本科毕业（学位）论文 浅谈玻尔对建立量子力学的贡献 敖成松（） 导师姓名：张晓伟 职称：讲师单位：物理与电子科学系 专业名称：物理 论文提交日期：2011年月日论文答辩日期：2011年1月 学位授予单位：黔南民族师范学院 答辩委员会主任：论文评审人：2011年1月 敖成松()敖成松()论玻尔对量子力学建立的贡献(黔南民族师范学院)贵州都匀物理与电子科学系 摘要：简要介绍20世纪伟大的丹麦物理学家尼尔斯·玻尔对量子力学的伟大贡献。 关键词：量子力学； 玻尔； 玻尔理论； 互补原则； 哥本哈根学派关于玻尔的简短谈话 to () (of and, for, Duyun,): 伟大的玻尔的论文。:; 尼尔斯·玻尔； ; ; 在现代科学发展史上，量子力学的创立标志着现代物理学大厦基本结构的完成。
主要研究原子、分子、凝聚态物质以及原子核和基本粒子的结构和性质的基本理论。 它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。 在这一理论的建立过程中，一大批世界级天才物理学家为其做出了巨大贡献。 其中以海森堡、薛定谔、泡利、玻恩、狄拉克等人的工作最为杰出，他们被视为量子力学的奠基人。 玻尔在这方面并没有写太多文章，他也没有被正式列为这一伟大理论的创始人。 但玻尔对量子力学的贡献并不亚于上述人，甚至更大。 如果把哥本哈根理论物理研究所比作一个熔炉，那么量子力学理论就是在这个熔炉中锻造出来的。 在哥本哈根的学术界，玻尔就像一位指挥大家朝着既定目标前进的指挥官，或者说是“哥本哈根交响乐团”的首席指挥。 [1]尼尔斯·大卫·玻尔（Niels David Bohr，1885-1962）1885年10月7日出生于丹麦哥本哈根。玻尔从小学到大学都在哥本哈根学习。 1905年获丹麦科学协会征文比赛金奖。 质量奖，并于1911年获得博士学位。从1920年起，他领导哥本哈根大学理论物理研究所，直至1962年去世。玻尔因其对原子结构理解的杰出贡献而于1922年获得诺贝尔奖。 [2] 他对量子力学的贡献主要有以下几个方面： 1、提出了玻尔理论。 1859年，本生（R，W.，1811-1899）和基尔霍夫发明了棱镜分光镜，使光谱测量成为可能。 因此，实验光谱学在19世纪下半叶开始发挥作用。 半叶系统已经发展到了很高的水平，相关的研究工作首先朝着寻找线谱规律性的方向发展。
其中，巴尔默（，1825-1898）于1885年发现，当时已知的氢光谱所有谱线的波长都可以用这样的公式表示：=b[n2/(n2-2)]，其中b为a 常数（其值是巴尔默根据实验凭经验确定的），n取3、4、5…等值来对应每条谱线。 当时氢谱的9条已知谱线的测量结果与这个公式非常吻合（误差小于千分之一）。 其他光谱中的规律立即被发现，其中里德伯发现了一个适用于许多光谱组的通用公式： 如果按照波数更常用的表达式（=1/n），巴尔默公式就成为通用里德伯公式的一个特例：=1/ =RH (1/22-1/n2) (n=3,4,5?) 式中，RH称为氢里德伯常数。 如果将括号中的第一项替换为nf，并且n等于(nf+1)(nf+2)(nf+3)?，则可以得到氢谱中每个已知谱线系统的表达式。 。 此外20世纪伟大的物理学家，里兹提出了里兹组合原则。 这些经验公式在很多方面都很有用，特别是在预测新的谱线方面，但当时没有人能够对这些线谱存在的原子机制给出令人信服的结论。 1911年，卢瑟福（）根据自己的粒子散射实验提出了原子的核模型，指出原子中含有电子云，电子云分布在紧密堆积的、带正电的原子核周围，而原子核的线性度与整个原子的尺寸非常小。 然而，原子的卢瑟福模型有一个基本难点：根据普遍接受的电动力学定律，绕原子核运动的电子会不断发光，最终因能量损失而塌陷、下落。 在核心内，这与观察到的离散谱线不一致。
为了解决这个矛盾，1913年，玻尔提出了两个假说：第一个假说是电子只能在某些确定的轨道上运动。 这就是所谓的“稳态”。 只要电子处于这些状态中的任何一种状态，它就不会发光； 第二个假设是，只有当电子从较高能量的稳态跃迁到较低能量的稳态时，原子才会发射辐射，并且发射的辐射能量等于两个稳态之间的能量差，通过类似的逆在此过程中，原子可以吸收辐射量子，导致电子跃迁到更高能量的稳态。 根据普朗克的假设，他还给出了辐射光子能量的计算公式：hv=W1 - W2：（h为普朗克常数）。 玻尔进一步提出了计算这些轨道的方法。 他想象静止态是绕原子核旋转的角动量等于h/2宇宙的整数倍时的状态，此时电子与原子核之间的静电引力就等于电子的圆周运动。 施加在其上的向心力用于计算这些轨道。 这就是著名的玻尔理论。 这样，玻尔一方面抛弃了传统的概念，另一方面，他用传统的方法计算了原子的能级，即电子在各种静止状态下旋转的动能和静电“电子由于原子核而产生的束缚力。 势能之和，由此他推导出氢的通用利德伯格公式的表达式。 慕尼黑的索末菲（）在原子理论方面迈出了重要的一步。 他引入了椭圆轨道和附加的量子化条件，这使他能够推广简单的玻尔模型。 结果，他对更复杂的原子系统有了更好的理解。 很好的理解。
由于玻尔将量子概念引入了他的原子理论，因此他的研究与德国物理学家马克斯·普朗克（Max-Plank）和爱因斯坦（）分别于1900年和1905年所做的工作直接相关。 他们的研究工作表明，辐射和物质相互作用所涉及的能量交换是以有限数量（或量子）发生的，这是经典物理学无法解释的过程。 此外，作为玻尔理论核心的两个假设是理解上述光谱辐射规则的关键。 多年来，世界各地实验室的物理学家一直对暴露于辐射的元素发出的离散波长的数据感到困惑。 以前人们认为表征给定元素的这些波长总是以某种模式出现。 这种形式与原子中电子的周期性运动有关。 但玻尔的理论表明，这些波长实际上只对应于电子轨道之间的跃迁，与轨道本身无关。 玻尔的假设似乎很武断20世纪伟大的物理学家，他将经典物理和量子物理混合在一起让人感到不舒服。 然而，这个理论在大范围内成功地解释了许多现象：如原子光谱的离散性、原子的核结构等。不仅如此，它还提供了原子行为的“图景”。 电子轨道、能级、轨道间跃迁等概念在心理上更符合我们这些习惯于用经典概念思考的人的胃口。 因此，“玻尔原子”无疑仍将是量子物理学中最通用的模型之一。
如果说普朗克的量子理论拉开了量子世界帷幕的一角，那么玻尔的原子理论则拉开了量子世界的第一幕帷幕，人们可以由此“入室”。 2.提出了互补性原则（又称连贯性原则）。 玻尔在量子力学方面的另一伟大成就是他的互补原理。 互补性原理是玻尔于1927年提出的，以调和量子力学与经典力学之间的矛盾。 其目的是为了更好地理解和解释微观粒子的不确定性原理。 玻尔互补原理有多重含义：（1）两类经典概念是互补的，例如微观粒子同时具有波和粒子的性质。 但它们并不是同时出现。 无论我们关注现象的连续性还是不连续性，我们总会失去一个方面，即两者是相互排斥的。 (2)两种实验装置是互补的。 微观粒子这两种既互斥又互补的性质，在相同的实验装置和实验条件下是无法观察到的。 必须采取相互补充的实验安排。 例如，电光效应实验只能观察微观粒子的粒子性质，而电子的波动性质则需要在衍射实验的条件下才能观察到。 (3)时空描述和因果关系是互补的，类似于海森堡的不确定性关系。 （4）如果海森堡的不确定性原理和玻尔的并集概念构成了量子理论物理解释的进一步研究的基础，那么它们就是后来被称为量子理论的哥本哈根解释的两个主要支柱。
3.创立哥本哈根理论物理研究所（1965年更名为尼尔斯·玻尔研究所）并领导其工作多年。 哥本哈根理论物理研究所由玻尔于1921年3月创立。该研究所成立的最初目的是重建因战争中断的国际科学合作。 对量子理论特别是量子力学的研究做出了突出贡献。 在玻尔的领导下，很快成为当时国际物理学三大研究中心之一，并被许多物理学家誉为“物理学家”。 “学术朝圣地”，量子力学的发源地。 研究所积极倡导国际科学合作。 一些世界著名物理学家曾在这里工作、学习、讲学、访问。 其中，长期在这里工作的有来自荷兰的克莱默和来自匈牙利的赫维赛德。 长期停留的有德国的海森堡、瑞典的克莱因、挪威的罗瑟兰等。短期的有德国物理学家帕邢、波恩、泡利、索末菲、奥地利物理学家等。 薛定谔、英国的理查森、美国的斯莱特等。几十年来，哥本哈根理论物理研究所培养了600多名外国学者，其中许多人成为世界著名科学家，其中10多人成为世界著名科学家。获得诺贝尔奖。 该研究所已成为世界各地物理实验室和研究所未来指挥官的一所学校和托儿所。 玻尔不仅建立了一个中心物理资源网，还培育了它的发展，并对其他国家物理学研究的发展产生了重大影响。 这一事实本身就是一项了不起的成就，可以与他对物理学发展的直接贡献的重要性相媲美。
这个研究所取得如此辉煌成就的主要原因是，在玻尔的领导下，这里形成了举世闻名的哥本哈根精神，其特点是强调合作、非正式的氛围。 这种精神在很大程度上烙印在玻尔本人的性格和人生观上。 这种精神的本质是“高度的智力追求、大胆的冒险精神、深厚的研究内容和愉快的乐观精神的混合体”。 。 正是这种优秀的精神品格，使他们成功地建立了哥本哈根学派这一世界一流的理论物理学校。 该学派坚持以实验事实为基础建立理论，并用实验结果来检验理论的正确性。 因此，它找到了解决量子力学问题的正确途径，建立了矩阵力学，发现了不确定性关系，提出了量子力学的统计解释。 ，为现代物理学革命做出了杰出贡献。 哥本哈根学派的成就不仅在于他们自己的学术讨论的成果，而且在于他们与以爱因斯坦为代表的科学大师的尖锐辩论。 由于对量子力学的物理解释以及随之而来的科学和哲学问题有不同的看法，玻尔和爱因斯坦经常就学术问题进行辩论和讨论，有时竞争非常激烈，互不相让。 这场争论持续了3O年，极大地增进了人们对现代科学的认识。 争论的结果还有待物理学的进一步发展而明朗，但这种不畏困难、勇于坚持真理的精神足以让玻尔和他的哥本哈根学派名垂史册。 [3] 1965年，玻尔80岁高龄，人们决定将哥本哈根理论物理研究所更名为尼尔斯-玻尔研究所，以表达后人对他永恒的尊重和怀念。
丹麦物理学家尼尔斯·玻尔是 20 世纪最伟大的物理学家之一。 在他50多年的科学生涯中，他对现代物理学发展的杰出贡献使他成为科学史上与牛顿、爱因斯坦相媲美的科学巨人。 玻尔的科学成就涵盖了原子和核物理以及量子理论的各个方面。 他的科学智慧和魅力不仅使他成为量子理论发展的领导者，也使他成为那个时代最优秀的科学家之一。 总司令。 在他崇高的学术声望和魅力的感召下，1920年代和1930年代，一大批来自世界各地的著名物理学家齐聚丹麦哥本哈根，在他建立的哥本哈根研究所开创了现代物理学发展的先河。 新时代。 在玻尔的影响和带动下，哥本哈根研究所的学术集体不仅为科学界贡献了最优秀的科学思想和理论，而且培育了团结、协作、和平、自由的学术氛围。 这种科学合作精神被称为“哥本哈根精神”，已成为科学合作的典范。 [1] 他对现代物理学的贡献无疑使他成为20世纪上半叶与爱因斯坦齐名的最伟大的物理学家和哲学家之一。 参考文献：[1]颜真觉． 新物理学史。 贵州科学技术出版社. 2002. [2] 亚伯拉罕·派斯（Goge 译）。 尼尔斯·玻尔传记[M]． 北京：商务出版社。 2001。[3]P。 罗伯逊. 玻尔研究所的早年。 北京：科学出版社，1985.指导老师：张晓伟讲师