微電子學(xué)發(fā)展簡介

1、1發(fā)展簡介 微電子專業(yè)本講：近代量子物理發(fā)展史本講：近代量子物理發(fā)展史2一.近代量子物理發(fā)展史1.陰極射線管(克魯克斯管或希托夫管) 時間：19世紀(jì)70年代 人物：克魯克斯(W.Crookes)-英國 發(fā)現(xiàn): 當(dāng)水銀管內(nèi)處于低壓（接近真空）狀態(tài)時,管內(nèi)的氣態(tài)物質(zhì)發(fā)出的光消失,并出現(xiàn)奇怪的現(xiàn)象:陰極附近出現(xiàn)了一段不發(fā)光的黑暗區(qū)域，原來連續(xù)的光柱斷開了，仍舊發(fā)光的一段光柱也像魚鱗一樣閃爍不定。再抽下去，黑暗的區(qū)域越來越長，好像由陰極伸出來一股暗流，把發(fā)光區(qū)域越壓越短，最后，暗區(qū)壓到陽極上，整個光柱就全部消失了。但在陰極對面的玻璃管壁上出現(xiàn)了綠色熒光并非常清楚。3 這種陰極發(fā)射出來的射線，肉眼看不見

2、，但能在玻璃管壁上產(chǎn)生輝光或熒光，科學(xué)家把這個神秘的綠色熒光稱為陰極射線。 請問這種綠色熒光到底是什么？有人認(rèn)為它像普通的光線一樣是以太中的波動，也有人認(rèn)為它是有陰極發(fā)射的帶負(fù)電的粒子所組成。4 布魯克斯陰極射線管5問題：這個陰極射線到底是什么？現(xiàn)象一：現(xiàn)象一：克魯克斯拿起一塊馬蹄形磁鐵跨置在管子的中部，奇跡出現(xiàn)了，十字形的陰影發(fā)生了偏移！ 所得的結(jié)論：陰極射線根本不是光線，而是一種帶電的原子。否則，它們怎么會受到磁場的影響呢? 現(xiàn)象二：現(xiàn)象二：湯姆遜在管子的中間添了一對金屬電極D和E，并在電極D和E上加上一定的電壓 后，發(fā)現(xiàn)陰極射線就偏離中點到達(dá)一邊，當(dāng)電壓反向時，偏到另外一邊，從偏轉(zhuǎn)的方向

3、清楚地表明：陰極射線是帶負(fù)電的。和克魯克斯的結(jié)論一樣。 6n現(xiàn)象三：現(xiàn)象三：無論采用何種種類的陰極物質(zhì)，何種種類的管內(nèi)氣體，測量后發(fā)現(xiàn)帶電粒子的荷質(zhì)比都不變，并且它比帶電氫原子的荷質(zhì)比值大1700倍，1897年湯姆遜又采用英國物理學(xué)家威爾遜發(fā)明的云室，即帶電粒子可以作為一個核心使它周圍的水蒸汽凝成小水滴的方法測量了陰極射線粒子所帶的電荷值；n并發(fā)現(xiàn)并發(fā)現(xiàn)它與稀溶液電解中一個氫原子所攜帶的電荷是相等的。這樣，最后確定了陰極射線粒子人們給它起了一個名字叫“電子”。 電子的質(zhì)量比氫原子小1700倍。7n最終結(jié)論：從陰極出來的射線實際上是帶負(fù)電的電子，并且進(jìn)一步表明：原子并不是物質(zhì)可分性的最后極限，從

4、原子中還可以進(jìn)一步分出電子 。n從此，人們打開了神秘的原子世界的大門，物理學(xué)進(jìn)入了微觀世界的新紀(jì)元。在許多科學(xué)家的實驗成果的基礎(chǔ)上，湯姆遜最終發(fā)現(xiàn)了電子的存在。使得湯姆遜成為最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人。 湯姆遜它當(dāng)時使用的實驗裝置82倫琴射線 1895年11月8日傍晚，倫琴研究陰極射線 ，為了防止外界光線對放電管的影響，也為了不使管內(nèi)的可見光漏出管外，他把房間全部弄黑，還用黑色硬紙板給放電管做了個封套，為了檢查封套是否漏光，他給放電管接上電源，他看到封套沒有漏光而非常滿意可是當(dāng)他切斷電源后，卻意外地發(fā)現(xiàn)： 9n一米以外的鍍了氰亞鉑酸鋇的紙作成的熒光屏上出現(xiàn)了一種暗淡的綠光 ，他非常驚

5、奇，因為陰極射線只能在空氣中進(jìn)行幾個厘因為陰極射線只能在空氣中進(jìn)行幾個厘米米，這是別人和他自己的實驗早已證實的結(jié)論他繼續(xù)實驗，又發(fā)現(xiàn) 這種X射線還能使許多化學(xué)制品發(fā)光，能穿透許多物質(zhì)，特別是能直接穿過肌肉但不能透過骨骼，能直線運行，并不會因磁場的作用而發(fā)生偏移1011倫琴射線管內(nèi)抽成真空，K是陰極，由鎢制的燈絲組成，A是陽極，是由鎢或鉑做成的傾斜靶面，通過變壓器供給鎢絲電壓，使陰極發(fā)熱，射出熱電子，把管的陰陽兩極接到幾萬伏的高壓電源上，使鎢絲射出的熱電子在電場力作用下加速，以很大的速度射到陽極的靶面上驟然停止，這時金屬表面就會射出倫琴射線來 倫琴12 a.倫琴射線到底是什么？它是波還是粒子？

6、b.若是波，就能產(chǎn)生干涉條紋，為什么始終沒有找到，若假設(shè)X射線的波長過短，僅為可見光的千分之一或更小，那又要如何才能找到這種干涉條紋？ C.要制作間隔縮小1000倍的光柵，當(dāng)時的工藝明顯無法實現(xiàn)，怎么辦？問題：問題：13 1910年，勞厄與埃瓦爾德在公園散步，根據(jù)埃瓦爾德博士論文中提出的想法，在晶體內(nèi)部會存在著某些振動的振子，這些振子也許是按特定的規(guī)則排列的，它們吸收并重新發(fā)射光。 勞厄突然想到，這些振子的空間距離會有多近呢？并立即產(chǎn)生了一種新奇的思想，即晶體可能為他提供用倫琴射線獲得干涉條紋所需要的超精細(xì)衍射光柵。14n他立即設(shè)計了一種簡單的實驗裝置：用X射線束通過小孔射向藍(lán)色硫酸銅晶體，并

7、在晶體后面放上了一張敏感的照相底片。即即X射線的波射線的波長和晶體中原子的距離相當(dāng)時可發(fā)生干涉。長和晶體中原子的距離相當(dāng)時可發(fā)生干涉。15勞厄?qū)嶒炑b置勞厄?qū)嶒炑b置發(fā)生了衍射現(xiàn)象發(fā)生了衍射現(xiàn)象 的勞厄圖的勞厄圖16n實驗結(jié)果：實驗結(jié)果：在灰暗的背景上出現(xiàn)了亮點組成的有規(guī)則的環(huán)狀圖案。n實驗分析：實驗分析：這些由X射線所引起的衍射圖案是由晶體內(nèi)部有規(guī)則分布的三維點振體所產(chǎn)生的。從而證明X射線是一種電磁波，它是由原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的。17n2dsinx=n/f (d為平行原子平面的間距,f為入射波頻率,x為入射光與晶面之夾角) 布拉格定律的成立條件是波長小于2d 1913年，布拉格父子年，

8、布拉格父子開始了一系列的實驗，確認(rèn)并拓展了勞厄的工作，并提出了布拉格定律X射線波長、晶體平面間距和X射線入射到晶面上的角度之間的簡單關(guān)系。18n從此，人們能夠用X射線去窺探晶體內(nèi)部，那兒的原子像放在籃子里的雞蛋一樣，原子排列細(xì)節(jié)由照相底片上出現(xiàn)的亮點環(huán)狀圖案的間距和對稱性所決定。n現(xiàn)在，物理學(xué)家可以自如地利用X射線以及由射線穿過樣品產(chǎn)生的奇異圖案來檢驗各種假說。193黑體輻射與量子概念的產(chǎn)生黑體是吸收本領(lǐng)最大的物體，它能全部吸收輻射到它表面上的電磁波。在暗室的壁上開一個細(xì)孔，這就是很好的黑體。實驗測得實驗測得各種溫度下能量密度的頻率分布曲線服從正態(tài)分布服從正態(tài)分布，如下圖所示：20 瑞利瑞利和

9、和金斯利金斯利采用采用經(jīng)典物理學(xué)中的波動理論波動理論推導(dǎo)出一個公式，這個公式推導(dǎo)出來的電磁波能量隨頻率的增大一直增大，最后增至無窮大，但從實驗可知，當(dāng)頻率到一定程度時電磁波能量卻是降低。兩者之間產(chǎn)生了不可調(diào)和的矛盾，這就是歷史上有名的歷史上有名的“紫外災(zāi)難紫外災(zāi)難”。即在光譜的高頻端，紫外區(qū)的黑體將釋放出無窮無盡的能量。 -顯然這是不可能的。21n當(dāng)時的經(jīng)典物理學(xué)（牛頓力學(xué)、電磁學(xué)、熱力學(xué)和經(jīng)典統(tǒng)計物理）都非常的成熟和完美。絕大多數(shù)的權(quán)威物理學(xué)家都相信經(jīng)典物理學(xué)能夠解釋各類物理現(xiàn)象。黑體輻射定律也不例外，然而，冷酷的事實卻是然而，冷酷的事實卻是，企圖在經(jīng)典物理的理論框架內(nèi)解釋黑體輻射定律的努力

10、都遭到了失敗。22n“紫外災(zāi)難”的出現(xiàn)使人們強烈地意識到，原先以為已經(jīng)相當(dāng)完美的經(jīng)典物理學(xué)理論確實存在著問題確實存在著問題。問題的解決有賴于觀念上新的突破。 n普朗克普朗克(MP1anck)決心找到一個與實驗結(jié)果相符的新公式。 在經(jīng)歷了長達(dá)6年之久的苦苦思索后，他在1900年邁出了決定命運的一步，他最后將此稱為“一次絕望的行動一次絕望的行動”。n普朗克謹(jǐn)慎的提出了能量子假說。即即n物體在發(fā)出輻射和吸收輻射時，能量物體在發(fā)出輻射和吸收輻射時，能量n不是連續(xù)地變化的，而是跳躍地變化不是連續(xù)地變化的，而是跳躍地變化n的，即能量是一份一份地發(fā)射和一份的，即能量是一份一份地發(fā)射和一份n地吸收的，每一份能

11、量都有地吸收的，每一份能量都有定的數(shù)定的數(shù)n值，這些能量單元稱為值，這些能量單元稱為“量子量子”。=hn他推出來的理論公式與實驗曲線 n完全相符。23 普朗克 的量子假設(shè)和經(jīng)典物理的整套概念是相抵觸的，按照經(jīng)典物理學(xué)按照經(jīng)典物理學(xué)，一切物質(zhì)的運動變化都是連續(xù)進(jìn)行的，能量變化也是連續(xù)的，這正是推導(dǎo)瑞利金斯公式的前提條件，而普朗克舍棄了能量均分定理，代之以量子假設(shè)，這在概念上是一次革命性的突破。 此時的普朗克 因打開了潘多拉的盒子而陷于極度的痛苦之中，接下來他又花了的時間試圖彌合由于他理論的出現(xiàn)給經(jīng)典物理學(xué)留下的傷口，但這完全無用。 24 因為這個理論與經(jīng)典理論是如此之格格不入 ，當(dāng)時物理學(xué)界對它

12、的反映是極為冷淡的。從年到年的文獻(xiàn)中，幾乎找不到有關(guān)這一理論的任何論文。 造成普朗克長期猶豫徘徊的原因是傳統(tǒng)觀念的束縛傳統(tǒng)觀念的束縛。他是受過嚴(yán)格經(jīng)典物理學(xué)訓(xùn)練的普朗克，自從世紀(jì)牛頓力學(xué)建立后，自然過程連續(xù)性的觀念在物理學(xué)中已經(jīng)根深蒂固。萊布尼茲曾經(jīng)說過，“自然界無跳躍?！笔兰o(jì)，電磁場理論的建立更使這一觀念深入人心，要沖破它確實不容易。他完全是在在實驗事實的逼迫下，他才終于他完全是在在實驗事實的逼迫下，他才終于“上了梁山上了梁山”。因此，人們常說他是一個因此，人們常說他是一個“不情愿的革命者不情愿的革命者”。25從普朗克艱難,謹(jǐn)慎的提出能量子假設(shè),我們可以獲得以下幾點體會:一.對實體的經(jīng)典畫像

13、,其重點在于連續(xù)性和穩(wěn)定其重點在于連續(xù)性和穩(wěn)定性性,但當(dāng)進(jìn)入微觀領(lǐng)域之后但當(dāng)進(jìn)入微觀領(lǐng)域之后,它就變成了碎裂和它就變成了碎裂和多變。這表明事物的屬性不是一維的，而是具多變。這表明事物的屬性不是一維的，而是具有兩維或三維性。有兩維或三維性。26二.我們是相信理論還是相信實踐，我們是相信理論還是相信實踐，特別是那些被證明了很多次的理論面前我們到底該如何處理它與實踐的關(guān)系呢？但有一句話是不會錯的，實踐第一。對任何實驗中的現(xiàn)象我們總希望找出它發(fā)生的原因，所找出的符合這種現(xiàn)象的原因就是正確的理論。27n三.絕大多數(shù)理論都有一定的范圍絕大多數(shù)理論都有一定的范圍，因此以后我們進(jìn)行科學(xué)研究時，根據(jù)這句話我們可

14、以做以下研究工作：確定某個理論的適用范圍，或把它的適用范圍擴(kuò)大，在這個范圍內(nèi)某個理論有正確性，唯一性。反之，如果我們發(fā)現(xiàn)了某個范圍內(nèi)的某一現(xiàn)象，如果能提出合理的解釋并進(jìn)行數(shù)學(xué)證明，那么我們就能成為科學(xué)家。28四.科學(xué)之所以能不斷的發(fā)展,就是因為存在著很很多矛盾多矛盾,特別是舊的理論不能解釋新的實驗現(xiàn)象從而提出新的理論,絕大多數(shù)科學(xué)家走的都是這一步。只有極少數(shù)的最偉大的科學(xué)家是根據(jù)自己的思考和想象力以及一定的實驗基礎(chǔ)來提出新的理論，并根據(jù)這一理論來預(yù)測某些現(xiàn)象。愛因斯坦就是如此。29n1915年愛因斯坦發(fā)表了廣義相對論。他所作的光線經(jīng)過太陽引力場要彎曲的預(yù)言，于1919年由英國天文學(xué)家亞瑟斯坦利

15、愛丁頓的日全食觀測結(jié)果所證實。1916年他預(yù)言的引力波在1978年也得到了證實。30在第二次世界大戰(zhàn)期間，德高望重的普朗克（）為幫助和支持受法西斯迫害的猶太籍科學(xué)家而奔走吶喊。當(dāng)時希特勒曾說：如果不是普朗克年事已高，早該把他關(guān)進(jìn)集中營。普朗克的偉大發(fā)現(xiàn)和他的崇高品格，使他的名字與科學(xué)史上許多偉大的名字并列在一起。正如他的學(xué)生、諾貝爾獎金獎獲得者勞厄所說：“只要自然科學(xué)存在，它就不會讓普朗克的名字被遺忘。”愛因斯坦在普朗克的悼詞中說道：“一個以偉大的一個以偉大的創(chuàng)造性觀念創(chuàng)造性觀念造福于世界的人，不需要后人來贊揚。他的成就本身就已給了他一個更高的報答。”31n年，一位名不見經(jīng)傳的瑞士專利局的小職

16、員大膽的邁出了普朗克不敢邁出的第二步，他就是世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家愛因斯坦。n光電效應(yīng)：某些金屬受到光的照射后，能夠發(fā)射出電子，形成電流。n為了解釋這一現(xiàn)象，愛因斯坦需要將光本身的能量理解為是一普光本身的能量理解為是一普朗克量子形式出現(xiàn)的，朗克量子形式出現(xiàn)的，即使不與物質(zhì)相互作用時也一樣是不與物質(zhì)相互作用時也一樣是光量子光量子。當(dāng)逸出功給定后，入射光的頻率必須超過W/h才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。否則金屬將吸收這個光子，并獲得微小的升溫。32n這不僅僅是異端邪說，甚至是徹頭徹尾的叛逆！徹頭徹尾的叛逆！是誰讓這位年輕的暴發(fā)戶為所欲為，竟在一個世紀(jì)以來煞費苦心才表明光在傳播時顯然表現(xiàn)為波之后，又在聲稱光的行為

17、又像微粒說中的粒子。n正是由于他大膽的邁出第二步，正如英雄電影中的秦軍鐵甲方陣一樣，量子物理量子物理的車輪才會滾滾向前。334量子物理的發(fā)展1909年,盧瑟福的學(xué)生馬斯頓用粒子去 轟擊很薄的的金屬箔,發(fā)現(xiàn)了一件非常奇怪的事情:約有八千分之一的粒子射出后反彈回來。盧瑟福假定反彈的粒子碰到了深藏在原子內(nèi)部的極其堅硬而微小的實體，所以他提出了一個模型：原子質(zhì)量的絕大部分集中在原子的中心或原子核上，電子圍繞著原子核做圓周運動。34原子核比原子至少要小上一萬倍，就像一只蒼蠅在圣保羅大教堂里飛來飛去。原子成了絕大部分空間是空的東西，換句話說，物質(zhì)內(nèi)部絕大部分空間是空空的。很驚訝吧！35但盧瑟福模型存在的一

18、個巨大的缺陷：根據(jù)麥克斯維的理論，圍繞著原子核做高速旋轉(zhuǎn)的電子將會以電磁輻射的形式不斷的失去能量，眨眼之間它就會向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，直至消亡。因此，該模型的原子生命極其短暫，最長不會超過十億分之一秒。 這就是原子物理和經(jīng)典的電動力學(xué)物理之間的矛盾這就是原子物理和經(jīng)典的電動力學(xué)物理之間的矛盾事實并非如此。事實并非如此。36這一難題被一位喜歡沉思的丹麥年輕人玻爾玻爾解決了。他在量子論思想的武裝下，他找到了電子走向穩(wěn)定性的一條絕妙之路。他在一篇論文假定：一篇論文假定：u 電子是在一系列特殊軌道上圍繞著原子核旋轉(zhuǎn)的，這些軌道具有特定的能級，就好比梯子上的一根根橫檔。當(dāng)電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，原子必須發(fā)

19、射或吸收一個能量正好等于兩個能級之差的光子。u 當(dāng)?shù)陀谧畹湍芗墪r，電子就不會發(fā)生躍遷現(xiàn)象，在最低能級上時 ，也不會再往下落，這樣，原子的死亡就得到了赦免。3738 玻爾模型通過實驗?zāi)軓?fù)制出氫原子的輻玻爾模型通過實驗?zāi)軓?fù)制出氫原子的輻射光譜，即顏色分布。但卻不能復(fù)制出其射光譜，即顏色分布。但卻不能復(fù)制出其它元素的輻射光譜，就連其次簡單的氦的它元素的輻射光譜，就連其次簡單的氦的也復(fù)制不出來。也復(fù)制不出來。39 那么，電子以及電子本身到底是怎樣運動的呢？它到底有什么樣的基本屬性呢？20世紀(jì)物理學(xué)的巨人海森伯和泡利解決了這個難題。海森伯提出：不僅電子的能量不僅電子的能量如玻爾所聲稱的是以一份一份形式發(fā)

20、送或吸收的，而且其角動量（即圍繞著任意軸旋轉(zhuǎn)的動量是 /2的整數(shù)倍）也量子化。1924年，泡利提出電子必須擁有另外一個特性，即自旋。也就是說，電子就像個旋轉(zhuǎn)的陀螺，但它必須是擁有角動量為+ /2或- /2的量子陀螺。符號表示的是上或下兩個方向。因此，電子擁有了三個鑒別性的特征：電荷電荷e，質(zhì)量，質(zhì)量m,自旋自旋 /2。每一個單獨存在的電子均具有嚴(yán)格相同的三個內(nèi)在特性。40泡利泡利海森伯海森伯41n泡利在1925年1月提交的一篇論文中聲稱：“在原子內(nèi)部絕不可能存在著兩個或兩個以上在原子內(nèi)部絕不可能存在著兩個或兩個以上所有量子數(shù)均一致的、完全等價的電子所有量子數(shù)均一致的、完全等價的電子”。這就是著

21、名的泡利不相容原理。n一個原子中不可能不可能有電子層、電子亞層、電子云伸展方向和自旋方向完全相同完全相同的兩個電子。如氦原子的兩個電子，都在第一層（K層），電子云形狀是球形對稱、只有一種完全相同伸展的方向，自旋方向必然相反。42n每一軌道中只能客納自旋相反的兩個電子，每個電子層中可能容納的軌道數(shù)是n的2次方個。核外電子總是盡先占有能量最低的軌道，然后進(jìn)入能量較高的軌道。n同一軌道中,最多只能容納兩個電子,且這兩個電子自旋狀態(tài)相反。43 這就是量子力學(xué)中自然界為電子制定的分區(qū)法則，它不允許電子過分擁擠，從而保證原子的穩(wěn)定性和剛性。因此，原子內(nèi)部的電子不可能像在經(jīng)典力學(xué)中發(fā)生的那樣全部落到最低能級

22、，它們中的某些電子必須總是保持在高能級態(tài)。 如果一個帶有恰當(dāng)能量的光子碰巧提供了所需的能量，那么電子就可能躍遷到激發(fā)態(tài)上去，但它在激發(fā)態(tài)的時間非常的短暫，它很快又會躍遷回來，同時釋放出一個光子。44n因此，通過借助量子力學(xué)，人們終于弄因此，通過借助量子力學(xué)，人們終于弄清楚了電子的基本屬性、分布情況、運清楚了電子的基本屬性、分布情況、運動特征等一系列的問題。動特征等一系列的問題。455光到底是波還是粒子？n波動說：笛卡爾、惠更斯、麥克斯韋、玻爾n微粒說：牛頓、愛因斯坦n在1923年以前，雙方平分秋色，誰也說服不了誰，但在這一年，德布羅意開始推測波粒二象性原理，即光既可以表現(xiàn)為波，也可表現(xiàn)為粒子。

23、他還作出推測，根據(jù)愛因斯坦關(guān)于物質(zhì)只不過是能量的另一種形式，又根據(jù)普朗克公式，給定的能量對應(yīng)于一定的振動頻率，那么他就想到：物質(zhì)能量光振動。為什么物質(zhì)不可以像光波那樣振動呢？動量普朗克常數(shù)波長，能量普朗克常數(shù)角頻率 / 2,hEhhf P46 德布羅意的天才想法并沒有引起人們的注意。他的博士論文直到答辯時，還沒有人對此表現(xiàn)出多大興趣，還差點沒通過。不過一年以后，他的論文被送到愛因斯他的論文被送到愛因斯坦手中時坦手中時，他寫到：我深信這是在我們物理學(xué)游戲處于最槽糕的時候投下的第一縷閃電。47 德布羅意的想法將意味著任何像電子那樣的亞原子粒子應(yīng)該具有固有的振蕩行為。也就是說，在量子水準(zhǔn)上，物質(zhì)必須

24、振動！在量子水準(zhǔn)上，物質(zhì)必須振動！以前被廣泛接受的教義是物質(zhì)本性無活動力。這里存在著一個真正革命的思想，這種思想又一次顛覆了我們的歷史。 美國科學(xué)家戴維孫用實驗證實了電子波在穿越晶體原子層并產(chǎn)生干涉條紋。48n1925，玻爾的得意弟子海森堡提出了著名的矩陣力學(xué)，進(jìn)一步拋棄經(jīng)典概念，揭示量子圖像，精確的解釋了許多現(xiàn)象，已經(jīng)成為哥本哈根學(xué)派的鎮(zhèn)門之寶量子界的“屠龍寶刀”。不過在當(dāng)時懂矩陣的物理學(xué)家沒有幾個，所以矩陣力學(xué)的影響力仍然有限。事實上就是海森堡本人也并不懂“矩陣”，而只是在他的理論出爐之后哥本哈根學(xué)派的另一位弟子玻恩告訴海森堡他用的東西在數(shù)學(xué)中就是矩陣。 49n一年以后，薛定諤 根據(jù)德布羅

25、意的天才想法推導(dǎo)出薛定諤的波動方程量子界的”倚天劍”n事實上，海森堡的矩陣力學(xué)和他的波動方程表述的量子論其實只是不同的描述方式，它們的數(shù)學(xué)意義是一樣的。50在某些情況下，一個電子或一個光子可以表現(xiàn)為波，在另外一些情況下，又可表現(xiàn)為粒子，它們具有雙重特性。20世紀(jì)最初的25年里所發(fā)生的物理學(xué)革命使人們明白明白了大自然在最深層次上有基本的粒子性。了大自然在最深層次上有基本的粒子性。不僅物質(zhì)是以一份一份的、非連續(xù)方式存在著，而且光、能量、自旋以及19世紀(jì)的科學(xué)家曾認(rèn)為連續(xù)的許多其他量也都具有內(nèi)在的非連續(xù)性。而這種內(nèi)在的非連續(xù)性的一種不可避免的結(jié)果就是潛入到分子和原子世界里的麻煩的不確定性。51量子界

26、的量子界的“屠龍寶刀屠龍寶刀” 矩陣力學(xué)與矩陣力學(xué)與”倚天劍倚天劍” 薛定諤的波動方程合二為一薛定諤的波動方程合二為一,使得量子理論的使得量子理論的威力巨大無窮。威力巨大無窮。量子論在物理界幾乎每個角落都激起浪花。它量子論在物理界幾乎每個角落都激起浪花。它使我們對固體機械和熱性質(zhì)的認(rèn)識產(chǎn)生了巨大使我們對固體機械和熱性質(zhì)的認(rèn)識產(chǎn)生了巨大變化，打開了通向凝聚態(tài)物理的大門。變化，打開了通向凝聚態(tài)物理的大門。 52它成功解釋了化學(xué)鍵和軌道雜化，開創(chuàng)了量子它成功解釋了化學(xué)鍵和軌道雜化，開創(chuàng)了量子化學(xué)學(xué)科，材料科學(xué)插上量子論的雙翼之后展化學(xué)學(xué)科，材料科學(xué)插上量子論的雙翼之后展翅飛翔。翅飛翔。指引我們真正認(rèn)

27、識電流的傳導(dǎo)，研究半導(dǎo)體，指引我們真正認(rèn)識電流的傳導(dǎo)，研究半導(dǎo)體，走向微電子學(xué)的建立。我們還認(rèn)識了超導(dǎo)和超走向微電子學(xué)的建立。我們還認(rèn)識了超導(dǎo)和超流，掌握了激光技術(shù)，造出了晶體管和集成電流，掌握了激光技術(shù)，造出了晶體管和集成電路。路。53量子論微觀上進(jìn)入了粒子量子論微觀上進(jìn)入了粒子的世界，宏觀上擴(kuò)展到星的世界，宏觀上擴(kuò)展到星球宇宙。恒星耗盡之后會球宇宙。恒星耗盡之后會向內(nèi)坍縮，內(nèi)部的抵抗源向內(nèi)坍縮，內(nèi)部的抵抗源自泡利不相容原理的一種自泡利不相容原理的一種簡并壓力。簡并壓力足夠簡并壓力。簡并壓力足夠抵擋坍縮時，恒星演化為抵擋坍縮時，恒星演化為白矮星。要是電子被征服白矮星。要是電子被征服而要靠中子來抵抗時，恒而要靠中子來抵抗時，恒星變?yōu)橹凶有?。如果一切星變?yōu)橹凶有?。如果一切防線都被突破，就坍縮成防線都被突破，就坍縮