西北大學Quantum Mechanics碩士課程輔導

量子力學，處理原子和亞原子尺度上的物質和光的行為的科學。它試圖描述和說明分子和原子及其成分--電子、質子、中子和其他更深奧的粒子(如夸克和膠子)的特性。這些屬性包括粒子之間的相互作用以及與電磁輻射(即光、X射線和伽馬射線)的相互作用。

碩士課程輔導

一、基本考慮

在基本層面上，輻射和物質都具有粒子和波的特性。科學家們逐漸認識到，輻射具有粒子的特性，而物質具有波的特性，這為量子力學的發展提供了推動力。受牛頓的影響，18世紀的大多數物理學家認為，光是由粒子組成的，他們稱之為光團。大約從1800年起，光的波浪理論開始積累證據。大約在這個時候，托馬斯-楊表明，如果單色光通過一對狹縫，出現的兩束光就會發生干涉，從而在屏幕上出現一個由明暗交替的條紋圖案。這些條紋很容易被光的波浪理論所解釋。根據該理論，當來自兩個狹縫的波峰(和波谷)同時到達屏幕時，就會產生亮帶;當一個波峰與另一個波谷同時到達時，就會產生暗帶，而且兩束光的效果會抵消。從1815年開始，法國的奧古斯丁-讓-菲涅爾等人的一系列實驗表明，當一束平行的光通過一條狹縫時，出現的光束不再平行，而是開始發散;這種現象被稱為衍射。考慮到光的波長和儀器的幾何形狀(即狹縫的分離和寬度以及從狹縫到屏幕的距離)，人們可以使用波浪理論來計算每種情況下的預期圖案;該理論與實驗數據完全一致。

二、普朗克的輻射定律

到19世紀末，物理學家幾乎普遍接受了光的波浪理論。然而，盡管經典物理學的思想解釋了與光的傳播有關的干涉和衍射現象，但它們并沒有說明光的吸收和發射問題。所有的身體都會以熱量的形式輻射出電磁能量;事實上，一個身體會在所有的波長下發出輻射。不同波長的輻射能量在某一波長上是最大的，該波長取決于身體的溫度;身體越熱，最大輻射的波長就越短。試圖用經典的想法來計算黑體輻射的能量分布是不成功的。(黑體是一個假設的理想體或表面，它吸收和再吸收落在它身上的所有輻射能量)。由德國的Wilhelm Wien提出的一個公式與長波長的觀察結果不一致，而由英國的Lord Rayleigh (John William Strutt)提出的另一個公式則與短波長的觀察結果不一致。

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