本科畢業(yè)（學(xué)位）論文 淺談玻爾對(duì)建立量子力學(xué)的貢獻(xiàn) 敖成松（） 導(dǎo)師姓名：張曉偉 職稱：講師單位：物理與電子科學(xué)系 專業(yè)名稱：物理 論文提交日期：2011年月日論文答辯日期：2011年1月 學(xué)位授予單位：黔南民族師范學(xué)院 答辯委員會(huì)主任：論文評(píng)審人：2011年1月 敖成松()敖成松()論玻爾對(duì)量子力學(xué)建立的貢獻(xiàn)(黔南民族師范學(xué)院)貴州都勻物理與電子科學(xué)系 摘要：簡(jiǎn)要介紹20世紀(jì)偉大的丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾對(duì)量子力學(xué)的偉大貢獻(xiàn)。 關(guān)鍵詞：量子力學(xué)； 玻爾； 玻爾理論； 互補(bǔ)原則； 哥本哈根學(xué)派關(guān)于玻爾的簡(jiǎn)短談話 to () (of and, for, Duyun,): 偉大的玻爾的論文。:; 尼爾斯·玻爾； ; ; 在現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展史上，量子力學(xué)的創(chuàng)立標(biāo)志著現(xiàn)代物理學(xué)大廈基本結(jié)構(gòu)的完成。
主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基本理論。 它與相對(duì)論一起構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。 在這一理論的建立過(guò)程中，一大批世界級(jí)天才物理學(xué)家為其做出了巨大貢獻(xiàn)。 其中以海森堡、薛定諤、泡利、玻恩、狄拉克等人的工作最為杰出，他們被視為量子力學(xué)的奠基人。 玻爾在這方面并沒(méi)有寫(xiě)太多文章，他也沒(méi)有被正式列為這一偉大理論的創(chuàng)始人。 但玻爾對(duì)量子力學(xué)的貢獻(xiàn)并不亞于上述人，甚至更大。 如果把哥本哈根理論物理研究所比作一個(gè)熔爐，那么量子力學(xué)理論就是在這個(gè)熔爐中鍛造出來(lái)的。 在哥本哈根的學(xué)術(shù)界，玻爾就像一位指揮大家朝著既定目標(biāo)前進(jìn)的指揮官，或者說(shuō)是“哥本哈根交響樂(lè)團(tuán)”的首席指揮。 [1]尼爾斯·大衛(wèi)·玻爾（Niels David Bohr，1885-1962）1885年10月7日出生于丹麥哥本哈根。玻爾從小學(xué)到大學(xué)都在哥本哈根學(xué)習(xí)。 1905年獲丹麥科學(xué)協(xié)會(huì)征文比賽金獎(jiǎng)。 質(zhì)量獎(jiǎng)，并于1911年獲得博士學(xué)位。從1920年起，他領(lǐng)導(dǎo)哥本哈根大學(xué)理論物理研究所，直至1962年去世。玻爾因其對(duì)原子結(jié)構(gòu)理解的杰出貢獻(xiàn)而于1922年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 [2] 他對(duì)量子力學(xué)的貢獻(xiàn)主要有以下幾個(gè)方面： 1、提出了玻爾理論。 1859年，本生（R，W.，1811-1899）和基爾霍夫發(fā)明了棱鏡分光鏡，使光譜測(cè)量成為可能。 因此，實(shí)驗(yàn)光譜學(xué)在19世紀(jì)下半葉開(kāi)始發(fā)揮作用。 半葉系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了很高的水平，相關(guān)的研究工作首先朝著尋找線譜規(guī)律性的方向發(fā)展。
其中，巴爾默（，1825-1898）于1885年發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)已知的氫光譜所有譜線的波長(zhǎng)都可以用這樣的公式表示：=b[n2/(n2-2)]，其中b為a 常數(shù)（其值是巴爾默根據(jù)實(shí)驗(yàn)憑經(jīng)驗(yàn)確定的），n取3、4、5…等值來(lái)對(duì)應(yīng)每條譜線。 當(dāng)時(shí)氫譜的9條已知譜線的測(cè)量結(jié)果與這個(gè)公式非常吻合（誤差小于千分之一）。 其他光譜中的規(guī)律立即被發(fā)現(xiàn)，其中里德伯發(fā)現(xiàn)了一個(gè)適用于許多光譜組的通用公式： 如果按照波數(shù)更常用的表達(dá)式（=1/n），巴爾默公式就成為通用里德伯公式的一個(gè)特例：=1/ =RH (1/22-1/n2) (n=3,4,5?) 式中，RH稱為氫里德伯常數(shù)。 如果將括號(hào)中的第一項(xiàng)替換為nf，并且n等于(nf+1)(nf+2)(nf+3)?，則可以得到氫譜中每個(gè)已知譜線系統(tǒng)的表達(dá)式。 。 此外20世紀(jì)偉大的物理學(xué)家，里茲提出了里茲組合原則。 這些經(jīng)驗(yàn)公式在很多方面都很有用，特別是在預(yù)測(cè)新的譜線方面，但當(dāng)時(shí)沒(méi)有人能夠?qū)@些線譜存在的原子機(jī)制給出令人信服的結(jié)論。 1911年，盧瑟福（）根據(jù)自己的粒子散射實(shí)驗(yàn)提出了原子的核模型，指出原子中含有電子云，電子云分布在緊密堆積的、帶正電的原子核周?chē)雍说木€性度與整個(gè)原子的尺寸非常小。 然而，原子的盧瑟福模型有一個(gè)基本難點(diǎn)：根據(jù)普遍接受的電動(dòng)力學(xué)定律，繞原子核運(yùn)動(dòng)的電子會(huì)不斷發(fā)光，最終因能量損失而塌陷、下落。 在核心內(nèi)，這與觀察到的離散譜線不一致。
為了解決這個(gè)矛盾，1913年，玻爾提出了兩個(gè)假說(shuō)：第一個(gè)假說(shuō)是電子只能在某些確定的軌道上運(yùn)動(dòng)。 這就是所謂的“穩(wěn)態(tài)”。 只要電子處于這些狀態(tài)中的任何一種狀態(tài)，它就不會(huì)發(fā)光； 第二個(gè)假設(shè)是，只有當(dāng)電子從較高能量的穩(wěn)態(tài)躍遷到較低能量的穩(wěn)態(tài)時(shí)，原子才會(huì)發(fā)射輻射，并且發(fā)射的輻射能量等于兩個(gè)穩(wěn)態(tài)之間的能量差，通過(guò)類似的逆在此過(guò)程中，原子可以吸收輻射量子，導(dǎo)致電子躍遷到更高能量的穩(wěn)態(tài)。 根據(jù)普朗克的假設(shè)，他還給出了輻射光子能量的計(jì)算公式：hv=W1 - W2：（h為普朗克常數(shù)）。 玻爾進(jìn)一步提出了計(jì)算這些軌道的方法。 他想象靜止態(tài)是繞原子核旋轉(zhuǎn)的角動(dòng)量等于h/2宇宙的整數(shù)倍時(shí)的狀態(tài)，此時(shí)電子與原子核之間的靜電引力就等于電子的圓周運(yùn)動(dòng)。 施加在其上的向心力用于計(jì)算這些軌道。 這就是著名的玻爾理論。 這樣，玻爾一方面拋棄了傳統(tǒng)的概念，另一方面，他用傳統(tǒng)的方法計(jì)算了原子的能級(jí)，即電子在各種靜止?fàn)顟B(tài)下旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能和靜電“電子由于原子核而產(chǎn)生的束縛力。 勢(shì)能之和，由此他推導(dǎo)出氫的通用利德伯格公式的表達(dá)式。 慕尼黑的索末菲（）在原子理論方面邁出了重要的一步。 他引入了橢圓軌道和附加的量子化條件，這使他能夠推廣簡(jiǎn)單的玻爾模型。 結(jié)果，他對(duì)更復(fù)雜的原子系統(tǒng)有了更好的理解。 很好的理解。
由于玻爾將量子概念引入了他的原子理論，因此他的研究與德國(guó)物理學(xué)家馬克斯·普朗克（Max-Plank）和愛(ài)因斯坦（）分別于1900年和1905年所做的工作直接相關(guān)。 他們的研究工作表明，輻射和物質(zhì)相互作用所涉及的能量交換是以有限數(shù)量（或量子）發(fā)生的，這是經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的過(guò)程。 此外，作為玻爾理論核心的兩個(gè)假設(shè)是理解上述光譜輻射規(guī)則的關(guān)鍵。 多年來(lái)，世界各地實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家一直對(duì)暴露于輻射的元素發(fā)出的離散波長(zhǎng)的數(shù)據(jù)感到困惑。 以前人們認(rèn)為表征給定元素的這些波長(zhǎng)總是以某種模式出現(xiàn)。 這種形式與原子中電子的周期性運(yùn)動(dòng)有關(guān)。 但玻爾的理論表明，這些波長(zhǎng)實(shí)際上只對(duì)應(yīng)于電子軌道之間的躍遷，與軌道本身無(wú)關(guān)。 玻爾的假設(shè)似乎很武斷20世紀(jì)偉大的物理學(xué)家，他將經(jīng)典物理和量子物理混合在一起讓人感到不舒服。 然而，這個(gè)理論在大范圍內(nèi)成功地解釋了許多現(xiàn)象：如原子光譜的離散性、原子的核結(jié)構(gòu)等。不僅如此，它還提供了原子行為的“圖景”。 電子軌道、能級(jí)、軌道間躍遷等概念在心理上更符合我們這些習(xí)慣于用經(jīng)典概念思考的人的胃口。 因此，“玻爾原子”無(wú)疑仍將是量子物理學(xué)中最通用的模型之一。
如果說(shuō)普朗克的量子理論拉開(kāi)了量子世界帷幕的一角，那么玻爾的原子理論則拉開(kāi)了量子世界的第一幕帷幕，人們可以由此“入室”。 2.提出了互補(bǔ)性原則（又稱連貫性原則）。 玻爾在量子力學(xué)方面的另一偉大成就是他的互補(bǔ)原理。 互補(bǔ)性原理是玻爾于1927年提出的，以調(diào)和量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)之間的矛盾。 其目的是為了更好地理解和解釋微觀粒子的不確定性原理。 玻爾互補(bǔ)原理有多重含義：（1）兩類經(jīng)典概念是互補(bǔ)的，例如微觀粒子同時(shí)具有波和粒子的性質(zhì)。 但它們并不是同時(shí)出現(xiàn)。 無(wú)論我們關(guān)注現(xiàn)象的連續(xù)性還是不連續(xù)性，我們總會(huì)失去一個(gè)方面，即兩者是相互排斥的。 (2)兩種實(shí)驗(yàn)裝置是互補(bǔ)的。 微觀粒子這兩種既互斥又互補(bǔ)的性質(zhì)，在相同的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)條件下是無(wú)法觀察到的。 必須采取相互補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)安排。 例如，電光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)只能觀察微觀粒子的粒子性質(zhì)，而電子的波動(dòng)性質(zhì)則需要在衍射實(shí)驗(yàn)的條件下才能觀察到。 (3)時(shí)空描述和因果關(guān)系是互補(bǔ)的，類似于海森堡的不確定性關(guān)系。 （4）如果海森堡的不確定性原理和玻爾的并集概念構(gòu)成了量子理論物理解釋的進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)，那么它們就是后來(lái)被稱為量子理論的哥本哈根解釋的兩個(gè)主要支柱。
3.創(chuàng)立哥本哈根理論物理研究所（1965年更名為尼爾斯·玻爾研究所）并領(lǐng)導(dǎo)其工作多年。 哥本哈根理論物理研究所由玻爾于1921年3月創(chuàng)立。該研究所成立的最初目的是重建因戰(zhàn)爭(zhēng)中斷的國(guó)際科學(xué)合作。 對(duì)量子理論特別是量子力學(xué)的研究做出了突出貢獻(xiàn)。 在玻爾的領(lǐng)導(dǎo)下，很快成為當(dāng)時(shí)國(guó)際物理學(xué)三大研究中心之一，并被許多物理學(xué)家譽(yù)為“物理學(xué)家”。 “學(xué)術(shù)朝圣地”，量子力學(xué)的發(fā)源地。 研究所積極倡導(dǎo)國(guó)際科學(xué)合作。 一些世界著名物理學(xué)家曾在這里工作、學(xué)習(xí)、講學(xué)、訪問(wèn)。 其中，長(zhǎng)期在這里工作的有來(lái)自荷蘭的克萊默和來(lái)自匈牙利的赫維賽德。 長(zhǎng)期停留的有德國(guó)的海森堡、瑞典的克萊因、挪威的羅瑟蘭等。短期的有德國(guó)物理學(xué)家帕邢、波恩、泡利、索末菲、奧地利物理學(xué)家等。 薛定諤、英國(guó)的理查森、美國(guó)的斯萊特等。幾十年來(lái)，哥本哈根理論物理研究所培養(yǎng)了600多名外國(guó)學(xué)者，其中許多人成為世界著名科學(xué)家，其中10多人成為世界著名科學(xué)家。獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 該研究所已成為世界各地物理實(shí)驗(yàn)室和研究所未來(lái)指揮官的一所學(xué)校和托兒所。 玻爾不僅建立了一個(gè)中心物理資源網(wǎng)，還培育了它的發(fā)展，并對(duì)其他國(guó)家物理學(xué)研究的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。 這一事實(shí)本身就是一項(xiàng)了不起的成就，可以與他對(duì)物理學(xué)發(fā)展的直接貢獻(xiàn)的重要性相媲美。
這個(gè)研究所取得如此輝煌成就的主要原因是，在玻爾的領(lǐng)導(dǎo)下，這里形成了舉世聞名的哥本哈根精神，其特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)合作、非正式的氛圍。 這種精神在很大程度上烙印在玻爾本人的性格和人生觀上。 這種精神的本質(zhì)是“高度的智力追求、大膽的冒險(xiǎn)精神、深厚的研究?jī)?nèi)容和愉快的樂(lè)觀精神的混合體”。 。 正是這種優(yōu)秀的精神品格，使他們成功地建立了哥本哈根學(xué)派這一世界一流的理論物理學(xué)校。 該學(xué)派堅(jiān)持以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)建立理論，并用實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)理論的正確性。 因此，它找到了解決量子力學(xué)問(wèn)題的正確途徑，建立了矩陣力學(xué)，發(fā)現(xiàn)了不確定性關(guān)系，提出了量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)解釋。 ，為現(xiàn)代物理學(xué)革命做出了杰出貢獻(xiàn)。 哥本哈根學(xué)派的成就不僅在于他們自己的學(xué)術(shù)討論的成果，而且在于他們與以愛(ài)因斯坦為代表的科學(xué)大師的尖銳辯論。 由于對(duì)量子力學(xué)的物理解釋以及隨之而來(lái)的科學(xué)和哲學(xué)問(wèn)題有不同的看法，玻爾和愛(ài)因斯坦經(jīng)常就學(xué)術(shù)問(wèn)題進(jìn)行辯論和討論，有時(shí)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，互不相讓。 這場(chǎng)爭(zhēng)論持續(xù)了3O年，極大地增進(jìn)了人們對(duì)現(xiàn)代科學(xué)的認(rèn)識(shí)。 爭(zhēng)論的結(jié)果還有待物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展而明朗，但這種不畏困難、勇于堅(jiān)持真理的精神足以讓玻爾和他的哥本哈根學(xué)派名垂史冊(cè)。 [3] 1965年，玻爾80歲高齡，人們決定將哥本哈根理論物理研究所更名為尼爾斯-玻爾研究所，以表達(dá)后人對(duì)他永恒的尊重和懷念。
丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾是 20 世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家之一。 在他50多年的科學(xué)生涯中，他對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展的杰出貢獻(xiàn)使他成為科學(xué)史上與牛頓、愛(ài)因斯坦相媲美的科學(xué)巨人。 玻爾的科學(xué)成就涵蓋了原子和核物理以及量子理論的各個(gè)方面。 他的科學(xué)智慧和魅力不僅使他成為量子理論發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)者，也使他成為那個(gè)時(shí)代最優(yōu)秀的科學(xué)家之一。 總司令。 在他崇高的學(xué)術(shù)聲望和魅力的感召下，1920年代和1930年代，一大批來(lái)自世界各地的著名物理學(xué)家齊聚丹麥哥本哈根，在他建立的哥本哈根研究所開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展的先河。 新時(shí)代。 在玻爾的影響和帶動(dòng)下，哥本哈根研究所的學(xué)術(shù)集體不僅為科學(xué)界貢獻(xiàn)了最優(yōu)秀的科學(xué)思想和理論，而且培育了團(tuán)結(jié)、協(xié)作、和平、自由的學(xué)術(shù)氛圍。 這種科學(xué)合作精神被稱為“哥本哈根精神”，已成為科學(xué)合作的典范。 [1] 他對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的貢獻(xiàn)無(wú)疑使他成為20世紀(jì)上半葉與愛(ài)因斯坦齊名的最偉大的物理學(xué)家和哲學(xué)家之一。 參考文獻(xiàn)：[1]顏真覺(jué)． 新物理學(xué)史。 貴州科學(xué)技術(shù)出版社. 2002. [2] 亞伯拉罕·派斯（Goge 譯）。 尼爾斯·玻爾傳記[M]． 北京：商務(wù)出版社。 2001。[3]P。 羅伯遜. 玻爾研究所的早年。 北京：科學(xué)出版社，1985.指導(dǎo)老師：張曉偉講師