量子物理学百年回顾省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

绪论量子物理学百年回顾第1页一一 19 19 世纪后期经典物理学辉煌世纪后期经典物理学辉煌 模型模型:（1665-16851665-1685）引力作用和三大定律引力作用和三大定律 描述宏观物体运动和作用描述宏观物体运动和作用:地球上地球上 物体运动物体运动 力力 动量能量动量能量 交换等交换等 天体运动天体运动 预言和发觉海王星预言和发觉海王星 天天-地地 统一起来统一起来 第第 1 1 次物理理论大统一次物理理论大统一试验表明：牛顿力学工作得很好试验表明：牛顿力学工作得很好 1 牛顿(1642-1727)力学 2发展 第2页2 2 电磁学统一电磁学统一 Maxwell 1864 Maxwell 1864 电磁学方程组电磁学方程组 很好地解释了电磁现象很好地解释了电磁现象 预言存在电磁波预言存在电磁波 赫兹赫兹18881888年发觉了电磁波年发觉了电磁波 证实了麦克斯韦预言证实了麦克斯韦预言第第2 2次物理理论统一：电磁光次物理理论统一：电磁光 3 3 热学形成系统理论框架热学形成系统理论框架 解释了许多热学现象解释了许多热学现象第3页4 4 物质结构物质结构 原子分子论建立原子分子论建立 道尔顿道尔顿 原子学说原子学说 1808 1808 必定原子存在必定原子存在 阿佛加德罗阿佛加德罗 分子假说分子假说 18111811 门捷列夫门捷列夫 元素周期律元素周期律 1872 1872 对化学一次综合对化学一次综合 光谱分析光谱分析准确地指明化学元素名称准确地指明化学元素名称第4页 5 19 5 19世纪末物理学世纪末物理学辉煌篇章辉煌篇章：牛顿力学和电磁学都已得到完满说明，：牛顿力学和电磁学都已得到完满说明，热学现象已经有热力学定律给予说明，物质结构确热学现象已经有热力学定律给予说明，物质结构确认了认了“基本砖块基本砖块”-原子；物理学上两次大综合和统原子；物理学上两次大综合和统一，使古典物理学显示出形式上完整。一，使古典物理学显示出形式上完整。陶醉陶醉 ：把物理学誉为：把物理学誉为“一座庄重雄伟建筑体系和感一座庄重雄伟建筑体系和感人心弦漂亮庙宇人心弦漂亮庙宇”,科学大厦即将完工，剩下只是将科学大厦即将完工，剩下只是将已经建立起来原理用于解释自然界种种现象，测准已经建立起来原理用于解释自然界种种现象，测准一些常数（小数点后第一些常数（小数点后第6 6位）或把一些定律进行实际位）或把一些定律进行实际应用。应用。第5页6 6 问题与局限问题与局限1919世纪古典物理学发展到了顶峰，不过世纪古典物理学发展到了顶峰，不过1 1）晴空中仍有）晴空中仍有 “两朵乌云两朵乌云”：紫外灾难紫外灾难 以太飘以太飘移移 2 2）世纪末新发觉使古典物理学出现了）世纪末新发觉使古典物理学出现了“危机危机”3 3）实际上人类对自然界认识仅限于宏观和低速，）实际上人类对自然界认识仅限于宏观和低速，对于对于微观和高速、原子内部和宇观微观和高速、原子内部和宇观 不知或知之甚少！不知或知之甚少！乌云和危机乌云和危机造成了物理学创新，产生了新理论！造成了物理学创新，产生了新理论！第6页二二 观察尺度和认识观察尺度和认识宇观宇观 (10107 7 m)m)宏观宏观 (m)(m)介观介观 (10(10-9-9 m)m)微观微观(1010-9-9 10102626-10-1027 27 m m 10-15 m观察工具观察工具第7页三三 2020世纪物理学两个划时代里程碑世纪物理学两个划时代里程碑狭义相对论狭义相对论-改变了牛顿力学绝对时空观改变了牛顿力学绝对时空观,指指明牛顿力学只适合用于明牛顿力学只适合用于VCVC量子力学量子力学 物体运动形式和规律根本变革物体运动形式和规律根本变革适合用于微观世界和一定条件下一些宏观运动适合用于微观世界和一定条件下一些宏观运动（极低温下超导、超流、（极低温下超导、超流、Bose-EinsteinBose-Einstein凝聚凝聚等）量子力学是历史上最成功、而且为试验等）量子力学是历史上最成功、而且为试验准确检验了一个理论。准确检验了一个理论。第8页四四 量子力学史量子力学史1 1、19251925年年 Wolfgang Wolfgang PauliPauli提出了不相容原理，提出了不相容原理，为周期表奠定了理论基础为周期表奠定了理论基础第9页2 2、19251925年年 Werner Heisenberg,Max Born,and Pascual Werner Heisenberg,Max Born,and Pascual Jordan Jordan 提出了量子力学第一个版本，矩阵力学。提出了量子力学第一个版本，矩阵力学。人们终于放弃了经过系统整理可观察谱线来解人们终于放弃了经过系统整理可观察谱线来解释原子中电子运动这一历史目标。释原子中电子运动这一历史目标。第10页3 3、19261926年年 Erwin SchrErwin Schrdinger dinger 提出了量子力学第提出了量子力学第二种形式，波动力学。其实质和矩阵力学是二种形式，波动力学。其实质和矩阵力学是等价。等价。第11页4 4、19261926年年 Enrico Fermi and Paul A.M.Dirac Enrico Fermi and Paul A.M.Dirac 提出了提出了新统计规律，新统计规律，Fermi DiracFermi Dirac统计。统计。第12页5 5、19271927年年HeisenbergHeisenberg说明测不准原理。说明测不准原理。6 6、19281928年年Paul A.M.DiracPaul A.M.Dirac提出了相对论性波提出了相对论性波动方程用来描述电子，解释了电子自旋并预测动方程用来描述电子，解释了电子自旋并预测了反物质。了反物质。7 7、DiracDirac提出电磁场量子描述，建立了量子提出电磁场量子描述，建立了量子场论基础。场论基础。8 8、BohrBohr提出互补原理（一个哲学原理），试提出互补原理（一个哲学原理），试图解释量子理论中一些显著矛盾，尤其是波粒图解释量子理论中一些显著矛盾，尤其是波粒二象性。二象性。第13页量子论和量子力学对社会、哲学、技术和经济量子论和量子力学对社会、哲学、技术和经济带带来来巨大影响巨大影响没有量子论就不可能有半导体、集成电路、激没有量子论就不可能有半导体、集成电路、激光和信息科学。（周光召）光和信息科学。（周光召）量子论和相对论诞生堪称本世纪最伟大科学量子论和相对论诞生堪称本世纪最伟大科学革命。（路甬祥）革命。（路甬祥）第14页展望未来 一个世纪前，我们所了解物质世界是经验性；20世纪，量子力学给我们提供了一个物质和场理论，它改变了我们生活。展望二十一世纪，量子力学将继续为全部科学提供基本观念和主要工具。我们作这么自信预测是因为量子力学为我们周围世界提供了准确完整理论；然而，今日物理学与19物理学有很大共同点：它依旧保留了基本经验性，我们不能预测组成物质基本要素属性，依然需要测量它们。不论结果怎样，从科学拂晓时期就开始对自然终极了解之梦将继续成为新知识推进力。从现在开始，不停地追求这个梦，其结果将使我们全部想象成为现实。第15页1927年索尔维会议年索尔维会议爱爱因因斯斯坦坦郎之万郎之万洛仑兹洛仑兹居里夫人居里夫人普普朗朗克克小小布布喇喇格格康康普普顿顿薛薛定定格格德德布布洛洛意意玻玻尔尔泡泡利利玻玻恩恩康康普普顿顿第16页人类群星闪耀时第17页