量子化学历史简略介绍胡克:光必将是某种快速的脉冲。牛顿:光的三棱镜色散实验,光的复合和分解是不同颜色的微粒的混和和分开。第一次较量微粒说击败了波1666年,牛顿为了躲避瘟疫回到老家渡假。在那段日子里,他独立完成了光分解的实1666年是化学史上第一个奇迹年。惠更斯引入“波前”的概念,觉得光是一种在以太中传播的纵波。1807年,托马斯杨在他的《自然哲学课件》中论述了他的“光的双缝干涉实验”,引起了第二次波粒大战。第二次波粒大托马斯杨:用波动说解释干涉白色。菲涅尔:光是一种波动,完满解释了光的衍射问题。泊松亮斑:泊松依据菲涅尔的理论推论圆盘衍射在阴影中会出现一个亮斑,最后反倒否认1850年,傅科得出光在水底的速率小于真空中的速度,而按照微粒说量子物理是什么时候学的,水底光速应比真空中快。第二次波粒大战波动说击败了微粒说。1856、1861和1865年麦克斯韦发表了三篇关于电磁理论的论文,完整地构建起了电磁理论,,按照他的理论预言:光是电磁波的一种。波动说完美主宰了整个光学领域。1887年,赫兹否认了电磁波的存在。1897年,汤姆逊在研究阴极射线时发现了原子中电子的存在,提出原子的“葡萄干模型”。
1900年,开尔文谈到了数学学的两朵乌云:1:迈克尔逊-莫雷实验:假如存在月球与以太的相对速率,则两束光线返回时会有微小的时间差,而试验中未表现出任何时间19世纪末,人们开始研究宋体模型的热幅射问题,“黑体”是可以全部吸收外来幅射物体。威廉维恩从精典热热学的角度出发,假定宋体幅射是由一些服从麦克斯韦速度分布的分子发射下来的(粒子角度),得出维恩分布公式,并且该公式只适用于长波。瑞利抛弃了维恩的分子假定,从精典的麦克斯韦理论出发(波的角度),得出了自己的公式,后来金斯估算出了公式中的常数,最后她们得到了瑞利-金斯公式,而且只适用于1900年,普朗克从物理角度中和了两个公式,得出普朗克黑体幅射公式,公式精确地实验数据相符合,然而普朗克本人不晓得公式的含意。“必须假设,能量在发射和吸收的时侯,不是连续不断,而是分成一份一份12月24日,普朗克宣读了《黑体幅射波谱中的能量分布改变历史的一段话:“为了找出N个振子具有总能量Un的可能性,我们必须假定Un是不可连续分割的,它只能是一些相同部件的有限总和”这个基本单位,普朗克叫做“能量子”,后改称为“量子”,他的能量等于普朗克常数以特定的幅射频度----E=hv。
19002月14日就是量子的诞辰1887年赫兹的实验导致人们的注意,人们开始关注光电效应现象。对于特订金属能够打出电子,由光的频度决定量子物理是什么时候学的,而打出多少电子,由光的硬度决1905年,爱因斯坦阅读了普朗克这些已经被大部份权威和他本人疏远的论文,量子化的思想深深触动了他。3月17日,爱因斯坦写出了《关于光的形成和转化的一个启发性观点》这篇论文。爱因斯坦后来提出光量子的概念。1905年是化学史上第二个奇迹年。1910年,卢瑟福和他的中学生用α粒子轰击金箔,发觉小部份α粒子散射角度特别大以至于超过90。1911年,卢瑟福发表了他的新模型—“行星模型”:原子钟有一个抢占了绝大部分质量的原子核在原子中心,而电子则围绕原子核运行。1923X射线被自由电子散射的时候,发觉了康普顿效应:散射下来的射线一部份和原先的波外貌同,而另一部份比原先的射线波长要长,具体的大小和散射角存在函数关系。波尔和卢瑟福交换想法后,觉得要么舍弃卢瑟福模型,要么舍弃麦克斯韦理论,他选择了前者。1913年,波尔在研究巴尔末线系时,发觉原子内部只能释放特定量的能量,说明电子只能在特定的势能位置之间转换。
也就是说,电子只能在某些特定的轨道运行,这种轨道必须符合一定的势能条件。1925年,泡利提出“泡利不相容原理”,没有两个电子能享有相同的状态,而一层轨道所能宽容的不同状态,其数量是有限康普顿效应:引入量子假定,把X射线看成能量为hv的光子束的集合,光子像普通的小球那样,除了有能量还有冲量,当它和电子相撞便将自己能量的一部份交给电子,这样一来光子的能量升高,E=hv,E增长造成v增长,频度变小即是波长变长。德布罗意:德布罗意发觉电子在前进时本身会伴随一个波,他称之为“相波”,后人称之为“德布罗意波”。λ1927年,戴维逊和他的助手革末通过实验精确地证明了电子的波动性:用电子束轰击金属镍,被镍块散射的电子,其行为和X射线衍射一模一样,即在某种情况下,电子表现出X射线的纯粹波动性质。1925年,海森堡构建矩阵热学,伯恩、约尔当等为它数”给它装潢。1926年,海森堡和约尔当作功用矩阵解决了电子自旋问题,矩阵热学取得完美的胜1926年,薛定谔连续发表了4篇以《量子化是本征值问题》的论文,得到薛定谔波动多项式,因而彻底的建立了另一种全新的热学—波动热学。
只有波才是唯一的实在,不管是电子是光子或则任何粒子本质上都是波,都可以用波动多项式抒发基本的运动方式。波函数ψ在各个方向上都是连续的,它可以看成某种震动,比如电子可以想像成一种驻波的本证振,所谓跃迁,只不过是震动方法的改变而已。没有轨道,没有基态,只有波。(波动)奥斯陆的机率解释:色子,才是对薛定谔波函数ψ种随机,一种机率,而不是薛定谔所理解的电子电荷在空间中的分布。电子本身不会像波那样扩散开去,并且它的出现机率则像一个波,严格依照ψ分布所展开。(微粒)爱因斯坦给海森堡的启发:海森堡:整个数学理论只能以可被观测到的量为前提,只有那些量才是确定的,能够构成任何体系的基础。爱因斯坦:事实恰恰相反,是理论决定了我们才能观测到的东西。海森堡不确定原理(测不准原理):pq〉h/4π。理论限制了我们就能观察到的东西,而不是实验导致的偏差,同时检测到准确的动量和位置在原则上是不可能的,无论科技多么发达。海森堡后来又得到Et〉h。(微粒)波尔“互补原理”:波和粒子在同一时刻是相互抵触的,但在更高的层次统一在一起。作为电子这个整体概念来说,它表现出波粒二象性,而且一旦观察形式确定了,电子就要选择一种表现方式,而不能混和在一起。
奥斯陆的机率解释、海森堡的不确定原理、波尔的互补原理构成了量子论“哥本哈根解释观的、绝对的世界。惟一存在的就是我们能观测到的世界。没有一个脱离于观测而存在的“绝对自然”,检测是新数学学的核心,检测行为创造了整个世界。波尔—爱因斯坦之争波尔、波恩、泡利、海森堡VS爱因斯坦、德布罗意、薛定谔第一次对决,1927年第五届索尔维会议,爱因斯坦输了一招。第二次对决,1930年第六届索尔维会议,爱因斯坦提出“光箱实验”,被波尔打败。第三次对决,1935年,爱因斯坦和波多尔斯基、罗森联合发表了《量子热学对物理实在的描述可能是完备的吗?》提出EPR佯谬。波尔又化险为夷,第三次击退爱因斯坦。同年,薛定谔发表了一片名为《量子热学的现状》,在论文第五节,他描述了常被人视为恶梦的“薛定谔的猫”实验。埃弗莱特多世界理论(MWI,也叫平行宇宙理论):电子在观测后一直处于叠加的状态,只不过我们的世界也是叠加的一部份。波函数无需坍缩,事实上两种情况都发生了,只不过它表现为整个世界的叠加。历史和将来一切可能发生的事情,都早已发生了或则即将发,只不过它们在另一些宇宙里,和我们所在的宇宙没有数学接触。
隐变量理论:量子效应表面上的随机性是由一些我们不可知的变量所导致的,换句话说,量子论是一个不完整的理论,它没有考虑一些不可见的变量,所以才变得不可预测。1927年,德布罗意提出导波的理论。1932年,冯诺依曼证明:任何隐变量理论都不可能对检测行为给出确定的预测。1952年,波姆复活了德布罗意的导波,成功创造了一个完整的隐变量体系。贝尔不方程(PxzPzy〈1+Pxy):只要安排一个EPR式的实验证明无论在任何情况下,贝尔不方程都是创立的,就公审了量子论的死缓。强悍的装备,常常是双刃剑1982年,在美国奥赛光学研究所,相关性检查实验实验结果和量子论的语言完全符合。贝尔不方程想要恢复爱因斯坦的光辉,却反过来证明了量子论的不可撼动。