量子熱學是20世紀最成功的理論之一,物質波是量子熱學從構建到完成過程中起決定性作用的概念之一。本文從量子熱學的完善和發展過程出發,對量子熱學與物質波的關系給出了論證:量子熱學的構建過程就是對物質波的認識過程;量子熱學的框架就是圍繞粒子的波動性(波函數)來完成的;量子熱學的涵義就是給物質波一個物理解釋。文章最后作者按照自己的觀點給出了解決“量子化學論爭”的一條可能途徑。
關鍵詞:量子熱學;物質波;波粒二象性
中圖分類號:O4
1序言
量子熱學是關于微觀粒子運動的一門科學,其核心內容是描述微觀粒子的波粒二象性——微觀粒子的運動規律類似于波的運動;而微觀粒子在被一些實驗手段檢測時又彰顯精典粒子的性質,如,具有動量、質量、電荷——這看似矛盾的性質被統一于物質波的概念中。其實我們對量子熱學仍有疑惑,而且它的成功早已被無數實驗確認物質波,但是物理證明它也是自洽的,它自身的內部體系早已顯得幾乎無懈可擊;所以我們要有所突破只能從外部,從它的假定入手。我想,最有可能突破的就是它的統計解釋,也就是量子熱學的主要任務——描述物質波。其實這一切須要實驗的支持。由此可見物質波對于量子熱學的意義。本文將從量子熱學的完善、體系、含義和物質波三方面闡述兩者的關系;而且為解決“量子化學論爭”問題做了嘗試。為了闡述便捷,本文提及的好多實驗僅僅是給出了推論性描述,假如須要詳盡的資料可以查閱本文的參考資料。
2量子熱學的構建與物質波
量子熱學是20世紀最成功的化學理論之一,熟悉它的構建過程對我們更好的理解量子力學會有很大的幫助。我們將會看見,量子熱學的構建過程就是對物質波的認識過程。
2.1量子化學的開始
2.1.1能量量子化的提出
1900年12月14日,在美國數學學會的一次大會上,普朗克宣讀了他的論文《正常波譜的能量分布理論》。這篇開始幾乎沒人注意的文章由于使用內插法引入了普朗克常數h,漂亮的解決了20世紀數學學上空的兩朵烏云中之一----宋體幅射的問題物質波,進而開創了數學學的新紀元。人們也就把這篇文章發表的日期看作量子化學學的誕辰。這篇論文的戰功在于普朗克常數h的引入表明了宋體空腔壁中起幅射作用的電子的能量是量子化的。