量子力學(xué)引言

量子力學(xué)引言第1頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四一.為什么要學(xué)習(xí)量子力學(xué)？1.回顧歷史，重溫創(chuàng)新歷程創(chuàng)新教育的好教材2.量子力學(xué)是重要的基礎(chǔ)課程最偉大的理論之一

3.量子力學(xué)是下一代IT的創(chuàng)新點為明天奠定基礎(chǔ)第2頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四1.回顧歷史重溫創(chuàng)新歷程上個世紀(jì)創(chuàng)造了兩個偉大的理論：量子力學(xué)相對論有史以來最偉大的科學(xué)理論之一從對人類物質(zhì)文明影響來看，量子力學(xué)影響似乎更大一些第3頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧十九世紀(jì)末的物理學(xué)物理學(xué)發(fā)展到相當(dāng)高的水平已經(jīng)建立了：經(jīng)典力學(xué)電動力學(xué)熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)等一整套物理學(xué)理論應(yīng)用這些理論人們已經(jīng)能夠解釋許多天文和自然現(xiàn)象第4頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧力學(xué)經(jīng)過Newton,Lagrange,Hamilton等人的發(fā)展，已形成完整的力學(xué)體系。成功地解釋了宏觀物體運(yùn)動規(guī)律預(yù)言了海王星的存在（通過天王星軌道的奇異）在上個世紀(jì)末，Newton力學(xué)被認(rèn)為是終極的動力學(xué)理論，而被廣泛接受。第5頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧電磁學(xué)英國科學(xué)家法拉第的實驗研究工作發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)、電機(jī)，為現(xiàn)代電工學(xué)奠定了基礎(chǔ)。Maxwell完成了以他的名字命名方程組為基礎(chǔ)的理論體系，并預(yù)言了電磁波。1887年，Hertz實驗證實了電磁波的存在進(jìn)而人們認(rèn)識到光的本質(zhì)是電磁波第6頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧熱力學(xué)和統(tǒng)計物理熱學(xué)是古老的科學(xué)，直到18世紀(jì)，資本主義發(fā)展需要動力，瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，促使熱力學(xué)迅速發(fā)展起來。十九世紀(jì)中葉開爾文、卡諾、克勞修斯等人的杰出工作奠定了熱力學(xué)理論基礎(chǔ)與此同時，Boltzmann、Gibbs等人建立了微觀的統(tǒng)計物理理論體系。

第7頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧Kelvin世紀(jì)末的預(yù)言Kelvin在一篇瞻望20世紀(jì)物理學(xué)的文章極力稱贊十九世紀(jì)物理學(xué)的偉大成果，他寫道：“在已經(jīng)建成的科學(xué)大廈中，后輩科學(xué)家只要做一些零散的修補(bǔ)工作就可以了?！?/p>

第8頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧經(jīng)典物理的困難就在人們慶祝物理學(xué)大廈落成之時，也發(fā)現(xiàn)了一些經(jīng)典物理學(xué)不能解釋的現(xiàn)象：首先是黑體輻射其次是光電效應(yīng)隨后不能被經(jīng)典物理解釋的現(xiàn)象越來越多第9頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧經(jīng)典物理學(xué)的局限性經(jīng)典物理一旦超出原先的范疇，就顯得捉襟見肘，漏洞百出。牛頓力學(xué)只局限于研究物體在其外在時空中的機(jī)械運(yùn)動，不涉及物體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部屬性。光學(xué)（包括電磁學(xué)）只局限于研究光的傳播，并沒有真正涉及光的產(chǎn)生和吸收，光與物質(zhì)的相互作用機(jī)制。第10頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧沖破經(jīng)典物理桎梏自牛頓以來，物理界一直受機(jī)械論的控制，任何系統(tǒng)都必須歸結(jié)于眼睛直覺的世界。這種機(jī)械論制約人們對客觀世界的認(rèn)識為解決黑體輻射問題，1900年，Planck沖破經(jīng)典物理機(jī)械論的束縛，提出了量子論，標(biāo)志著人類對量子認(rèn)識的開始。2000年，正是這一理論發(fā)表100周年，全世界的科學(xué)界都舉行了隆重的紀(jì)念活動。第11頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧20世紀(jì)初的科學(xué)舞臺群英薈萃為了解決經(jīng)典物理遇到的困難，許多杰出的物理學(xué)家投身新理論研究中Planck、Einstein、Rutherford、Bohr、Dirac、deBroglie、Heisenberg、Schrodinger、Fermi、Born、Paoli皆是舉世聞名的科學(xué)家大部分都獲得過諾貝爾獎第12頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧量子力學(xué)的誕生量子力學(xué)既不象廣義相對論那樣來自于對引力與幾何關(guān)系的不可思議的洞察力也不象DNA的破譯那樣揭開了生物學(xué)一個新的世界的神秘面紗它的建立不是一步到位，而是有一個曲折的發(fā)展過程：1900－19271927年在比利時的布魯塞爾召開的科學(xué)大會上海森伯和薛定諤提出了新的量子力學(xué)理論第13頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四1927年10月布魯塞爾第五次索爾莫會議合影前排（左起）蘭格爾普朗克居里夫人洛倫茲愛因斯坦朗之萬威爾遜里查遜中排布拉格克拉梅斯狄拉克康普頓德布羅意玻恩波爾后排皮卡德亨利厄特埃倫菲斯特赫爾岑朗德薛定諤非爾莎菲爾特泡利海森伯第14頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四第15頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧如何理解量子論？玻爾曾經(jīng)說過：“不為量子論所震驚者，必然不理解量子論。”在量子論誕生后，經(jīng)典物理的機(jī)械論才被徹底打破，人類才第一次認(rèn)識到我們所處的物質(zhì)世界遠(yuǎn)不是我們?nèi)粘？吹降膱D像。能量的分立、粒子的波粒二象性、動量與位置的測不準(zhǔn)原理等量子世界的奇妙現(xiàn)象與人們宏觀世界的經(jīng)驗相違背。第16頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧關(guān)于量子論的爭論自從量子論提出以后，對于量子物理的思想基礎(chǔ)（特別是量子力學(xué)的哥本哈根學(xué)派詮釋）的爭論從來就沒有停止過人們對于量子力學(xué)本身的完備性及其基本觀念的理解，也持有截然不同的觀點爭論雙方的領(lǐng)軍人物分別是Einstein和Bohr他們在上個世紀(jì)20－30年代的論戰(zhàn)至今仍為人們津津樂道這樣一段歷史一直是科學(xué)史研究的重點第17頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四NielsBohrandEinsteininthetwenties,inthehomeofthephysicistPaulEhrenfest.

第18頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧重走科學(xué)歷程的長征路這一段歷史充滿科學(xué)創(chuàng)新和豐碩的成果，學(xué)習(xí)它，對每個人都是一種智慧的啟迪，創(chuàng)新精神的熏陶，極具感染力，是素質(zhì)教育的好教材用“我的長征”類比，回顧這一段科學(xué)歷程，這是科學(xué)創(chuàng)新教育好案例第19頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧世紀(jì)回眸今天，當(dāng)我們踏著跨世紀(jì)的臺階，深情回眸量子論帶給人類的文明與對宇宙認(rèn)識的同時，我們更應(yīng)從量子論的誕生與成長的歷史得到有益的借鑒。

——路甬祥第20頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四歷史回顧科普讀物推薦許多著名的科學(xué)家寫了多部有關(guān)這一段歷史的科普讀物:〖量子物理學(xué)：幻象還是真實〗,

［英］阿萊斯泰爾·雷，江蘇人民出版社，2000〖量子史話〗

，［美］B.霍夫曼

著，科學(xué)出版社，1979〖量子力學(xué)史話〗，［蘇］B.H.瑞德尼克著，科學(xué)出版社，1979

第21頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.學(xué)習(xí)量子力學(xué)的現(xiàn)實意義

如果說，以上是我們學(xué)習(xí)量子力學(xué)的歷史意義，那么更重要的是下面要論述的現(xiàn)實意義。

量子力學(xué)已成為今天我們認(rèn)識世界的基本理論特別是微觀領(lǐng)域，其中物質(zhì)及其運(yùn)動規(guī)律必須應(yīng)用量子力學(xué)的概念和理論來理解、描述和預(yù)測。第22頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四現(xiàn)實意義

重要的基礎(chǔ)理論現(xiàn)代的主要自然科學(xué)分支都以量子力學(xué)為基礎(chǔ)量子力學(xué)是物理學(xué)四大基礎(chǔ)理論之一物理學(xué)的大部分分支學(xué)科，如固體物理、半導(dǎo)體物理、光學(xué)、激光物理、原子、分子物理、天體物理以及地球物理都以量子力學(xué)為基礎(chǔ)。第23頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四現(xiàn)實意義自然科學(xué)的基礎(chǔ)自從上個世紀(jì)20年代建立以后，量子力學(xué)已滲透到許多自然科學(xué)領(lǐng)域化學(xué)、生物學(xué)等均以量子力學(xué)為基礎(chǔ)形成新的交叉學(xué)科，如量子化學(xué)，量子生物學(xué)等生物體也可以用量子力學(xué)進(jìn)行描述，如DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)第24頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四現(xiàn)實意義工程技術(shù)學(xué)科的理論基礎(chǔ)工程技術(shù)科學(xué)也有以量子力學(xué)為基礎(chǔ)的電子科學(xué)與技術(shù)—微電子學(xué)、光電子學(xué)、電子材料與元器件都是直接以量子力學(xué)為基礎(chǔ)今天的通信、電子工程、計算機(jī)、電子機(jī)械等工程技術(shù)科學(xué)，量子力學(xué)并不直接構(gòu)成其基礎(chǔ)。第25頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四現(xiàn)實意義最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一激光原理，固體物理，半導(dǎo)體物理，光譜學(xué)，材料物理都是以量子力學(xué)為基礎(chǔ)光子、電子的運(yùn)動規(guī)律以及它們與物質(zhì)作用規(guī)律都遵守量子力學(xué)規(guī)律我們電子科學(xué)與技術(shù)就是利用電子，光子運(yùn)動及其與物質(zhì)作用來承載信息，處理信息，所以必須要學(xué)習(xí)量子力學(xué)。第26頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.深層意義下一代IT的創(chuàng)新點電子科學(xué)與技術(shù)是現(xiàn)代IT業(yè)的基礎(chǔ)集成電路（半導(dǎo)體集成電路，混合集成電路），光電子器件和各種電子元器件是實現(xiàn)各種電路和系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)IT業(yè)追求的是速度和價格最近幾十年來計算機(jī)的發(fā)展一直遵循著著名的Moor定律第27頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義Moor定律第28頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義山窮水盡疑無路當(dāng)前硅微電子芯片的特征線寬已經(jīng)做到了0.13～0.09微米，國際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會（SIA）則已經(jīng)規(guī)劃到了0.035微米現(xiàn)代半導(dǎo)體集成電路，尺度達(dá)到深亞微米，甚至納米，仍以經(jīng)典物理為工作原理經(jīng)典半導(dǎo)體器件不可能無限制地縮小，最終還會達(dá)到其物理極限第29頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義量子效應(yīng)物理極限一方面是技術(shù)限制，如散熱問題，材料非均勻性問題等。另一方面是量子效應(yīng)限制，如量子隧道貫穿—產(chǎn)生MOS器件漏電流的主要原因彈道輸運(yùn)，短溝道，載流子在源漏之間直接穿通研究這些問題，需要量子力學(xué)的知識第30頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義柳暗花明又一村正在半導(dǎo)體工業(yè)由于集成電路中的物理極限凸現(xiàn)而疑無路之時，量子效應(yīng)器件和量子信息學(xué)使得IT業(yè)柳暗花明。量子效應(yīng)器件是以載流子的量子效應(yīng)為工作原理的器件量子信息學(xué)是以物質(zhì)的量子屬性完成信息的存儲、傳遞和處理第31頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義信息處理的新思路預(yù)計量子信息處理將以兩種實現(xiàn)方式：以量子效應(yīng)器件代替現(xiàn)在的器件，以現(xiàn)在的電路方式處理信息。用量子方式實現(xiàn)信息處理量子信息學(xué)的新概念：量子編碼、量子通信量子計算、量子計算機(jī)量子邏輯、量子信號處理第32頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義量子信息處理第33頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義量子計算第34頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義量子通信量子通信QuantumCommunication第35頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義

量子力學(xué)與信息論第36頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義新型量子器件已初露端倪納米尺度的量子效應(yīng)器件的成果：共振隧穿器件——微觀粒子的量子隧穿效應(yīng)為工作原理單電子器件——利用載流子的粒子性為工作原理自旋電子學(xué)與器件——利用載流子的自旋屬性處理信息第37頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義量子效應(yīng)器件（續(xù)1）量子點器件——量子點之間的隧穿效應(yīng)及耦合效應(yīng)分子電子器件——有機(jī)基片上用可以電激活的分子制造的電子器件第38頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義量子效應(yīng)器件（續(xù)2）半導(dǎo)體量子點實現(xiàn)的原胞自動機(jī)這些內(nèi)容將在“納米電子學(xué)”課程中介紹第39頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義納米電子學(xué)北京大學(xué)2003西安電子科技大學(xué)2004上海交通大學(xué)2006納米電子學(xué)Nanoelectronics第40頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四深層意義國家中長期科技發(fā)展綱要重大科學(xué)研究計劃：量子調(diào)控研究

以微電子為基礎(chǔ)的信息技術(shù)將達(dá)到物理極限，對信息科技發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，人類必須尋求新出路，而以量子效應(yīng)為基礎(chǔ)的新的信息手段初露端倪，并正在成為發(fā)達(dá)國家激烈競爭的焦點。量子調(diào)控就是探索新的量子現(xiàn)象，發(fā)展量子信息學(xué)、關(guān)聯(lián)電子學(xué)、量子通信、受限小量子體系及人工帶隙系統(tǒng)，構(gòu)建未來信息技術(shù)理論基礎(chǔ)，具有明顯的前瞻性，有可能在20～30年后對人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生難以估量的影響。第41頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四二.如何學(xué)好量子力學(xué)？1.為什么量子理論難以接受？2.從經(jīng)典物理學(xué)的“囚籠”中掙脫出來3.量子力學(xué)作為工具4.把握學(xué)習(xí)側(cè)重點第42頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四1.為什么量子理論難以接受？量子理論自從出現(xiàn)以后，一直被概念和哲學(xué)問題所困擾，難以被人們理解和接受。主要是人們長期生活在宏觀世界，描述宏觀世界的經(jīng)典力學(xué)，如牛頓力學(xué)，電動力學(xué)，很容易接受，因為它與人們直接的經(jīng)驗一致。一旦接受了經(jīng)典物理學(xué)的概念，這些概念就會形成無形的“牢籠”，束縛和鈍化人們的創(chuàng)造性思維。第43頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四量子理論難以接受

量子態(tài)量子客體的波粒兩象性迫使人們不得不引入波函數(shù)（量子態(tài)）來描述量子客體的狀態(tài)著名物理學(xué)家費(fèi)曼曾指出：量子力學(xué)的精妙之處在于引入幾率幅（即量子態(tài)）的概念量子世界的千奇百怪的特性正是起源于這個量子態(tài)關(guān)于量子理論的長期激烈爭論的焦點也是這個量子態(tài)第44頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四量子理論難以接受

Einstein的困惑經(jīng)典物理對人們的影響不僅反映在一般初學(xué)量子力學(xué)人身上那些創(chuàng)建量子論的科學(xué)家也為自己所做的事情所困擾甚至有時對自己的所作所為感到失望Einstein：“上帝是不玩擲骰（tou）子的”他總是用懷疑的眼光看待量子力學(xué)并且試圖通過說明它不一致性來揭示量子力學(xué)的不完備第45頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四量子理論難以接受

EPR佯謬設(shè)想有一對總自旋為零的粒子（稱為EPR對），兩個粒子隨后在空間上分開，假定粒子A在地球上，而粒子B在月球上。量子力學(xué)預(yù)言，若單獨(dú)測量A（或B）的自旋，則自旋可能向上，

也可能向下，

各自概率為1／2。但若地球上已測得粒子A的自旋向上，那么，月球上的粒子B不管測量與否，必然會處在自旋向下的本征態(tài)上。第46頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四量子理論難以接受

Schr?dinger’sCat第47頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四量子理論難以接受

Schr?dinger’sCat第48頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四量子理論難以接受

Schrodinger’scat第49頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四量子理論難以接受哥本哈根學(xué)派Bohr對量子力學(xué)的大部分看法得到大多數(shù)人的承認(rèn)他的大部分工作是在哥本哈根完成的因此它的觀點以及由這些觀點而發(fā)展起來的思想被稱為“哥本哈根學(xué)派”Bohr反駁Einstein：“人們能有什么‘根據(jù)’去肯定‘上帝’是‘不玩擲骰子’的呢？就憑經(jīng)典物理學(xué)和拉普拉斯決定論的巨大成就嗎？”第50頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.從經(jīng)典物理學(xué)的“囚籠”中掙脫出來人們總是根據(jù)已有的知識和經(jīng)驗去思考新問題、理解新現(xiàn)象經(jīng)典物理學(xué)影響是習(xí)慣性的，不自覺的，因而也是不易掙脫的。量子力學(xué)的初學(xué)者從經(jīng)典物理學(xué)過渡到量子物理學(xué)時，必須善于剖析自己從宏觀日常經(jīng)驗中積習(xí)起來的觀念。第51頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.量子力學(xué)作為工具量子力學(xué)的理論體系博大精深，對人類的認(rèn)識論和哲學(xué)都有深刻影響，一些深層次的問題至今沒有徹底搞清楚。要把它作為一門學(xué)問研究，確實需要下一番功夫。但是量子力學(xué)又是一把實用的工具，可以用于解決許多實際問題，特別是電子科學(xué)與技術(shù)和材料學(xué)中的實際問題。第52頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四作為工具“量子力學(xué)”是什么？Quantum

MechanicsTheBlindMenandtheQuantum第53頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四作為工具各取所需各得其所不同專業(yè)的人學(xué)習(xí)量子力學(xué)目的不同：有人說：量子力學(xué)沒有用處有人卻以量子力學(xué)為終生研究對象有人說：量子力學(xué)是數(shù)學(xué)框架和運(yùn)算法則有人說：量子力學(xué)是鑰匙，是工具有人說：量子力學(xué)是一堵墻，難以逾越第54頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四作為工具RichardFeynman“IthinkIcansafelysaythatnobodyunderstandsquantummechanics”

[Thecharacterofphysicallaw1965]1965NobelLaureateinPhysics

第55頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四作為工具費(fèi)因曼其人

DR.RICHARDP.FEYNMAN(1918-1988)NobelistPhysicist,teacher,storyteller,bongoplayer

第56頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四作為工具那些工具作為工科學(xué)生，主要把量子力學(xué)作為工具來掌握。解釋微觀結(jié)構(gòu)中光學(xué)和電子學(xué)現(xiàn)象的工具計算微觀粒子（電子、光子、空穴）在材料和器件中的狀態(tài)和運(yùn)動規(guī)律的工具發(fā)展新器件的理論依據(jù)第57頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四作為工具教與學(xué)的層次要求教師學(xué)生正確講授（掌握）課程全部知識教書匠應(yīng)試教育的好學(xué)生教會學(xué)生應(yīng)用課程知識解決實際問題研究型教師素質(zhì)教育的好學(xué)生注重科學(xué)思維訓(xùn)練，掌握創(chuàng)新思想大師創(chuàng)新性人才第58頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4.把握學(xué)習(xí)側(cè)重點以掌握量子力學(xué)工具為主要的學(xué)習(xí)目的，就要重點掌握：量子力學(xué)最基本的概念、現(xiàn)象與效應(yīng)量子力學(xué)的基本計算方法量子力學(xué)基本模型及建模方法量子力學(xué)計算結(jié)果的實驗對比與解釋第59頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三.正確對待量子力學(xué)1.量子力學(xué)的輝煌成就2.正確認(rèn)識量子力學(xué)3.新的理論突破有待第二個Planck、Einstein的出現(xiàn)第60頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四1.量子力學(xué)的輝煌成就全面列舉一下20世紀(jì)最有影響的科學(xué)進(jìn)展應(yīng)當(dāng)包含廣義相對論、量子力學(xué)、宇宙大爆炸、遺傳密碼的破譯、生物進(jìn)化理論和其他一些個人喜歡的課題。量子力學(xué)深層次的根本屬性使得它處在一個最為獨(dú)特的位置第61頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四輝煌成就

量子力學(xué)的影響量子力學(xué)迫使物理學(xué)家們改造他們已有的觀念迫使他們重新審視事物最深層次的本性迫使他們修正位置和速度的概念以及原因和結(jié)果的定義盡管量子力學(xué)是為描述遠(yuǎn)離我們的日常生活經(jīng)驗的抽象原子世界而創(chuàng)立的但它對我們?nèi)粘Ｉ畹挠绊憻o比巨大第62頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四輝煌成就對于量子力學(xué)的評價二十世紀(jì)是物理學(xué)革命性發(fā)展的世紀(jì),量子理論和相對論的創(chuàng)立,不僅是物理學(xué)革命的標(biāo)志,而且后者更廣泛地影響了整個科學(xué)發(fā)展,如對化學(xué)鍵和各種物性的理解，對發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的作用。以量子力學(xué)為核心的量子理論，代表了人類對微觀世界基本認(rèn)識的革命性進(jìn)步，與相對論共同成為二十世紀(jì)人類科技文明的基石第63頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四輝煌成就量子力學(xué)的成功或許下面的描述能幫助我們理解這個至關(guān)重要但又難以捉摸的理論的獨(dú)特地位：量子理論是科學(xué)史上能最精確地被實驗檢驗的理論，是科學(xué)史上最成功的理論量子力學(xué)的基本預(yù)言與大量的實驗的符合，已達(dá)到了令人吃驚的程度從應(yīng)用的意義上講，作為描述世界的工具，量子理論過去的成功意味著它是一個相當(dāng)完善的科學(xué)理論第64頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2.正確認(rèn)識量子力學(xué)在量子理論輝煌成就面前要保持清醒的頭腦量子力學(xué)還有許多問題沒有徹底搞清楚，包括一些基本問題這些基本問題正在成為或有可能成為新的創(chuàng)造、發(fā)現(xiàn)、發(fā)明的契機(jī)（如量子計算機(jī)，量子密碼、量子通信）第65頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四正確認(rèn)識量子力學(xué)中的問題量子力學(xué)不僅深深地困擾著它的創(chuàng)立者們，直到它本質(zhì)上被表述成通用形式后的今天，一些科學(xué)界的精英們盡管承認(rèn)它強(qiáng)大的威力，卻仍然對它的基礎(chǔ)和基本闡釋不滿意。量子力學(xué)的完備性問題（隱變量問題）EPR佯謬量子力學(xué)中的測量問題薛定格貓態(tài)的實現(xiàn)第66頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四正確認(rèn)識爭論并沒有結(jié)束應(yīng)該注意到對量子論創(chuàng)立有重要貢獻(xiàn)的兩位偉大科學(xué)家愛因斯坦與玻爾關(guān)于量子論的詮釋長達(dá)幾十年的爭論時至今日并沒有結(jié)束1982年巴黎大學(xué)的阿斯佩克特等人所做的實驗已把這種思辨性的爭論提高到實驗辯證階段。第67頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四正確認(rèn)識爭論對科學(xué)技術(shù)的影響這一輪量子力學(xué)的新研究高潮不僅僅涉及量子力學(xué)基本概念的深化，而且有可能對當(dāng)代電子學(xué)、光學(xué)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等產(chǎn)生革命性的影響。中國科學(xué)院第一期創(chuàng)新工程試點的重大前沿領(lǐng)域特別安排有量子物理與信息研究項目，就是順應(yīng)這個量子論的世紀(jì)性新發(fā)展的需要。第68頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.新的理論突破有待第二個Planck,Einstein的出現(xiàn)第69頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四

PaulDirac1902-19841933年與Schodinger分享諾貝物理學(xué)獎第70頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四量子理論不是終極的理論從量子力學(xué)誕生的時刻起，成功和困難就同時存在。Dirac在評論這些困難時說，人們企盼建立一個更基本的理論，而這需要我們基本觀念上的某種巨大的變革。第71頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四國家和前輩的期望我希望我們的年輕科學(xué)家加入當(dāng)代物理學(xué)這一非常活躍、非常有基礎(chǔ)意義、甚至?xí)a(chǎn)生革命性躍遷的新領(lǐng)域。期望在21世紀(jì)從他們當(dāng)中誕生在中國土地上成長起來的普朗克和愛因斯坦式的大科學(xué)家，產(chǎn)生出如同量子論、相對論一般偉大的、新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和科學(xué)理論?！佛榈?2頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四總結(jié)為什么要學(xué)習(xí)量子力學(xué)？創(chuàng)新素質(zhì)教材

重要的基礎(chǔ)課程下一代IT創(chuàng)新點

如何學(xué)好量子力學(xué)？擺脫宏觀世界觀念束縛作為工具來掌握正確對待量子力學(xué)量子力學(xué)不是終極理論理論有待突破第73頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四謝謝大家！第74頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四附錄二十世紀(jì)初科學(xué)年鑒薛定諤貓第75頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四二十世紀(jì)初科學(xué)年鑒1900年，Planck量子論1905年，Einstein狹義相對論1908年，蓋革（H．Geiger，1882—1945）發(fā)明計數(shù)管。盧瑟福等人從粒子測定電子電荷e值。1909年，蓋革與馬斯登（E．Marsden）在盧瑟福的指導(dǎo)下，從實驗發(fā)現(xiàn)粒子碰撞金屬箔產(chǎn)生大角度散射。第76頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四二十世紀(jì)初科學(xué)年鑒（續(xù)一）1911年，Rutherford發(fā)現(xiàn)原子的結(jié)構(gòu)1912年，勞厄（Laue）實現(xiàn)X射線的晶體衍射1913年，Bohr提出量子軌道并解釋了氫原子光譜1915年，Einstein提出廣義相對論1906—1917年，密立根（R．A．Millikan，1868—1953）測單個電子電荷值，前后歷經(jīng)11年，實驗方法做過三次改革，做了上千次數(shù)據(jù)。

第77頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四二十世紀(jì)初科學(xué)年鑒（續(xù)二）1916年，密立根用實驗證實了愛因斯坦光電方程。

1916年，愛因斯坦根據(jù)量子躍遷概念推出普朗克輻射公式，同時提出了受激輻射理論，后發(fā)展為激光技術(shù)的理論基礎(chǔ)。1917年，Rutherford首次實現(xiàn)人工核反應(yīng)。1919年，阿斯頓（F．W．Aston，1877—1945）發(fā)明質(zhì)譜儀，為同位素的研究提供