目是《維恩光譜方程的改進(jìn)》。,,,紫外災(zāi)難,3.普朗克的能量子假設(shè) 普朗克作為一理論物理學(xué)家，他不滿足于找到一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，普朗克寫道:“即使這個(gè)新的輻射公式證明是絕對(duì)精確的，但若僅僅是

13、一個(gè)僥幸揣測(cè)出來的公式，它的價(jià)值也只能是有限的。因此從10月19日提出這個(gè)公式開始，我就致力于找出這個(gè)公式的真正物理意義。這個(gè)問題使我直接去考慮熵和幾率之間的關(guān)系，也就是說把我引到了波爾茲曼的思想?！?插曲：最初普朗克并不同意玻耳茲曼的統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)，曾經(jīng)跟波爾茲曼進(jìn)行過論戰(zhàn)。但是，普朗克經(jīng)過幾個(gè)月的努力，沒有從熱力學(xué)的普遍理論推出新的輻射定律，后來只好用波爾茲曼的熱力學(xué)幾率理論進(jìn)行嘗試。從而導(dǎo)出普朗克輻射公式。,普朗克量子假說 輻

14、射黑體中分子和原子的振動(dòng)可視為線性諧振子，這些線性諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)下，諧振子的能量不能取任意值，只能是某一最小能量? 的整數(shù)倍。,對(duì)頻率為? 的諧振子, 最小能量?為:,n為整數(shù)，稱為量子數(shù),? 稱為能量子,能量不連續(xù)，只能取某一最小能量的整數(shù)倍!!!!!,普朗克根據(jù)黑體輻射的數(shù)據(jù)計(jì)算出常數(shù)h值： h=6.65×10-34焦耳·秒,普朗克從這些

15、假設(shè)出發(fā)可以得到他的黑體輻射公式：,h—普朗克常數(shù) ，就好象普羅米修斯從天上引來的一粒火種，使人們從傳統(tǒng)思想的束縛下獲得了解放!黑體輻射，光電效應(yīng)，原子光譜，康普頓效應(yīng)等都是普朗克假說的發(fā)展結(jié)果，是經(jīng)典物理所不能解釋的。,普朗克的矛盾 普朗克的能量子假說，對(duì)能量連續(xù)的觀點(diǎn)形成了嚴(yán)重沖擊，人們只承認(rèn)普朗克公式，卻不接受他的能量子假說。就連普朗克本人也不能正確理解能量子的物理意義。對(duì)此，他的心情非常矛盾，一方面直覺告訴他：這個(gè)

16、發(fā)現(xiàn)不同尋常，另一方面他又總想回到經(jīng)典理論的立場(chǎng)上去。他說：“在將作用量子h引入理論時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能保守從事；這就是說，除非業(yè)已表明絕對(duì)必要，否則不要改變現(xiàn)有理論。” 1911年普朗克認(rèn)為只是在發(fā)射過程中才是量子化的，而吸收則完全是連續(xù)進(jìn)行的。到了1914年，干脆取消了量子假說（ε→0），認(rèn)為發(fā)射過程也是連續(xù)的。但一次一次的失敗使他最終放棄了自己的倒退立場(chǎng)。為此他百感交集：“為了使作用量子能以某種方式容入經(jīng)典理論中，我花了幾年

17、的時(shí)間（一直到1915年），它們耗費(fèi)了我大量的精力。 …現(xiàn)在我懂得了一件事實(shí)，基本作用量子在物理學(xué)中所起的作用遠(yuǎn)比我最初設(shè)想的要深刻的多?！?由于在玻爾茲曼影響下，于1900年12月14日，普朗克明確提出了能量子概念，并指出每個(gè)能量子的能量E與頻率ν成正比，這一天，被稱為量子力學(xué)的誕生日。,紫 外 災(zāi) 難 和 普 朗 克 的 量 子 假

18、 說,普朗克于1918年獲諾貝爾獎(jiǎng)。,這個(gè)發(fā)現(xiàn)將人類的觀念——不僅是有關(guān)經(jīng)典科學(xué)的觀念，而且是有關(guān)通常思維方式的觀念的基礎(chǔ)砸得粉碎。 ——玻爾,普朗克像,紫 外 災(zāi) 難 和 普 朗 克 的 量 子 假 說,一.光電效應(yīng) 1光電效應(yīng) 2光電效應(yīng)的有關(guān)規(guī)律 3愛因斯坦的光量子假設(shè) 4

19、光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用 5光子的質(zhì)量、動(dòng)量和能量二.康普頓效應(yīng) 1康普頓散射 2康普頓關(guān)系 3康普頓散射的光量子解釋 4康普頓成功的因素,§10.2 光電效應(yīng)和愛因斯坦光量子理論,1.光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn) 1887年赫茲發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。當(dāng)時(shí)赫茲在驗(yàn)證麥克撕韋的電磁理論的火花放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)：如果接收電磁波的電極受到紫外線照射，火花放電就變的容易產(chǎn)生。并將這一現(xiàn)象發(fā)表于論文《紫外線對(duì)放電的影響》

20、。 1888年，德國(guó)物理學(xué)家霍爾瓦克斯(Hallwachs)證實(shí)，這是由于放電間隙內(nèi)出現(xiàn)了荷電體的緣故。 1899年，J.J.湯姆遜測(cè)出產(chǎn)生的光電流的荷質(zhì)比，結(jié)果與陰極射線粒子的荷質(zhì)比相近，說明產(chǎn)生的光電流和陰極射線一樣是電子流。,一、光電效應(yīng),于是得出結(jié)論：光照射到金屬表面使金屬內(nèi)部的自由電子獲得更大的動(dòng)能，因而從金屬表面逸出。但是:,截止電壓的發(fā)現(xiàn)： 1899～1902年，勒納德為了研究光電子從金屬表面逸出時(shí)所

21、具有的能量，在兩電極間加上可調(diào)節(jié)的反向電壓，直到使光電流截止。從反向電壓的截止值推算出逸出電子的最大速度。但在這一研究的過程中發(fā)現(xiàn)逸出電子的能量與光的強(qiáng)度無關(guān)。截止頻率的發(fā)現(xiàn)： 勒納德進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，光電效應(yīng)的產(chǎn)生還與入射光的頻率有關(guān)，當(dāng)光的頻率小于某一值時(shí)，無論光強(qiáng)多大，光電效應(yīng)都不能產(chǎn)生，只有大于臨界值時(shí)，光電效應(yīng)才會(huì)發(fā)生。光電效應(yīng)的瞬時(shí)性： 不管光強(qiáng)多小，只要頻率大于臨界值，就立即產(chǎn)生光電效應(yīng)。,2.光電效應(yīng)的

22、有關(guān)規(guī)律,勒納德的解釋：1902年他提出觸發(fā)假說：電子原本就是以某一速度在原子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，光照到原子上，當(dāng)光的頻率與電子本身的振動(dòng)頻率一致時(shí)發(fā)生共振，原子就以其自身的速度從原子內(nèi)部逸出。,經(jīng)典理論遇到的困難,經(jīng)典理論認(rèn)為，產(chǎn)生的光電子的初動(dòng)能應(yīng)與入射光的強(qiáng)度成正比。但實(shí)驗(yàn)表明, 光電子的初動(dòng)能與入射光強(qiáng)無關(guān)。,根據(jù)經(jīng)典波動(dòng)理論，只要入射光達(dá)到足夠的能量(可用增加光強(qiáng)度和光照時(shí)間的方法獲得)，便可使自由電子獲得足以逸出金屬表面的能量。所以，

23、不應(yīng)該存在入射光的頻率限制。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾。,從經(jīng)典波動(dòng)理論觀看，光電子的產(chǎn)生需要一定時(shí)間的能量積累。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明光電子的產(chǎn)生是瞬時(shí)的。,,,,,3.愛因斯坦的光量子假說的提出 1905年6月、1906年3月、11月，愛因斯坦連續(xù)發(fā)表了三篇論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》《論光的產(chǎn)生與吸收》《普朗克的輻射和比熱理論》。他在論文中指出：“當(dāng)人們把用連續(xù)空間函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的光的理論應(yīng)用到光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象上去時(shí)，這個(gè)理

24、論會(huì)導(dǎo)致和經(jīng)驗(yàn)矛盾?！绻霉獾哪芰吭诳臻g中不是連續(xù)分布的這種假設(shè)來解釋，似乎就更好理解。按照這種假設(shè)，從點(diǎn)光源發(fā)出的光束的能量在傳播中不是連續(xù)分布在越來越大的空間中，而是由個(gè)數(shù)有限的、局限在空間各點(diǎn)的能量子所組成，這些能量子能夠運(yùn)動(dòng)，但不能再分割，而只能整個(gè)的被吸收或產(chǎn)生出來。”1909年9月又在德國(guó)自然科學(xué)協(xié)會(huì)上作了相關(guān)報(bào)告。,（1）內(nèi)容 光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)以能量為h?的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時(shí)也是如此。也就是說，頻

25、率為? 的光是由大量能量為 ? =h? 光量子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運(yùn)動(dòng)。,（2）愛因斯坦光電效應(yīng)方程 在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功A，另一部分變?yōu)楣怆娮拥膭?dòng)能 Ek0 。由能量守恒可得出：,式中：A為電子逸出金屬表面所需作的功，稱為逸出功；,為光電子的最大初動(dòng)能。,美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家密立根(R.A.Millikan)，開始不接受愛因斯坦的觀點(diǎn)，試圖從實(shí)驗(yàn)上否定光量子

26、理論，他從1905年起，花了十年時(shí)間，利用巧妙而復(fù)雜的裝置，做了大量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果做成了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)了愛因斯坦方程，其h 的值與理論值完全一致，從而證明了“光量子”理論的正確。密立根在他1949年為愛因斯坦70壽辰所發(fā)賀詞中說：“在我的一生中我花了十年的時(shí)間檢驗(yàn)愛因斯坦方程，結(jié)果和我所有的預(yù)期相反，在1915年我不得不宣布它毫不含糊的實(shí)驗(yàn)鑒定，盡管它似乎和我所知道的光的干涉的每一件事都相違而不合常理?！?（3）光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證,

27、這一結(jié)果使愛因斯坦 “因?qū)碚撐锢硭龅呢暙I(xiàn)，特別是發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)定律” 獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 密立根 “因測(cè)量基本電荷和研究光電效應(yīng)” 獲1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,密立根光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置圖,外光電效應(yīng) 由于金屬表面的電子吸收外界的光子， 克服金屬的束縛而逸出金屬表面的現(xiàn)象。內(nèi)光電效應(yīng) 由于半導(dǎo)體表面的電子吸收外界的光子， 使其導(dǎo)電性能增強(qiáng)的現(xiàn)象。,可以用于自動(dòng)控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)跟蹤等。,

28、4.光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用,1.光控繼電器,可對(duì)微弱光線進(jìn)行放大，可使光電流放大105~108 倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。,2.光電倍增管,康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證實(shí)了光量子理論的正確性。 1918年美國(guó)物理學(xué)家康普頓(A.H.Compton)開始研究X射線的散射，1922年，他把X射線投射到石墨上，以觀察被散射后的X射線，發(fā)現(xiàn)其中有兩種不同的頻率成分：一種頻率與入射線相同，另一種頻率則低于入射線。按

29、照經(jīng)典理論，散射過程不會(huì)改變?nèi)肷渚€的頻率。1923年康普頓利用愛因斯坦1916年提出的光量子的動(dòng)量表達(dá)式，對(duì)光子與電子的碰撞過程應(yīng)用質(zhì)能守恒和動(dòng)量守恒定律，圓滿解釋了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 英國(guó)物理學(xué)家威爾遜(C.T.R.Wilson)用自己發(fā)明的“云室”發(fā)現(xiàn)了這些反沖電子。 康普頓因發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)、威爾遜“因發(fā)現(xiàn)用蒸汽凝聚觀察電子粒子軌跡的方法”分享了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,1.康普頓效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和研究過程

30、 1920年秋，麥基爾大學(xué)的格雷(G.A.Gray)研究X射線散射時(shí)首先發(fā)現(xiàn)X射線散射后波長(zhǎng)的改變。 當(dāng)時(shí)康普頓正在從事γ射線的研究，他立即用X射線做散射實(shí)驗(yàn)，并將所得的結(jié)果寫成論文《二次X射線的軟化》發(fā)表在《自然》雜志上。但是他認(rèn)為二次X射線的軟化，是由于輻射的性質(zhì)發(fā)生了變化，“我的結(jié)論是：這一變化激發(fā)了某種熒光射線，其波長(zhǎng)略大于入射射線?！睘榱私忉屵@一現(xiàn)象，康普頓花費(fèi)了心血，1961年他曾回憶說：“從1917年開始

31、，我花了五年的時(shí)間，企圖調(diào)和X射線散射強(qiáng)度分布實(shí)驗(yàn)和J.J.湯姆遜關(guān)于這一現(xiàn)象的電子理論，但都沒有成功?！?1923年，康普頓將愛因斯坦的光量子論運(yùn)用到散射問題，終于解釋了這一現(xiàn)象，并將論文《X射線受輕元素散射的量子理論》發(fā)表在《物理評(píng)論》上。,康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn),1、實(shí)驗(yàn)裝置,1926年康普頓觀量了X射線沿各方向的散射波,發(fā)現(xiàn)在散射光線中有波長(zhǎng)大于入射光波長(zhǎng)的現(xiàn)象 。

32、 ——康普頓效應(yīng),,,式中： 稱為康普頓波長(zhǎng)，它表示散射角為90o時(shí)，散射波長(zhǎng)改變的值。,2、康普頓散射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,(1)在散射光線中有與入射光波長(zhǎng)相同的射線也有波長(zhǎng)大于入射光的射線;,(2)在原子量較小的物質(zhì)中，康普頓散射較強(qiáng)。對(duì)原子量較大的物質(zhì)，康普頓散射較弱;,(4)在同一散射角下，所有散射物質(zhì)波長(zhǎng)的改變 都是相同的。,X

33、 射線光子與電子的碰撞,3、康普頓效應(yīng)的理論解釋,(1)碰撞前,*電子,*光子,能量,動(dòng)量,(2)碰撞后,*光子,能量,動(dòng)量,能量,動(dòng)量,*電子,能量,動(dòng)量,,,碰撞過程中能量守恒,碰撞過程中動(dòng)量守恒,消去?與v 可得, 散射使波長(zhǎng)的改變量為,康普頓散射波長(zhǎng),4 康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義,(1) 進(jìn)一步確認(rèn)了光的粒子性，及關(guān)系式,正確性,(2) 確認(rèn)了動(dòng)量守恒定律與能量守恒定律在 微觀粒子相互作用中的正確性。,,注意幾點(diǎn):,②

34、散射光中有與入射光相同的波長(zhǎng)的射線，是由于光子與原子碰撞，原子質(zhì)量很大，光子碰撞后，能量不變，散射光頻率不變。,④在重原子中，內(nèi)層電子比輕原子多，而內(nèi)層電子束縛很緊，所以原子量大的物質(zhì)，康普頓效應(yīng)比原子量小的弱。,③當(dāng)? =0 時(shí)，光子頻率保持不變； ? =? 時(shí)，光子頻率減小最多。,①散射波長(zhǎng)改變量 ?? 的數(shù)量級(jí)為 10-12m，對(duì)于可見光波長(zhǎng)?～10-7m，??<<?，所以觀察不到康普頓效應(yīng)。,吳有訓(xùn):1897年4月2

35、日出生，江西高安人。物理學(xué)家。1920年畢業(yè)于南京高等師范學(xué)校。1926年獲美國(guó)芝加哥大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位。1948年選聘為中央研究院院士。中國(guó)科學(xué)院研究員、副院長(zhǎng)，中國(guó)物理學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。主要從事近代物理學(xué)特別是X射線散射光譜方面的研究工作，是中國(guó)開展近代物理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的先驅(qū)者之一。20年代在康普頓的X射線散射研究中進(jìn)行了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，為康普頓效應(yīng)的進(jìn)一步確立和公認(rèn)作出了部分重要工作。1955年選聘為中國(guó)科學(xué)院院士（學(xué)部委員）。1977年11月

36、30日于北京去世。,1925年吳有訓(xùn)以《康普頓效應(yīng)》的論文獲得博士學(xué)位。,吳有訓(xùn)對(duì)近代物理學(xué)的重要貢獻(xiàn)，主要是全面地驗(yàn)證了康普頓效應(yīng)?？灯疹D最初發(fā)表的論文只涉及一種散射物質(zhì)（石墨），盡管已經(jīng)獲得明確的數(shù)據(jù)，但終究只限于某一特殊條件，難以令人信服。為了證明這一效應(yīng)的普遍性，吳有訓(xùn)在康普頓的指導(dǎo)下，做了７種物質(zhì)的Ｘ射線散射曲線，證明只要散射角相同，不同物質(zhì)散射的效果都一樣，變線和不變線的偏離與物質(zhì)成分無關(guān)。他們?cè)?924年聯(lián)名發(fā)表題為：《經(jīng)

37、輕元素散射后的鉬Ｋα射線的波長(zhǎng)》一文，論文刊登于《美國(guó)科學(xué)院通報(bào)》第10卷上。文中寫道：“這些實(shí)驗(yàn)無可置疑地證明了散射量子理論所預(yù)言的光譜位移的真實(shí)性?！?康普頓在1923年的論文中曾對(duì)不變線的起因提出了兩種不同的假設(shè)。①在散射過程中分給電子的能量不足以把電子從原子釋放時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)不變線。光子跟這些束縛電子碰撞，實(shí)際上就是跟整個(gè)原子碰撞，因此，原子的原子序數(shù)越高，不變線的強(qiáng)度越大。②入射光子被原子核散射造成不變線。　　吳有訓(xùn)認(rèn)識(shí)到這個(gè)

38、問題對(duì)研究康普頓效應(yīng)的機(jī)理具有重要意義，就花了很大力氣系統(tǒng)地測(cè)量變線和不變線的強(qiáng)度比，以判明兩種假設(shè)孰是孰非。1925年10月寫成了《康普頓效應(yīng)中變線與不變線間的能量分布》一文，發(fā)表在1926年的《物理評(píng)論》(Physical Review) 上。通過對(duì)5種物質(zhì)進(jìn)行測(cè)量比較得出：對(duì)于給定角度，散射強(qiáng)度比隨原子序數(shù)的增大而減小。由此，吳有訓(xùn)作出推論：鋰是最輕的金屬，用鋰作散射物，應(yīng)能得到最大的強(qiáng)度比?！　　榱舜_證鋰散射的效果，吳有訓(xùn)巧

39、妙地設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案。他把鋰輻射物放在充有氫的鉛室中，鉛室上安有兩扇云母窗，分別讓原始的Ｘ射線進(jìn)入和散射的二次射線射出。實(shí)驗(yàn)做得非常細(xì)致，結(jié)果是在金屬鋰散射的二次射線中康普頓效應(yīng)的不變線消失了。　　鋰散射中不變線強(qiáng)度為零，證明康普頓提出的第一個(gè)假設(shè)是正確的。這樣，就把康普頓效應(yīng)的理論向前推進(jìn)了一步。,一.原子模型的歷史演變二.盧瑟福的核式結(jié)構(gòu),§10.3 原子的穩(wěn)定性和大小以及玻爾的原子模型,一.原子模型的歷史演變

40、 電子的發(fā)現(xiàn)，引起了人們對(duì)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的興趣，提出了各種結(jié)構(gòu)模型。,3.J·J·湯姆遜西瓜模型：正電荷像西瓜瓤，負(fù)電荷像西瓜子分布其上（面包和葡萄干模型）。,2.長(zhǎng)崗的土星模型:1904年，提出土星衛(wèi)環(huán)模型。這一模型實(shí)際已經(jīng)提出了原子的有核結(jié)構(gòu)模型，只是未對(duì)核的大小的數(shù)量級(jí)及原子的穩(wěn)定性等問題給予明確的闡述。,1.勒納德的動(dòng)力子模型：1902-1903年勒納德通過作陰極射線透過金屬箔的實(shí)驗(yàn)表明，金屬中的原子并不是

41、相互緊靠著的剛性小球，其中存在大量空隙，剛性球約占全部空間的10-9。于是他提出：原子內(nèi)的每個(gè)電子與每個(gè)正電荷組成一個(gè)中性的“剛性配偶體”，并取名為“動(dòng)力子”，無數(shù)動(dòng)力子漂浮于空曠的原子太空中。,1.盧瑟福行星模型提出的過程：,二.盧瑟福的行星模型---核式結(jié)構(gòu),J·J·湯姆遜認(rèn)為：“原子內(nèi)的正電荷是均勻地分布在原子中的，而并非呈粒子狀態(tài)” 。而盧瑟福認(rèn)為應(yīng)該用帶電粒子碰撞去試探。1909年，盧瑟福和蓋革、馬斯頓，

42、用氦核轟擊厚度為10-6米的金箔(α散射實(shí)驗(yàn))。起初蓋革什么現(xiàn)象也沒看到，盧瑟福告訴他要仔細(xì)觀察：“要多看細(xì)看，實(shí)驗(yàn)要重復(fù)幾十次、幾百次、幾千次，才能發(fā)現(xiàn)偶然的現(xiàn)象。”結(jié)果，實(shí)驗(yàn)測(cè)得散射角大于900的比例約為1/8000。根據(jù)湯姆遜模型，α粒子的大角偏折是多次小偏折積累造成的。其概率約為1/103500。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模型明顯不符。,盧瑟福說:“猶如一發(fā)15寸的炮彈去轟一張薄紙，而炮彈卻掉過頭來擊中你自己一樣?！?Α粒子散射實(shí)驗(yàn),氦核質(zhì)量是

43、電子質(zhì)量的 7500倍， ? 粒子運(yùn)動(dòng)不受電子影響。,蓋革,為了解決這一矛盾，盧瑟福放棄比湯姆遜模型，利用長(zhǎng)岡半太郎的土星模型進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值基本相符。于是1911年發(fā)表了《物質(zhì)的α粒子和β粒子的散射和原子結(jié)構(gòu)》的論文，提出原子的有核模型。在論文中他寫到：“經(jīng)過思考，我認(rèn)為反向散射必定是單次碰撞的結(jié)果，而當(dāng)我作出計(jì)算時(shí)看到，除非采取一個(gè)原子的大部分質(zhì)量集中在一個(gè)微小的核內(nèi)的系統(tǒng)，是無法得到數(shù)量級(jí)的任何結(jié)果的，這就使我后來提出原子具

44、有很小而質(zhì)量很大的核心的想法?！?通過對(duì)α粒子的散射實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和計(jì)算，盧瑟福得出結(jié)論：“一切原子都有一個(gè)核，它的半徑小于10-12厘米，原子核帶正電，它的電荷是+Ze，原子的半徑為10-8厘米，電子的位置必須擴(kuò)展到以核為中心、半徑為10-8厘米的球內(nèi)或球面上；為了構(gòu)成平衡，電子必須象行星一樣繞核旋轉(zhuǎn)著?！?1911-1913年間蓋革和馬斯頓在盧瑟福指導(dǎo)下做了一系列α粒子的散射實(shí)驗(yàn)，“記錄下了100000次以上的閃爍，所有結(jié)果

45、都和盧瑟福理論符合的很好，結(jié)果都證明：原子中心有很強(qiáng)的電荷，這個(gè)中心比原子直徑要小的多?！?原子核式結(jié)構(gòu)模型的建立，只肯定了原子核的存在，但還不知道原子核外電子的情況。,在獨(dú)創(chuàng)的科學(xué)研究中，我從未見過有比盧瑟福先生更加熱情和干練有為的學(xué)生?！?J·J·湯姆遜,研究原子結(jié)構(gòu)的兩種方法：①利用原子發(fā)射光譜線的規(guī)律。②用高能粒子轟擊物質(zhì)中的原子，使高能粒子穿到原子內(nèi)部發(fā)生作用，從觀察到的現(xiàn)象解釋原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)。,2.

46、盧瑟福的有核原子結(jié)構(gòu)與經(jīng)典理論的矛盾,電子軌道及轉(zhuǎn)動(dòng)頻率不斷變化，輻射電磁波頻率也是連續(xù)的，原子光譜應(yīng)是連續(xù)的光譜。實(shí)驗(yàn)測(cè)得原子光譜是不連續(xù)的譜線。,按經(jīng)典理論電子繞核旋轉(zhuǎn)，作加速運(yùn)動(dòng)，電子將不斷向四周輻射電磁波，它的能量不斷減小，從而將逐漸靠近原子核，最后落入原子核中。計(jì)算表明，原子的壽命將僅有10-12秒。而實(shí)驗(yàn)表明原子相當(dāng)穩(wěn)定。,,1.玻爾(1885-1962)2.玻爾的氫原子理論3. 玻爾理論的驗(yàn)證4.玻爾理論的缺陷5.

47、 玻爾理論的推廣,三、玻爾的氫原子理論,玻 爾,1.玻爾(N.D.Bohr,1885-1962),丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾，生于丹麥哥本哈根的一個(gè)富裕知識(shí)分子家庭，父親是哥本哈根大學(xué)生理學(xué)教授。1903年進(jìn)入哥本哈根大學(xué)數(shù)學(xué)和自然科學(xué)系，大學(xué)二年級(jí)時(shí)他熱中于研究水的表面張力問題，并在丹麥皇家科學(xué)院的有獎(jiǎng)?wù)魑闹腥莴@金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)拢?909年獲碩士學(xué)位，1911年以論文《金屬電子論的研究》獲博士學(xué)位。,1911年9月，他到英國(guó)劍橋卡文迪

48、什實(shí)驗(yàn)室進(jìn)修，據(jù)說他第一次與導(dǎo)師J.J.湯姆孫見面時(shí)，就把他論文中批評(píng)湯姆孫的段落當(dāng)面指出，使導(dǎo)師很不高興，因而給以冷遇。,1913年提出著名的玻爾原子理論。1916年任哥本哈根大學(xué)教授，1921年起一直領(lǐng)導(dǎo)著該校為他建立的理論物理研究所，直到去世。玻爾于1916年、1927年分別提出對(duì)應(yīng)原理和互補(bǔ)原理，1936年提出原子核的液滴核模型，1939年創(chuàng)立核裂變理論，預(yù)言鈾的自身裂變。曾參加第一顆原子彈的制造。1922年因?qū)υ咏Y(jié)構(gòu)和原子輻

49、射的研究而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,1912年3月轉(zhuǎn)到了曼徹斯特隨盧瑟福工作，這成了他一生的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 玻爾在盧瑟福實(shí)驗(yàn)室工作期間（約4個(gè)月），正值盧瑟福發(fā)表有核原子理論，并組織對(duì)這一理論進(jìn)行檢驗(yàn)。玻爾參加了α粒子散射實(shí)驗(yàn)工作，因此清楚這一理論所面臨的困難。但玻爾堅(jiān)信盧瑟福有核原子模型的正確性，認(rèn)為“只有量子假說是擺脫困難的唯一出路”。,2.玻爾的氫原子理論,2.斯塔克的啟示：1913年2月玻爾注意到德國(guó)物理學(xué)家斯塔克(J.Stark)在

50、《原子動(dòng)力學(xué)原理》一書中的一段話：“一個(gè)光譜的全部譜線是由單獨(dú)一個(gè)電子造成的，是在這個(gè)電子從一個(gè)（幾乎）完全分離的狀態(tài)逐次向勢(shì)能最小的狀態(tài)躍遷過程中輻射出來的。”他將這一電子躍遷思想和光譜線聯(lián)系到一起，這樣，玻爾突然領(lǐng)悟到，他可以用這一理論解釋巴爾末公式了。玻爾曾說過：“我一看到巴爾末公式，整個(gè)情形就一下子弄清楚了。”,1.漢森的拜訪：1912年7月回到哥本哈根，1913年初，玻爾的好友、光譜學(xué)家漢森(H.M.Hansen)在拜訪玻爾時(shí)

51、問到原子結(jié)構(gòu)和光譜學(xué)中的譜線有什么關(guān)系？并向玻爾詳細(xì)介紹了巴爾末的發(fā)現(xiàn)，以及誰也無法對(duì)巴爾末公式作出解釋。,3.躍遷理論的提出：1913年3月、6月、9月，分別寫出了《原子構(gòu)造和分子構(gòu)造（1）（2）（3）》三篇論文（人稱“三部曲”），提出了定態(tài)躍遷的原子模型。,1)定態(tài)假設(shè)：原子中電子的軌道不是任意的，只能取分立 的幾個(gè)，在以上軌道運(yùn)動(dòng)的電子不輻射電磁 波，原子處于相應(yīng)的定態(tài)。,3）角動(dòng)量

52、量子化：如果電子繞核轉(zhuǎn)的是圓軌道的話，它的 角動(dòng)量也應(yīng)是量子化的，即,(n=1，2，3…),2)躍遷假設(shè)：原子中的電子從一定態(tài)躍遷到另一定態(tài)，若 相應(yīng)的能量En>Ek，則原子將放出一個(gè)光子， 其頻率：,將定態(tài)能量代入躍遷公式，即得氫光譜規(guī)律公式：,從而使氫光譜的譜線規(guī)律很自然的得到解釋。,由定態(tài)躍遷原理通過運(yùn)用經(jīng)典

53、力學(xué)的計(jì)算和引入量子條件，玻爾推出了原子的玻爾半徑大小a，并得到了定態(tài)能量En。,氫光譜的巴爾末線系,氫光譜能級(jí)圖,1.匹克林譜線的觀測(cè)： 1896-1897年間，美國(guó)天文學(xué)家皮克林(E.C.Pickering)在船艫座ξ星的光譜中發(fā)現(xiàn)一個(gè)很象巴爾末系的線系，這個(gè)線系中每隔一條譜線和巴爾末系的譜線重合。里德伯得出這個(gè)線系符合帶有半整數(shù)的巴爾末頻率公式。 玻爾指出，皮克林系的頻率公式中不應(yīng)包含有半整數(shù)，而應(yīng)都取整數(shù)，

54、只是其里德伯常數(shù)為氫的4倍，并認(rèn)為這些譜線是電離了的氦原子發(fā)射的。 1913年給盧瑟福去信，請(qǐng)求他要求光譜學(xué)家否勒(A.Fowler)檢驗(yàn)這種氦假說。由于否勒不太相信這種說法，盧瑟福就請(qǐng)伊萬斯作這一實(shí)驗(yàn)，伊萬斯在一個(gè)玻璃管中充入極純的氦氣，得到了匹克林譜線。 否勒又提出，就這些譜線而言，其里德伯常數(shù)并不精確等于氫的4倍。玻爾回答說，這個(gè)微小的差別產(chǎn)生于氦原子核的不可忽略的運(yùn)動(dòng)。,,,3. 玻爾理論的驗(yàn)證：,2.玻爾預(yù)言

55、的氫光譜的其它線系的陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，如T.賴曼于1914年發(fā)現(xiàn)在紫外區(qū)的賴曼系。,3.夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn):J.夫蘭克和G.赫茲通過碰撞測(cè)出原子的“電離能”，玻爾指出這是原子的“激發(fā)能”，由此可以肯定地證明原子定態(tài)的存在。 從而驗(yàn)證了玻爾理論的正確性。,設(shè)汞原子基態(tài)能量為E1，第一激發(fā)態(tài)為E21.當(dāng)電子動(dòng)能Ek<E2-E1時(shí)：電子不能使Hg原子激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)，電子與Hg原子碰撞無能量損失，速率不變。因此能克服G2-P間反向電壓到達(dá)P電極

56、形成電流。且隨著U0的增加電流IP增加。直到電子獲得的動(dòng)能Ek=E2-E1。 即U0↑→Ek↑→v↑→Ip↑,2.當(dāng)電子動(dòng)能Ek=E2-E1時(shí)： 電子和Hg原子產(chǎn)生彈性碰撞，Hg原子因吸收電子能量被激發(fā)，電子則由于能量損失而不能克服遏止電壓的作用到達(dá)極板P，從而使電流IP減小。,3.U0↑→Ek>E2-E1 電子Ek隨著U0的增加而增加，電子和Hg原子產(chǎn)生彈性碰撞，電子由于無能量損失，能克服

57、遏止電壓作用到達(dá)極板P形成電流，所以IP增加。直到Ek=2（E2-E1）。即U0↑→Ek↑→v↑→Ip↑4.當(dāng)Ek=2（E2-E1）時(shí) 電子第二次使 Hg 原子激發(fā)后能量減小，不足以克服G2-P間的反壓到達(dá)極板P，所以電流又減小至谷底。Hg 原子第二次從E1 →E2 電子Ek↓→v↓→Ip↓→第二個(gè)波峰5.依次類推6.Hg原子第一激發(fā)態(tài)與基態(tài)能量之差:E2-E1=4.9eV7.實(shí)驗(yàn)中可觀察到光環(huán)，受激 Hg

58、 原子從高能態(tài)跳回低能態(tài)放出光子。從而驗(yàn)證了原子能級(jí)的存在。,4.玻爾理論的歷史地位和缺陷,1.玻爾理論的歷史地位 波爾將量子推進(jìn)到原子物理學(xué)中，提出了電子角動(dòng)量的量子化條件和量子躍遷理論，解決了原子的穩(wěn)定性問題，揭示了光譜規(guī)律與原子結(jié)構(gòu)的本質(zhì)聯(lián)系，波爾理論標(biāo)志著量子論的最后形成。,2.波爾理論存在的缺陷：①它只能解釋氫光譜和類氫光譜，對(duì)于稍復(fù)雜一些的原子 光譜，如氫光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，無法解釋；②不能計(jì)算譜線強(qiáng)度；

59、③玻爾理論是經(jīng)典與量子理論的混合物，存在著內(nèi)在的不 協(xié)調(diào)，內(nèi)在的矛盾。,1.莫塞萊定律 從1913年開始，莫塞萊(H.G.F.Moseley,1887-1915,英)系統(tǒng)研究了多種元素的特征輻射，拍攝了它們的X射線譜的主要譜線Kα、Kβ。并從中總結(jié)出α譜線的頻率公式：,并由此得出周期表中元素的排序是Fe-Co-Ni；而不是按原子量的大小排列的Fe-Ni-Co。1914年發(fā)表了從鋁到金的特征X射線譜，并得到Lα譜線的頻率

60、公式。這些結(jié)果都明確支持了盧瑟福--玻爾的原子結(jié)構(gòu)模型。 莫塞萊于1915年在第一次世界大戰(zhàn)中陣亡，時(shí)年28歲。,5.玻爾理論的推廣,2.索末菲的橢圓軌道理論 索末菲：德國(guó)慕尼黑大學(xué)著名德理論物理教授，擅長(zhǎng)理論分析。早年在博士論文中就發(fā)展了新的數(shù)學(xué)方法—復(fù)變函數(shù)，后來應(yīng)用這種方法取得多項(xiàng)成就。20世紀(jì)曾對(duì)電子論作過研究，在論戰(zhàn)中很早就站在相對(duì)論一邊。 索末菲在1914年開始廣泛討論并推廣了玻爾理論，包括

61、橢圓軌道理論和相對(duì)論修正。首先索末菲把氫原子中的電子看成是二維的開普勒運(yùn)動(dòng)，即有兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，并引入平面極坐標(biāo)，提出角動(dòng)量pΦ和動(dòng)量pr均滿足量子化條件(假設(shè))：,其中n=nΦ+nr為主量子數(shù)，原子的能態(tài)E由n決定，同一主量子數(shù)n,有n個(gè)可能的軌道，但能量是相同的，稱n重簡(jiǎn)并。在能量表達(dá)式中多了一相對(duì)論修正項(xiàng)，從而解釋了氫光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。,,一.量子力學(xué)的發(fā)展線索與代表人物二.矩陣力學(xué)的創(chuàng)立三.波動(dòng)力學(xué)的建立四.玻爾與愛因斯坦

62、的爭(zhēng)論：,§10.4 量子力學(xué)的建立,背景 玻爾理論成功地解釋了原子的穩(wěn)定性及氫原子光譜的規(guī)律性。為人們認(rèn)識(shí)微觀世界和建立近代量子理論打下了基礎(chǔ)。 但玻爾理論是經(jīng)典與量子的混合物，存在著許多不協(xié)調(diào)。如它既保留了經(jīng)典的確定性軌道，又假定量子化條件來限制電子的運(yùn)動(dòng)。它不能解釋稍微復(fù)雜的問題，正是這些困難，迎來了物理學(xué)的大革命。,2.線索:,1.量子力學(xué)：研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本理論，它和相對(duì)論構(gòu)成近代物理學(xué)的兩大

63、支柱。,一 .量子力學(xué)的發(fā)展線索與代表人物,3.代表人物:,泡利像,玻爾和泡利,量 子 理 論 的 發(fā) 展,量 子 理 論 的 發(fā) 展,G·P·湯姆遜,戴維森,量 子 理 論 的 發(fā) 展,德布羅意,法國(guó)物理學(xué)家。1892年8月15日生于下塞納的

64、迪耶普。出身貴族。1910年獲巴黎大學(xué)文學(xué)學(xué)士學(xué)位，1913年獲理學(xué)碩士學(xué)位。第一次世界大戰(zhàn)期間，在埃菲爾鐵塔上的軍用無線電報(bào)站服役。戰(zhàn)后一方面參與他哥哥的物理實(shí)驗(yàn)工作，一方面拜朗之萬為師，研究與量子有關(guān)的理論物理問題，攻讀博士學(xué)位。,一 德布羅意波的提出,1.德布羅意(Loui Victorde Broglie,1892～1989)：,1923年9～10月間，連續(xù)在《法國(guó)科學(xué)院通報(bào)》上發(fā)表三篇短文：《輻射─波和量子》、《光學(xué)─光

65、量子、衍射和干涉》、《物理學(xué)─量子、氣體動(dòng)理論及費(fèi)馬原理》，在1924年通過的博士論文《量子論研究》中提出了德布羅意波（相波）理論。1927年由美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的戴維孫(C．J．Davisson)、革未(L．H．Germer)及英國(guó)的湯姆孫(G．P．Thomson)通過電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)，1929年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，成為第一個(gè)以學(xué)位論文獲得諾貝爾獎(jiǎng)金的學(xué)者。1932年任巴黎大學(xué)物理教授，1933年被選為法國(guó)科學(xué)院院士。1942年任該院常任秘

66、書，1962年退休，1987年3月去世，享年95歲。主要著作有：《波動(dòng)力學(xué)導(dǎo)論》，《物質(zhì)和光：新物理學(xué)》，《物理學(xué)中的革命》，《海森伯不確定關(guān)系和波動(dòng)力學(xué)的概率詮釋》等。,德布羅意是愛因斯坦光量子假說的追隨者，但他深感愛因斯坦地光量子理論并沒有使從牛頓-惠更斯時(shí)代起就存在的光的微粒說和波動(dòng)說的分歧得到解決，只不過是使光的微粒說又重新抬頭而已。 因此他戰(zhàn)后重新開始理論物理學(xué)的研究時(shí)，就把自己工作的重點(diǎn)放在用統(tǒng)一的理論描述光的

67、行為，即想給光量子假說再披上一件波動(dòng)的外衣，同時(shí)希望能把這一結(jié)論推廣到實(shí)物粒子上。,2.思維過程：,德布羅意在獲得諾貝爾獎(jiǎng)的演講《電子的波動(dòng)性》中說： 人們無法理解，為什么對(duì)于光來說，需要兩種相互矛盾的學(xué)說，即波動(dòng)說和微粒說。為什么原子中的電子只有可能進(jìn)行某些運(yùn)動(dòng)，而按經(jīng)典概念它應(yīng)當(dāng)有無窮多的運(yùn)動(dòng)?！?當(dāng)我開始思考這些困難時(shí)，主要有兩個(gè)問題吸引著我。第一個(gè)問題是，不能認(rèn)為光量子理論是令人滿意的，因?yàn)樗怯忙?hν這個(gè)關(guān)系式

68、來確定光微粒的能量，其中包含著頻率ν?？墒羌兇獾牧Ｗ永碚摬话魏味x頻率的因素。對(duì)于光來說，單是這個(gè)理由就需要同時(shí)引進(jìn)粒子的概念和周期的概念。另一個(gè)問題是，確定原子中電子的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)涉及到整數(shù)，而至今物理學(xué)中涉及整數(shù)的只有干涉現(xiàn)象和本征振動(dòng)現(xiàn)象。這使我想到，不能用簡(jiǎn)單的微粒來描述電子本身，而應(yīng)當(dāng)賦予它們以周期的概念。 于是我得出指導(dǎo)我進(jìn)行研究的全部概念，對(duì)于物質(zhì)和輻射，尤其是光，需要同時(shí)引進(jìn)微粒概念和波動(dòng)概念。,3.物質(zhì)波假設(shè)的