第十章 量子力学的建立与发展

§10.1 历史概述

玻尔的量子理论尽管取得了不少令人惊奇的成果，但也遇到严重困难。困难之一是它面临着一系列解决不了的问题，例如：它无法解释氦原子光谱，也无法对诸如反常塞曼效应一类新现象作出令人满意的说 明；困难之二是内在的不协调。例如：对应原理的应用往往因人因事而异，没有统一规则。有人曾这样形容当时物理学界的处境：星期一三五用辐射的经典理论；而在星期二四六则应用辐射的量子理论。这确实反

映了当时物理学的混乱情况，需要重新认识电子的行为，建立新的概念， 对玻尔理论作进一步的改造。

1924 年泡利(W.Pauli)提出不相容原理。这个原理促使乌伦贝克

(G.E.Uhlenbeck)和高斯密特(S.A.Goudsmit)在 1925 年提出电子自旋的假设。从而使长期得不到解释的光谱精细结构、反常塞曼效应和斯特恩− 盖拉赫实验等难题迎刃而解。正好在这个时候，海森伯创立了矩阵力学， 使量子理论登上了一个新的台阶。

1923 年德布罗意提出物质波假设，导致了薛定谔在 1926 年以波动方程的形式建立新的量子理论。不久薛定谔证明，这两种量子理论是完全等价的，只不过形式不同罢了。

1928 年狄拉克提出电子的相对论性运动方程——狄拉克方程，奠定了相对论性量子力学的基础。他把量子论与相对论结合在一起，很自然地解释了电子自旋和电子磁矩的存在，并预言了正负电子对的湮没与产生。

1933 年狄拉克还提出量子力学的第三种表述方式，这就是后来由费因曼发展的路径积分量子化形式。费因曼用这种量子理论研究电子和光子的相互作用，为量子电动力学的发展打开了新局面。

量子论和相对论是现代物理学的两大基石。如果说相对论给我们提供了新的时空观，就可以说量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。量子力学揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。