第七章 早期量子论

§7.1 历史概述

19 世纪末一系列重大发现，揭开了近代物理学的序幕。1900 年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入了能量子概念，为量子理论奠下了基石。随后，爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾，提出了光量子假说，并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念，为量子理论的发展打开了局面。1913 年，玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念，对氢光谱作出了满意的解释，使量子论取得了初步胜利。从 1900 年到 1913 年，可以称为量子论的早期。

以后，玻尔、索末菲和其他许多物理学家为发展量子理论花了很大力气，却遇到了严重困难。要从根本上解决问题，只有待于新的思想， 那就是“波粒二象性”。光的波粒二象性早在 1905 年和 1916 年就已由

爱因斯坦提出，并于 1916 年和 1923 年先后得到密立根光电效应实验和康普顿 X 射线散射实验证实，而物质粒子的波粒二象性却是晚至 1923 年才由德布罗意提出。这以后经过海森伯（W.K.Heisenberg，1901—1976）， 薛定谔（E.SchrÖdinger，1887—1961）、玻恩（Max Born，1882—1970） 和狄拉克等人的开创性工作，终于在 1925 年—1928 年形成完整的量子力学理论，与爱因斯坦相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。

量子力学是描述微观世界的基本理论。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质，光的吸收与辐射等等方面。1928 年狄拉克将相对论运用于量子力学，又经海森伯、泡利等人的发展，形成了量子电动力学。量子电动力学研究的是电磁场与带电粒子的相互作用。1947 年，从实验发现了兰姆移位，在此基础上，1948—49 年费因曼

（R.P.Feynman，1918—1988）、施温格（J.Schwinger）和朝永振一郎用重正化概念发展了量子电动力学。它从简单明确的基本假设出发，所得结果与实验高度精确地相符。

我们将按四个方面分四章叙述量子理论的发展。本章介绍量子论的提出，第八章介绍玻尔原子理论的渊源和发展，第九章介绍波粒二象性的提出，第十章介绍量子力学的建立和发展。