经典物理与量子物理

1、经典物理与量子物理经典物理学的建立和发展时期是17世纪初至19世纪末, 这时资本主义生产促进了技术与科学的发展，形成了比较完 整的经典物理学体系。系统的观察实验和严密的数学推导相 结合的方法，被引进物理学中，导致了 17世纪主要在天文学 和力学领域中的“科学革命”。牛顿力学体系的建立，标志着近 代物理学的诞生。经过18世纪的准备，物理学在19世纪获 得了迅速和重要的发展。终于在19世纪末以经典力学、热力 学和统计物理学、经典电磁场理论为支柱，使经典物理学的 发展达到了它的顶峰。在爱因斯坦的相对论提出后，经典物 理的绝对时间和绝对空间被彻底打破，经典宏观物理就进入 了宇宙空间阶段。随着经典物理学

2、的不断发展，在十九世纪 末、二十世纪初，经典物理学的理论遇到了困难。有一些新 的物理现象，如黑体辐射、康普顿效应、光电效应、原子的 光谱线系以及固体在低温下的比热等等，都是经典物理理论 所无法解释的。此时，量子理论的提出对这些现象都有了比 较满意的解释。按照经典物理学的理论，光是可以连续地发射和吸收辐 射能量的，但是如果按照这样计算，黑体光谱紫外部分的能 量是无限的，显然发生了谬，这就是“紫外线灾难 1900年, 德国物理学家普朗克提出了物质中振动原子的新模型。他从 物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的 量子论。他假定黑体以hy为能量单位不连续的发射和吸收频 率为卩的辐射，而不

3、是像经典理论所要求的那样可以连续的发 射和吸收辐射能量。其中，h是能阻止能量无限制地向短波转 移的普朗克常量。按照经典物理学中光的波动说，金属在光 的照射下，只要光强足够大，金属中的电子吸收能量积累到 一定值时会逸出金属表面，且光电子的初动能和光的强度成 正比。而实验所得是，金属能不能逸出电子或逸出的电子初 动能大小只和入射光的频率有关，而和光强、光照时间无关。 电子逸出后的初动能为：m“=hva其中a为克服金属表 面的逸岀功。波动说的解释和实验事实存在尖锐的矛盾。爱 因斯坦结合黑体辐射、光电效应等进一步提出光具有微粒性, 光本身就是一个个集中存在的、不可分割的为hv的能量子组 成，这些能量子

4、也叫光子。而随后的康普顿效应实验无法用 经典物理解释，而光的粒子性能很好地解释康普顿效应进一 步增强了人们关于光子概念的信心，且证实了在微观过程中 能量守恒定律和动量守恒定律是成立的。汤姆孙原子核模型 不能满足经典理论对稳定性的要求，在卢瑟福有核原子模型 的基础上，丹麦物理学家玻尔将量子假设应用到原子中，并 对原子光谱的不连续性作出了解释。他认为，电子只在一些 特定的圆轨道上绕核运行。在这些轨道上运行时并不发射能 量，只当它从一个较高能量的轨道向一个较低轨道跃迁时才 发射辐射，反之吸收辐射。这个理论不仅在卢瑟福模型的基 础上解决了原子的稳定性问题，而且用于氢原子时与光谱分 析所得的实验结果完全

5、符合；不过玻尔的理论只能用于解决 氢原子这样比较简单的情形，对于多电子的原子光谱便无法 解释。上述的不能用经典物理学解释的物理现象，却在量了理 论上得到比较好的甚至是满意的解释，这为量子论的发展取 得了初步的胜利。而量子理论提出后，许多悬而未决的问题 也很快就得到解决。对于经典物理学和量子物理学，两者之 间存在着比较大的区别。经典物理学研究的是物体在宏观低速 的状态，低速是指速度远远小于光速,宏观是指速度对质量的影响 可以忽略不计经典物理学的代表是牛顿，以他的三大运动定律和 万有引力定律为基础的，通过确定物体的初始状态来预测未来的 状态，即未来的状态是确定的。而量了物理学研究的是微观粒-了，

6、通过研究微观粒子的运动状态和特征，来解释宇宙的发展及时间 的变化。在经典物理和量子物理中，光起到了决定的作用，对光的不 同看法是这两种观点的巨大区别的重耍体现，经典物理认为光是 一种波，而量了物理认为光是一种微粒，具有能量和质量，称为 光子。也就是对光的不同解释导致了现代物理学、量子力学的发 展。经典物理学认为物体的运动和位置是确定的，而量子物理学 认为物体的物体的动量和位置不可能同时有一个确定。1927年, 海森伯提出了微观领域里的不确定关系，他认为任何一个粒 子的位置和动量不可能同时准确测量，要准确测量其中的一 个，另一个就将是不确定的。这就是所谓的“不确定原理”。它 和玻恩的波函数几率解释一起，奠定了量子力学诠释的物理 基础；由于不确定性原理的存在，物质的能量也被认为是不确定 的。经典力学对物体的描述可以用微分方程精确地得到，而量子 力学则只能给出物体处于某种状态的概率。经典物理和量子物理在我们生活中都演绎着不可缺少的角 色，对于经典物理学，它主要是用于人们的半产实践，正因为有 了经典物理学，人类