本科畢業（學位）論文 淺談玻爾對建立量子力學的貢獻 敖成松（） 導師姓名：張曉偉 職稱：講師單位：物理與電子科學系 專業名稱：物理 論文提交日期：2011年月日論文答辯日期：2011年1月 學位授予單位：黔南民族師范學院 答辯委員會主任：論文評審人：2011年1月 敖成松()敖成松()論玻爾對量子力學建立的貢獻(黔南民族師范學院)貴州都勻物理與電子科學系 摘要：簡要介紹20世紀偉大的丹麥物理學家尼爾斯·玻爾對量子力學的偉大貢獻。 關鍵詞：量子力學； 玻爾； 玻爾理論； 互補原則； 哥本哈根學派關于玻爾的簡短談話 to () (of and, for, Duyun,): 偉大的玻爾的論文。:; 尼爾斯·玻爾； ; ; 在現代科學發展史上，量子力學的創立標志著現代物理學大廈基本結構的完成。
主要研究原子、分子、凝聚態物質以及原子核和基本粒子的結構和性質的基本理論。 它與相對論一起構成了現代物理學的理論基礎。 在這一理論的建立過程中，一大批世界級天才物理學家為其做出了巨大貢獻。 其中以海森堡、薛定諤、泡利、玻恩、狄拉克等人的工作最為杰出，他們被視為量子力學的奠基人。 玻爾在這方面并沒有寫太多文章，他也沒有被正式列為這一偉大理論的創始人。 但玻爾對量子力學的貢獻并不亞于上述人，甚至更大。 如果把哥本哈根理論物理研究所比作一個熔爐，那么量子力學理論就是在這個熔爐中鍛造出來的。 在哥本哈根的學術界，玻爾就像一位指揮大家朝著既定目標前進的指揮官，或者說是“哥本哈根交響樂團”的首席指揮。 [1]尼爾斯·大衛·玻爾（Niels David Bohr，1885-1962）1885年10月7日出生于丹麥哥本哈根。玻爾從小學到大學都在哥本哈根學習。 1905年獲丹麥科學協會征文比賽金獎。 質量獎，并于1911年獲得博士學位。從1920年起，他領導哥本哈根大學理論物理研究所，直至1962年去世。玻爾因其對原子結構理解的杰出貢獻而于1922年獲得諾貝爾獎。 [2] 他對量子力學的貢獻主要有以下幾個方面： 1、提出了玻爾理論。 1859年，本生（R，W.，1811-1899）和基爾霍夫發明了棱鏡分光鏡，使光譜測量成為可能。 因此，實驗光譜學在19世紀下半葉開始發揮作用。 半葉系統已經發展到了很高的水平，相關的研究工作首先朝著尋找線譜規律性的方向發展。
其中，巴爾默（，1825-1898）于1885年發現，當時已知的氫光譜所有譜線的波長都可以用這樣的公式表示：=b[n2/(n2-2)]，其中b為a 常數（其值是巴爾默根據實驗憑經驗確定的），n取3、4、5…等值來對應每條譜線。 當時氫譜的9條已知譜線的測量結果與這個公式非常吻合（誤差小于千分之一）。 其他光譜中的規律立即被發現，其中里德伯發現了一個適用于許多光譜組的通用公式： 如果按照波數更常用的表達式（=1/n），巴爾默公式就成為通用里德伯公式的一個特例：=1/ =RH (1/22-1/n2) (n=3,4,5?) 式中，RH稱為氫里德伯常數。 如果將括號中的第一項替換為nf，并且n等于(nf+1)(nf+2)(nf+3)?，則可以得到氫譜中每個已知譜線系統的表達式。 。 此外20世紀偉大的物理學家，里茲提出了里茲組合原則。 這些經驗公式在很多方面都很有用，特別是在預測新的譜線方面，但當時沒有人能夠對這些線譜存在的原子機制給出令人信服的結論。 1911年，盧瑟福（）根據自己的粒子散射實驗提出了原子的核模型，指出原子中含有電子云，電子云分布在緊密堆積的、帶正電的原子核周圍，而原子核的線性度與整個原子的尺寸非常小。 然而，原子的盧瑟福模型有一個基本難點：根據普遍接受的電動力學定律，繞原子核運動的電子會不斷發光，最終因能量損失而塌陷、下落。 在核心內，這與觀察到的離散譜線不一致。
為了解決這個矛盾，1913年，玻爾提出了兩個假說：第一個假說是電子只能在某些確定的軌道上運動。 這就是所謂的“穩態”。 只要電子處于這些狀態中的任何一種狀態，它就不會發光； 第二個假設是，只有當電子從較高能量的穩態躍遷到較低能量的穩態時，原子才會發射輻射，并且發射的輻射能量等于兩個穩態之間的能量差，通過類似的逆在此過程中，原子可以吸收輻射量子，導致電子躍遷到更高能量的穩態。 根據普朗克的假設，他還給出了輻射光子能量的計算公式：hv=W1 - W2：（h為普朗克常數）。 玻爾進一步提出了計算這些軌道的方法。 他想象靜止態是繞原子核旋轉的角動量等于h/2宇宙的整數倍時的狀態，此時電子與原子核之間的靜電引力就等于電子的圓周運動。 施加在其上的向心力用于計算這些軌道。 這就是著名的玻爾理論。 這樣，玻爾一方面拋棄了傳統的概念，另一方面，他用傳統的方法計算了原子的能級，即電子在各種靜止狀態下旋轉的動能和靜電“電子由于原子核而產生的束縛力。 勢能之和，由此他推導出氫的通用利德伯格公式的表達式。 慕尼黑的索末菲（）在原子理論方面邁出了重要的一步。 他引入了橢圓軌道和附加的量子化條件，這使他能夠推廣簡單的玻爾模型。 結果，他對更復雜的原子系統有了更好的理解。 很好的理解。
由于玻爾將量子概念引入了他的原子理論，因此他的研究與德國物理學家馬克斯·普朗克（Max-Plank）和愛因斯坦（）分別于1900年和1905年所做的工作直接相關。 他們的研究工作表明，輻射和物質相互作用所涉及的能量交換是以有限數量（或量子）發生的，這是經典物理學無法解釋的過程。 此外，作為玻爾理論核心的兩個假設是理解上述光譜輻射規則的關鍵。 多年來，世界各地實驗室的物理學家一直對暴露于輻射的元素發出的離散波長的數據感到困惑。 以前人們認為表征給定元素的這些波長總是以某種模式出現。 這種形式與原子中電子的周期性運動有關。 但玻爾的理論表明，這些波長實際上只對應于電子軌道之間的躍遷，與軌道本身無關。 玻爾的假設似乎很武斷20世紀偉大的物理學家，他將經典物理和量子物理混合在一起讓人感到不舒服。 然而，這個理論在大范圍內成功地解釋了許多現象：如原子光譜的離散性、原子的核結構等。不僅如此，它還提供了原子行為的“圖景”。 電子軌道、能級、軌道間躍遷等概念在心理上更符合我們這些習慣于用經典概念思考的人的胃口。 因此，“玻爾原子”無疑仍將是量子物理學中最通用的模型之一。
如果說普朗克的量子理論拉開了量子世界帷幕的一角，那么玻爾的原子理論則拉開了量子世界的第一幕帷幕，人們可以由此“入室”。 2.提出了互補性原則（又稱連貫性原則）。 玻爾在量子力學方面的另一偉大成就是他的互補原理。 互補性原理是玻爾于1927年提出的，以調和量子力學與經典力學之間的矛盾。 其目的是為了更好地理解和解釋微觀粒子的不確定性原理。 玻爾互補原理有多重含義：（1）兩類經典概念是互補的，例如微觀粒子同時具有波和粒子的性質。 但它們并不是同時出現。 無論我們關注現象的連續性還是不連續性，我們總會失去一個方面，即兩者是相互排斥的。 (2)兩種實驗裝置是互補的。 微觀粒子這兩種既互斥又互補的性質，在相同的實驗裝置和實驗條件下是無法觀察到的。 必須采取相互補充的實驗安排。 例如，電光效應實驗只能觀察微觀粒子的粒子性質，而電子的波動性質則需要在衍射實驗的條件下才能觀察到。 (3)時空描述和因果關系是互補的，類似于海森堡的不確定性關系。 （4）如果海森堡的不確定性原理和玻爾的并集概念構成了量子理論物理解釋的進一步研究的基礎，那么它們就是后來被稱為量子理論的哥本哈根解釋的兩個主要支柱。
3.創立哥本哈根理論物理研究所（1965年更名為尼爾斯·玻爾研究所）并領導其工作多年。 哥本哈根理論物理研究所由玻爾于1921年3月創立。該研究所成立的最初目的是重建因戰爭中斷的國際科學合作。 對量子理論特別是量子力學的研究做出了突出貢獻。 在玻爾的領導下，很快成為當時國際物理學三大研究中心之一，并被許多物理學家譽為“物理學家”。 “學術朝圣地”，量子力學的發源地。 研究所積極倡導國際科學合作。 一些世界著名物理學家曾在這里工作、學習、講學、訪問。 其中，長期在這里工作的有來自荷蘭的克萊默和來自匈牙利的赫維賽德。 長期停留的有德國的海森堡、瑞典的克萊因、挪威的羅瑟蘭等。短期的有德國物理學家帕邢、波恩、泡利、索末菲、奧地利物理學家等。 薛定諤、英國的理查森、美國的斯萊特等。幾十年來，哥本哈根理論物理研究所培養了600多名外國學者，其中許多人成為世界著名科學家，其中10多人成為世界著名科學家。獲得諾貝爾獎。 該研究所已成為世界各地物理實驗室和研究所未來指揮官的一所學校和托兒所。 玻爾不僅建立了一個中心物理資源網，還培育了它的發展，并對其他國家物理學研究的發展產生了重大影響。 這一事實本身就是一項了不起的成就，可以與他對物理學發展的直接貢獻的重要性相媲美。
這個研究所取得如此輝煌成就的主要原因是，在玻爾的領導下，這里形成了舉世聞名的哥本哈根精神，其特點是強調合作、非正式的氛圍。 這種精神在很大程度上烙印在玻爾本人的性格和人生觀上。 這種精神的本質是“高度的智力追求、大膽的冒險精神、深厚的研究內容和愉快的樂觀精神的混合體”。 。 正是這種優秀的精神品格，使他們成功地建立了哥本哈根學派這一世界一流的理論物理學校。 該學派堅持以實驗事實為基礎建立理論，并用實驗結果來檢驗理論的正確性。 因此，它找到了解決量子力學問題的正確途徑，建立了矩陣力學，發現了不確定性關系，提出了量子力學的統計解釋。 ，為現代物理學革命做出了杰出貢獻。 哥本哈根學派的成就不僅在于他們自己的學術討論的成果，而且在于他們與以愛因斯坦為代表的科學大師的尖銳辯論。 由于對量子力學的物理解釋以及隨之而來的科學和哲學問題有不同的看法，玻爾和愛因斯坦經常就學術問題進行辯論和討論，有時競爭非常激烈，互不相讓。 這場爭論持續了3O年，極大地增進了人們對現代科學的認識。 爭論的結果還有待物理學的進一步發展而明朗，但這種不畏困難、勇于堅持真理的精神足以讓玻爾和他的哥本哈根學派名垂史冊。 [3] 1965年，玻爾80歲高齡，人們決定將哥本哈根理論物理研究所更名為尼爾斯-玻爾研究所，以表達后人對他永恒的尊重和懷念。
丹麥物理學家尼爾斯·玻爾是 20 世紀最偉大的物理學家之一。 在他50多年的科學生涯中，他對現代物理學發展的杰出貢獻使他成為科學史上與牛頓、愛因斯坦相媲美的科學巨人。 玻爾的科學成就涵蓋了原子和核物理以及量子理論的各個方面。 他的科學智慧和魅力不僅使他成為量子理論發展的領導者，也使他成為那個時代最優秀的科學家之一。 總司令。 在他崇高的學術聲望和魅力的感召下，1920年代和1930年代，一大批來自世界各地的著名物理學家齊聚丹麥哥本哈根，在他建立的哥本哈根研究所開創了現代物理學發展的先河。 新時代。 在玻爾的影響和帶動下，哥本哈根研究所的學術集體不僅為科學界貢獻了最優秀的科學思想和理論，而且培育了團結、協作、和平、自由的學術氛圍。 這種科學合作精神被稱為“哥本哈根精神”，已成為科學合作的典范。 [1] 他對現代物理學的貢獻無疑使他成為20世紀上半葉與愛因斯坦齊名的最偉大的物理學家和哲學家之一。 參考文獻：[1]顏真覺． 新物理學史。 貴州科學技術出版社. 2002. [2] 亞伯拉罕·派斯（Goge 譯）。 尼爾斯·玻爾傳記[M]． 北京：商務出版社。 2001。[3]P。 羅伯遜. 玻爾研究所的早年。 北京：科學出版社，1985.指導老師：張曉偉講師