L物理學(xué)與人類(lèi)文明L

從宇宙到夸克作者余虹2/3/20231大連理工大學(xué)余虹第四章微觀世界探幽2/3/20232大連理工大學(xué)余虹2/3/20233大連理工大學(xué)余虹姜東光+n+基本粒子原子核duu--原子核中子由質(zhì)子和中子組成由原子核與電子組成質(zhì)子和中子各由三個(gè)夸克組成質(zhì)子夸克電子2/3/20234大連理工大學(xué)余虹姜東光道爾頓（原子）湯姆遜（電子）盧瑟福（質(zhì)子）查德威克（中子）蓋爾曼（夸克）2/3/20235大連理工大學(xué)余虹姜東光物質(zhì)原子電子原子核質(zhì)子、中子夸克家族電荷質(zhì)量（GeV）電子子子輕子－1e~104~0.106~1.780e<108

<104<0.035夸克2/3u~0.01c~1.5t>89-1/3d~0.01s~0.15b~5.5大質(zhì)量粒子壽命極短。我們的宇宙由電子家族組成。

4.1作客粒子家族2/3/20236大連理工大學(xué)余虹姜東光微觀世界的發(fā)現(xiàn)之旅4.1.0X射線的發(fā)現(xiàn)4.1.1電子的發(fā)現(xiàn)4.1.2永不靜止的光子4.1.3揭開(kāi)原子核的內(nèi)幕一、發(fā)現(xiàn)質(zhì)子二、發(fā)現(xiàn)中子4.1.4囚禁中的夸克2/3/20237大連理工大學(xué)余虹姜東光1895年德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性，1897年英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜，發(fā)現(xiàn)了電子，

19世紀(jì)微觀世界的三大發(fā)現(xiàn)一、19世紀(jì)微觀世界的三大發(fā)現(xiàn)原子不是最小的粒子！原子核也不是最小的粒子！

這三大發(fā)現(xiàn)揭開(kāi)了原子存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)，三大發(fā)現(xiàn)揭開(kāi)了研究微觀世界的序幕。英國(guó)科學(xué)家道爾頓是科學(xué)原子論的創(chuàng)始人，1807年他依據(jù)一系列實(shí)驗(yàn)，提出“氣體、液體和固體都是由該物質(zhì)的不可分割的原子組成的”，“同種元素的原子，其大小、質(zhì)量及各種性質(zhì)都相同”，2/3/20238大連理工大學(xué)余虹姜東光4.1.0、X射線的發(fā)現(xiàn)X射線的發(fā)現(xiàn)也是起源于對(duì)陰極射線的研究德國(guó)維爾茨堡大學(xué)校長(zhǎng)、物理學(xué)家倫琴于1895年11月8日，在做放電管實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了避免可見(jiàn)光的影響，他用黑紙將放電管包起來(lái)，而且在暗室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他意外地發(fā)現(xiàn)在離管一米以外的涂有熒光物質(zhì)的屏上閃耀著微弱的青綠色的熒光。2/3/20239大連理工大學(xué)余虹姜東光

12月22日，倫琴的夫人來(lái)到實(shí)驗(yàn)室，倫琴讓夫人把左手放在用黑紙包著的照相底片上，然后用X射線照射，為她拍攝了一張帶著戒子的左手手指骨骼照片，這是歷史上第一張X光照片。倫琴夫人手的X片2/3/202310大連理工大學(xué)余虹姜東光

1895年12月28日倫琴寫(xiě)出了一篇論文《論一種新的射線》，文章詳細(xì)總結(jié)了新射線的性質(zhì)：新射線來(lái)自于被陰極射線擊中的固體，固體元素越重，產(chǎn)生出來(lái)的新射線越強(qiáng)；新射線是直線傳播的，不被棱鏡反射和折射，也不被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)；新射線對(duì)所有物體幾乎都是透明的；

新射線可使熒光物質(zhì)發(fā)光，使照相底片感光，當(dāng)把手放在放電管和熒光屏之間時(shí)，由于肌肉對(duì)新射線的吸收比骨質(zhì)弱得多，屏上便可看到手指的骨骼。2/3/202311大連理工大學(xué)余虹姜東光

X射線這個(gè)名稱(chēng)也是倫琴最先采用的，他在給孔特的信中說(shuō)：“我終于發(fā)現(xiàn)了一種光，我不知道是什么光，無(wú)以名之，就把它叫做X光吧”，后人為了紀(jì)念他，又把它稱(chēng)為“倫琴射線”。

倫琴的發(fā)現(xiàn)震驚了整個(gè)科學(xué)界，許多物理學(xué)家轉(zhuǎn)向研究X射線，反應(yīng)之迅速和強(qiáng)烈是物理學(xué)史上罕見(jiàn)的，僅1896年一年內(nèi)，關(guān)于X射線研究的論文達(dá)1000多篇。

2/3/202312大連理工大學(xué)余虹姜東光在X射線發(fā)現(xiàn)3個(gè)月后，維也納醫(yī)院中首次利用X射線對(duì)人體進(jìn)行拍片;半年后，英國(guó)出版了第一本研究X射線的專(zhuān)業(yè)雜志——《Ｘ射線臨床攝影資料》;此后，J.J.湯姆遜和盧瑟福證實(shí)X射線能使氣體電離；1912年德國(guó)物理學(xué)家勞厄用晶體作光柵，得到X射線衍射圖，證明X射線是一種波長(zhǎng)很短（約在10–10–2?之間）的電磁波，同時(shí)證明了晶體具有空間點(diǎn)陣，勞厄因此獲得了1914年度諾貝爾物理獎(jiǎng)。2/3/202313大連理工大學(xué)余虹姜東光1858年德國(guó)物理學(xué)家普魯克利用蓋斯勒放電管研究氣體放電時(shí)發(fā)現(xiàn)了對(duì)著陰極的管壁上出現(xiàn)了美麗的綠色光輝；1876年德國(guó)物理學(xué)家哥爾德斯坦證實(shí)這種綠色光輝是由陰極上所產(chǎn)生的某種射線射到玻璃上產(chǎn)生的，他把這種射線命名為“陰極射線”。

法國(guó)物理學(xué)家大多認(rèn)為陰極射線是一種電磁波，英國(guó)物理學(xué)家則認(rèn)為是一種帶電粒子流，這一爭(zhēng)論持續(xù)了一、二十年，促使許多物理學(xué)家進(jìn)行很有意義的實(shí)驗(yàn)，推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展，這場(chǎng)爭(zhēng)論最后由J.J.湯姆遜解決了。

4.1.1電子的發(fā)現(xiàn)一、發(fā)現(xiàn)電子原子不是最小的粒子！原子核也不是最小的粒子！2/3/202314大連理工大學(xué)余虹姜東光實(shí)驗(yàn)表征發(fā)展二、發(fā)現(xiàn)電子實(shí)驗(yàn)三部曲陰極射線是什么？讓射線從橫向電場(chǎng)中通過(guò)，沒(méi)發(fā)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)?！帢O射線是電磁波！赫茲1891年赫茲發(fā)現(xiàn)了陰極射線能夠穿透金屬薄片。此后勒納德為陰極射線管開(kāi)了一個(gè)0.000265厘米厚鋁箔的窗口,把陰極引出來(lái)。實(shí)際是真空度不高、場(chǎng)強(qiáng)不夠大造成的。2/3/202315大連理工大學(xué)余虹姜東光重復(fù)赫茲電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)——得知電子運(yùn)動(dòng)速度200km/s——需要加大電場(chǎng)強(qiáng)度。發(fā)現(xiàn)管內(nèi)存在大量氣體形成電屏蔽，不能建立電場(chǎng)。于是利用最先進(jìn)真空技術(shù)烘烤射線管，獲得了高真空。JJ湯姆遜1897年，這位英國(guó)科學(xué)家首先提出了電子——比原子還小的帶負(fù)電的顆粒。1906年，獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。湯姆遜的原子模型測(cè)到了偏轉(zhuǎn)，確定這種帶電粒子的荷質(zhì)比。2/3/202316大連理工大學(xué)余虹姜東光三、電子的荷質(zhì)比電子進(jìn)入電場(chǎng)之前沿水平方向運(yùn)動(dòng)，速度與電場(chǎng)垂直電子出電場(chǎng)時(shí)具有沿電場(chǎng)方向速度分量2/3/202317大連理工大學(xué)余虹姜東光

J.J.湯姆遜，1856年12月18日生于英國(guó)，1884年任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室教授，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室在他的領(lǐng)導(dǎo)下，成了全世界引人注目的物理實(shí)驗(yàn)中心，世界各地的科學(xué)家常來(lái)這里開(kāi)展研究工作，其中有八位后來(lái)獲得諾貝爾獎(jiǎng)，如盧瑟福、威爾遜、巴克拉）、G.P.湯姆遜等，如后表所示，這八位獲獎(jiǎng)?wù)呤撬苯优囵B(yǎng)過(guò)的，

卡文迪許實(shí)驗(yàn)室獲得諾貝爾獎(jiǎng)的共有25人次。2/3/202318大連理工大學(xué)余虹姜東光電子的發(fā)現(xiàn)再一次否定了原子不可分的觀念，電子是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的微觀粒子，電子的發(fā)現(xiàn)對(duì)原子組成的了解起了極為重要的作用。J.J.湯姆遜由于發(fā)現(xiàn)電子而于1906年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，J.J.湯姆遜被譽(yù)為“一位最先打開(kāi)通向基本粒子物理學(xué)大門(mén)的偉人”。電子的發(fā)現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)上誘發(fā)了電子時(shí)代的來(lái)臨，1904年，A.弗萊明發(fā)明了二極電子管，1906年，L.德弗萊斯特(L.deForest)發(fā)明了三極管。真空管的發(fā)明，使電力通訊、控制和自動(dòng)化生產(chǎn)很快發(fā)展。晶體管集成電路的發(fā)明，使人類(lèi)進(jìn)入微電子科技時(shí)代。2/3/202319大連理工大學(xué)余虹姜東光3、放射性的發(fā)現(xiàn)

在X射線發(fā)現(xiàn)不久，貝克勒爾對(duì)一種稱(chēng)為硫酸雙氧鈾鉀的熒光物質(zhì)進(jìn)行了研究，他把這種鈾化合物放在用黑紙包起來(lái)的照相底片上，然后放在太陽(yáng)光下曝曬幾小時(shí)，把底片取出來(lái)進(jìn)行沖洗，他發(fā)現(xiàn)了“熒光物質(zhì)在底片上的黑色輪廓”，他又在熒光物質(zhì)和紙之間放一塊玻璃，繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，也得到了同樣的結(jié)果。這就是最早發(fā)現(xiàn)的放射性現(xiàn)象，鈾是貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)放射性元素。2/3/202320大連理工大學(xué)余虹姜東光法國(guó)科學(xué)泰斗彭加勒在閱讀倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，腦子里浮現(xiàn)出一種想法：既然X射線發(fā)生在熒光現(xiàn)象特別強(qiáng)烈的地方，那么，一切強(qiáng)烈的熒光物質(zhì)都可能發(fā)射X射線。

貝克勒爾是在這種情況下去做實(shí)驗(yàn)的，但是，他不迷信權(quán)威，通過(guò)實(shí)驗(yàn)他發(fā)現(xiàn)彭加勒關(guān)于熒光物質(zhì)產(chǎn)生X射線的理論是錯(cuò)誤的。自然現(xiàn)象紛紜復(fù)雜，假象和真象交織，現(xiàn)象合本質(zhì)對(duì)立，原因合結(jié)果互變，要探索它的規(guī)律，怎能一點(diǎn)也不犯錯(cuò)誤？貝克勒爾的初衷也是證實(shí)彭加勒的設(shè)想，后來(lái)卻否定了它。因此，從錯(cuò)誤的理論出發(fā)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，揭示錯(cuò)誤，走向真理也是科學(xué)研究的一種正常模式。2/3/202321大連理工大學(xué)余虹姜東光放射性發(fā)現(xiàn)公布后不久，瑪麗居里很快投入了這一新的研究領(lǐng)域，她發(fā)現(xiàn)瀝青鈾礦中的放射性比已測(cè)得的鈾的放射性強(qiáng)得多。她大膽假定瀝青鈾礦中存在一種比鈾放射性強(qiáng)得多的未知元素。為了尋找這個(gè)未知元素，她的丈夫皮埃爾居里通過(guò)繁重的勞動(dòng)，從大量的瀝青礦渣中去提取那個(gè)未知元素，最后發(fā)現(xiàn)了兩種新的放射性元素，一種取名為“釙”（Polorium），以紀(jì)念自己的祖國(guó)——波蘭，另一種取名為“鐳”。2/3/202322大連理工大學(xué)余虹姜東光居里夫婦繼續(xù)奮斗了近四年，在簡(jiǎn)陋的工棚里，在原始的條件下，歷盡千辛萬(wàn)苦，終于在1902年3月，從數(shù)以噸計(jì)的瀝青鈾礦殘?jiān)刑釤挸?.12克氯化鐳，并測(cè)得了鐳的原子量為225（現(xiàn)公認(rèn)為226），其放射性比鈾強(qiáng)200萬(wàn)倍。1903年，居里夫婦和貝克勒爾共享了諾貝爾物理獎(jiǎng)。1910年完成了她的名著《論放射性》，由于她的杰出貢獻(xiàn)，1911年又榮獲了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。居里夫人成了第一個(gè)兩次獲諾貝爾獎(jiǎng)殊榮的人物，2/3/202323大連理工大學(xué)余虹姜東光射線、射線和射線發(fā)現(xiàn)：放射性發(fā)現(xiàn)后不久，英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的研究生盧瑟福也投入了對(duì)放射性的研究，在科學(xué)家的共同努力下，沒(méi)幾年就發(fā)現(xiàn)了天然放射性核素能夠自發(fā)地放出各種射線，從而衰變?yōu)榱硪环N核素，衰變方式很多，放出的射線也有多種，主要的有射線是帶兩個(gè)正電荷的氦核（）；射線是帶負(fù)電荷的高速電子流；射線是從原子核內(nèi)放出來(lái)的電磁波，它實(shí)際上是一束能量極高的光子流，它的波長(zhǎng)比X射線還要短，穿透本領(lǐng)比X射線更強(qiáng)。2/3/202324大連理工大學(xué)余虹姜東光放射性應(yīng)用：利用放射性鈷源（60Co）的射線輻照，可以進(jìn)行食品（如肉類(lèi)、水果等）保鮮、輻照消毒（如對(duì)醫(yī)療器械、流通貨幣等）以及輻照育種等。尤其在醫(yī)藥上利用它來(lái)殺傷人體內(nèi)的腫瘤細(xì)胞，這是目前治療腫瘤的一種常用方法。在發(fā)達(dá)國(guó)家中放射性藥物使用已相當(dāng)普及。在發(fā)展中國(guó)家中，我國(guó)的核醫(yī)藥水平名列前茅。國(guó)內(nèi)已有1000多家醫(yī)院開(kāi)展了放射性藥物的診治工作。2/3/202325大連理工大學(xué)余虹姜東光三大發(fā)現(xiàn)，使物理學(xué)發(fā)生了深刻的變化：電子比最輕的原子——?dú)湓舆€要輕1836倍；電磁波除有無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線，還有波長(zhǎng)更短的X射線；一個(gè)原子在化學(xué)變化中釋放出來(lái)的能量只有幾個(gè)電子伏特eV，而天然放射性現(xiàn)象中一個(gè)原子放出的能量竟可達(dá)到幾百萬(wàn)電子伏特MeV；化學(xué)變化不會(huì)引起原子性質(zhì)的根本變化，然而原子經(jīng)過(guò)放射或射線后卻完全變了。2/3/202326大連理工大學(xué)余虹姜東光

4.1.2永不靜止的光子電磁場(chǎng)理論禁止電磁波為靜止波形。光子靜止質(zhì)量為零（理論上認(rèn)為：只有引力子質(zhì)量才可能為零），在真空中以光速c運(yùn)動(dòng)。電子、質(zhì)子等所有其他粒子靜止質(zhì)量都不為零，它們的速度不可能達(dá)到光速。根據(jù)相對(duì)論等物理理論和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)電磁波（包含光波）可以等效看成光子。2/3/202327大連理工大學(xué)余虹姜東光盧瑟?！|(zhì)子的發(fā)現(xiàn)人——將氫原子核命名為質(zhì)子。1911年提出原子核式模型。1899年鈾放射線中有射線（穿透性弱）；1903年射線是氦元素正離子；1908年射線對(duì)金箔散射—大角度散射；原子r~10-10m4.1.3揭開(kāi)原子核的內(nèi)幕盧瑟福核r0～10-15m一、發(fā)現(xiàn)質(zhì)子2/3/202328大連理工大學(xué)余虹姜東光1.原子核的電量Q=Ze(e為電子電量）。2.原子核的質(zhì)量MAmp(mp為質(zhì)子質(zhì)量）。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：A>

Z——相差很多盧瑟福猜測(cè)：也許一個(gè)電子更加緊密地與質(zhì)子相結(jié)合。*量子理論不允許電子在r=10-14m的空間之內(nèi)存在！

——（在4.2.4節(jié)證實(shí))1932年中子被盧瑟福的學(xué)生——查德威克發(fā)現(xiàn)！二、發(fā)現(xiàn)中子如果原子核僅僅是由質(zhì)子組成，應(yīng)有A＝Z2/3/202329大連理工大學(xué)余虹姜東光4.1.4囚禁中的夸克強(qiáng)子的結(jié)構(gòu)強(qiáng)子重子介子——質(zhì)子；中子加上反粒子共200多種，太復(fù)雜!一定由更基本的粒子組成！夸克輕子0夸克真的存在嗎？盡管從未探測(cè)到自由狀態(tài)的夸克，1974年科學(xué)家已經(jīng)確信。2/3/202330大連理工大學(xué)余虹姜東光4.1.5四種基本自然力種類(lèi)相互作用粒子強(qiáng)度(N)力程傳遞粒子萬(wàn)有引力所有粒子10-34無(wú)限遠(yuǎn)電磁力帶電粒子102無(wú)限遠(yuǎn)光子強(qiáng)力夸克10410-15m膠子弱力夸克、輕子10-2<10-17mW

WZ0引力子注：表中強(qiáng)度指兩個(gè)緊靠著的質(zhì)子之間的作用力。2/3/202331大連理工大學(xué)余虹姜東光引力強(qiáng)力的特點(diǎn)++高速靠近才能克服電斥力——高溫引發(fā)氫聚變。1000萬(wàn)oC！氫聚變用裂變“炸彈”引發(fā)聚變。斥力無(wú)力00.412/3/202332大連理工大學(xué)余虹姜東光我們熟悉了足球與海浪的運(yùn)動(dòng)——經(jīng)典的粒子與波。當(dāng)我們深入研究微觀世界時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)微觀粒子既不像球，又不像波。人們甚至發(fā)現(xiàn)，用日?；蚪?jīng)典物理的語(yǔ)言都不能很好描述微觀粒子引入陌生的概率幅（波函數(shù)）來(lái)描寫(xiě)微觀粒子。4.2震撼世界的量子科學(xué)2/3/202333大連理工大學(xué)余虹姜東光4.2.1溫度與顏色一、熱與顏色經(jīng)典電磁理論：帶電粒子加速運(yùn)動(dòng)輻射電磁波。溫度高振動(dòng)快輻射能量多～物體輻射紫外線能量趨于無(wú)限？不符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)！2/3/202334大連理工大學(xué)余虹姜東光光的量子性經(jīng)典物理無(wú)法解釋的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一、黑體輻射的規(guī)律二、光電效應(yīng)尋找以太的零結(jié)果？熱輻射的紫外災(zāi)難物理世界上空的兩朵烏云2/3/202335大連理工大學(xué)余虹姜東光現(xiàn)實(shí)背后的機(jī)遇當(dāng)時(shí)許多著名的物理學(xué)家都認(rèn)為物理學(xué)的基本規(guī)律都已被發(fā)現(xiàn)，今后的任務(wù)只是把物理學(xué)的基本規(guī)律應(yīng)用到各種具體問(wèn)題上，并用來(lái)說(shuō)明各種新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)而已。開(kāi)耳文在一篇于1900年發(fā)表的瞻望二十世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的文章中也說(shuō)：“在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩物理學(xué)家只需要做一些零星的修補(bǔ)工作就行了”。2/3/202336大連理工大學(xué)余虹姜東光不過(guò)他接著又指出：“但是在物理晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵小小令人不安的烏云”。一個(gè)是熱輻射現(xiàn)象中的紫外災(zāi)難，另一個(gè)是否定絕對(duì)時(shí)空觀的邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)。事實(shí)上還有第三朵小小的烏云，這就是放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，它有力地表明了原子不是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，原子也是可以分割的。2/3/202337大連理工大學(xué)余虹姜東光絕對(duì)黑體一個(gè)開(kāi)有小孔的空腔，對(duì)射入其中的光幾乎可以全部吸收等效于絕對(duì)黑體即可以得到測(cè)量空腔開(kāi)口處的輻射本領(lǐng)2/3/202338大連理工大學(xué)余虹姜東光光譜儀測(cè)量黑體輻射的實(shí)驗(yàn)裝置2/3/202339大連理工大學(xué)余虹姜東光黑體輻射的定律1、Stefan-Boltzmann定律（1879年、1884年）輻射的總能量，即曲線下的面積與T4成正比Stefan-Boltzmann常數(shù)2/3/202340大連理工大學(xué)余虹姜東光2、Wien位移定律（1893年）曲線的極大值滿(mǎn)足用于測(cè)量溫度2/3/202341大連理工大學(xué)余虹姜東光oλ(μm)123568947MBλ維恩瑞利--金斯實(shí)驗(yàn)值紫外災(zāi)難2/3/202342大連理工大學(xué)余虹姜東光能量不連續(xù)，只能是h的整數(shù)倍。二、普朗克的量子假說(shuō)1900年12月14日，在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上演講——這一天定為量子力學(xué)的誕生日。1900年，普朗克提出能量子hh=6.6310-34J·s——普朗克常數(shù)他比喻：能量如商店里賣(mài)啤酒，只能一瓶一瓶賣(mài)出。他對(duì)自己的理論忐忑不安，1910年，提出發(fā)射能量不連續(xù)，吸收連續(xù)－啤酒賣(mài)出去后就成了流體。1914年，發(fā)射也連續(xù)只有相互碰撞時(shí)才不連續(xù)。普朗克把物理帶到量子論大門(mén)口，卻沒(méi)進(jìn)去。2/3/202343大連理工大學(xué)余虹姜東光三、量子理論玻爾：原子子處于確定狀態(tài)時(shí)不輻射，只有在不同的能量狀態(tài)之間躍遷時(shí)才發(fā)光。愛(ài)因斯坦：具有確定頻率的單色光，是由具有確定能量的光子組成。德布羅意：一個(gè)具有確定能量E、動(dòng)量P的粒子，在某些測(cè)量條件下顯示出沿動(dòng)量方向傳播的單色平面波的行為，滿(mǎn)足玻恩：物質(zhì)波是一種概率波，波函數(shù)的平方值代表粒子出現(xiàn)的概率密度。2/3/202344大連理工大學(xué)余虹姜東光一、經(jīng)典粒子與經(jīng)典波經(jīng)典粒子的特點(diǎn)：定域性、排他性。經(jīng)典波的特點(diǎn)：廣延性、可疊加性。讓開(kāi)！這是我的地方。各種不同頻率的電磁波在空間同時(shí)傳播。4.2.2電子的波動(dòng)性2/3/202345大連理工大學(xué)余虹姜東光二、微觀粒子與德布羅意波德布羅意（1924年）：一個(gè)具有確定能量E、動(dòng)量P的粒子，在某些測(cè)量條件下顯示出沿動(dòng)量方向傳播的單色平面波的行為，其頻率、波長(zhǎng)滿(mǎn)足他明確指出：可以用電子波貫穿晶片進(jìn)行驗(yàn)證。2/3/202346大連理工大學(xué)余虹姜東光三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鎳晶U/V/nm540.1671500.1001040.012相當(dāng)于X

射線01、戴維孫和革末（1927年）2/3/202347大連理工大學(xué)余虹姜東光

電子的單縫、雙縫、三縫和四縫衍射實(shí)驗(yàn)圖像多晶鋁泊2.GP湯姆遜（1927）——JJ湯姆遜的兒子3.約恩遜（1961）2/3/202348大連理工大學(xué)余虹姜東光1.玻爾的理論對(duì)原子內(nèi)電子的兩種描述4.2.3原子中電子的行蹤原子能夠，而且只能夠穩(wěn)定地存在于能量為一系列離散值E1、E2……的相關(guān)狀態(tài)（定態(tài)）。原子能量的變化與輻射（吸收）光子的頻率的關(guān)系電子的行蹤必須滿(mǎn)足原子的條件。2/3/202349大連理工大學(xué)余虹姜東光Pr2.波函數(shù)——描述微觀粒子的行蹤波函數(shù)的平方——電子出現(xiàn)的概率密度(電子云）3.量子數(shù)——描述電子的狀態(tài)能量角動(dòng)量大小角動(dòng)量方向自旋=1,2,3,……=0,1,2,…,(n-1)=0,1,2,…,l=1/2,-1/2例:n=2l=0l=1m=0m=-1m=0m=1ms=1/2ms=-1/2m=1/2ms=-1/2ms=1/2ms=-1/2ms=1/2ms=-1/22/3/202350大連理工大學(xué)余虹姜東光P1PP2一、電子雙縫干涉概率概率幅：P1=|1

|2P2=|2|2經(jīng)典理論量子理論P(yáng)=P1+P2=|1

|2+|2|2P=|1

+2|2

=|1

|2+|2|2+1*

2+1

2*概率的概念并沒(méi)有改變，改變的是計(jì)算概率的方法。波、電子槍4.2.4波函數(shù)2/3/202351大連理工大學(xué)余虹姜東光經(jīng)典理論：自然過(guò)程連續(xù)，測(cè)量?jī)x器對(duì)客體的干擾可無(wú)限地連續(xù)減小。量子理論：儀器對(duì)客體的干擾不能連續(xù)減小，作用量子h

的存在規(guī)定了干擾的下限與性質(zhì)。1.測(cè)量理論2.不確定關(guān)系