第3章 現(xiàn)代物理學(xué)課件

第三章現(xiàn)代物理學(xué)2024/11/11第3章現(xiàn)代物理學(xué)第一節(jié)19世紀(jì)末物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)一、X射線的發(fā)現(xiàn)1895年11月8日，德國(guó)物理學(xué)家倫琴在進(jìn)行陰極射線研究時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了一些奇異的現(xiàn)象：倫琴在暗室中做陰極射線管氣體放電實(shí)驗(yàn)時(shí)，為避免紫外線與可見光的影響，特用黑紙將射線管包住，但位于高真空陰極射線管附近的用黑紙嚴(yán)密包好的照相底片會(huì)被感光；用黑紙包裹的陰極射線管也能使熒光物質(zhì)發(fā)出熒光，而陰極射線是透不出玻璃管的。2024/11/11倫琴認(rèn)為，還存在著發(fā)自陰極射線管，但又非陰極射線的另一種看不見的射線。因?qū)ζ浔举|(zhì)的不確定性，他把這種射線稱為X射線，但是人們?yōu)榱俗鹬厮墓?jī)，又稱之為倫琴射線。

經(jīng)過(guò)6個(gè)多星期的深入研究，倫琴于12月28日向德國(guó)維爾茨堡物理醫(yī)學(xué)會(huì)遞交了《一種新的射線——初步報(bào)告》的論文。第3章現(xiàn)代物理學(xué)

1912年，德國(guó)物理家勞厄從晶體衍射的新發(fā)現(xiàn)中判斷X射線是一種頻率極高的電磁波，從而揭示了X射線的本質(zhì)。不久后，莫斯萊證實(shí)它是由原子中內(nèi)層電子躍遷所發(fā)出的射線。倫琴，德（1845-1923）和他的第一張X照片第一節(jié)19世紀(jì)末物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)一、X射線的發(fā)現(xiàn)第3章現(xiàn)代物理學(xué)二、放射性的發(fā)現(xiàn)

1896年2月，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾選擇了一種熒光物質(zhì)——鈾鹽做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不僅受陽(yáng)光照射發(fā)出熒光的鈾鹽能使照片底片感光，而且包于黑紙中未受陽(yáng)光照射的鈾鹽也能使底片感光。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，貝克勒爾證實(shí)鈾鹽無(wú)需任何外界作用就能自發(fā)地放出一種穿透力很強(qiáng)的射線，這種射線顯然只與鈾鹽有關(guān)而與熒光無(wú)關(guān)，是有別于X射線的新射線。

人們就把物質(zhì)能自發(fā)地放出射線的性質(zhì)叫放射性，把有放射性的物質(zhì)稱為放射性物質(zhì)。第一節(jié)19世紀(jì)末物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)第3章現(xiàn)代物理學(xué)貝克勒爾，法（1852-1908）得到的第一張鈾輻射照片貝克勒爾的新發(fā)現(xiàn)引起了世界各國(guó)科學(xué)家的關(guān)注和興趣，著名的法國(guó)女科學(xué)家居里夫人和她的丈夫居里投入了尋找像鈾那樣的其他放射性元素的工作。

第一節(jié)19世紀(jì)末物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)二、放射性的發(fā)現(xiàn)第3章現(xiàn)代物理學(xué)1902年，居里夫婦宣布，他們測(cè)得鐳的原子量為225，找到了兩根明亮的特征譜線，至此，鐳的存在才得到公認(rèn)。皮埃爾.居里，法（1859-1906）瑪麗.居里，法籍波蘭（1867-1934）第一節(jié)19世紀(jì)末物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)二、放射性的發(fā)現(xiàn)第3章現(xiàn)代物理學(xué)三、電子的發(fā)現(xiàn)1876年，德國(guó)物理學(xué)家戈德斯坦在對(duì)氣體放電進(jìn)行了細(xì)致的研究后，將電流通過(guò)低壓氣體放電管時(shí)，對(duì)著陰極的那一端管壁出現(xiàn)熒光現(xiàn)象的原因歸結(jié)為是某種射線從陰極發(fā)出，打在了對(duì)面的管子上，并給這種射線取名為陰極射線。2024/11/111897年，英國(guó)理學(xué)家湯姆孫對(duì)陰極射線的本質(zhì)作出了正確的回答。首先，他測(cè)出了陰極射線的傳播速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速，因而證明它不是電磁波。接著湯姆孫又用電磁場(chǎng)把陰極射線引到了一種用于測(cè)電荷的接收器中，證明它是一種帶負(fù)電荷的粒子流。還測(cè)出了這種粒子流的質(zhì)量與電荷的比（名為荷質(zhì)比e/m）。

湯姆孫起初稱該粒子為“微?！保髞?lái)又采用了愛爾蘭物理學(xué)家斯托尼于1891年提出用來(lái)表示電荷最小單位的“電子”一詞稱之。第一節(jié)19世紀(jì)末物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)第3章現(xiàn)代物理學(xué)J.J湯姆孫，英（1856-1940）在做實(shí)驗(yàn)電子的發(fā)現(xiàn)不僅揭示出電的物質(zhì)本質(zhì)，而且向世人宣告，原子已不再是組成物質(zhì)的最小粒子。這是一個(gè)非常重要的結(jié)論，原子不可分的傳統(tǒng)觀念徹底破滅了。湯姆遜被譽(yù)為:一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人。電子的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了原子物理學(xué)這門學(xué)科的誕生。第一節(jié)19世紀(jì)末物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)三、電子的發(fā)現(xiàn)第3章現(xiàn)代物理學(xué)四、經(jīng)典物理學(xué)的危機(jī)X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)，使傳統(tǒng)的物理學(xué)觀念受到了挑戰(zhàn)，不僅原來(lái)的原子不可分學(xué)說(shuō)由于電子的發(fā)現(xiàn)而必須摒棄，而且過(guò)去認(rèn)為一種元素不可能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N元素的觀點(diǎn)，也因?yàn)楝F(xiàn)在看到放射性元素在放出某種射線后就逐漸轉(zhuǎn)變成另一種元素的事實(shí)而應(yīng)該予以推翻。2024/11/11它標(biāo)志著人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)進(jìn)入了一個(gè)新的層次，經(jīng)典物理學(xué)理論正遭受著巨大的沖擊。面對(duì)這樣一些事實(shí)，有些科學(xué)家顯現(xiàn)出認(rèn)識(shí)上的混亂，他們說(shuō)：“原子非物質(zhì)化了，物質(zhì)消失了”，否認(rèn)物質(zhì)存在的客觀性，導(dǎo)出了唯心主義的結(jié)論。他們還把物理學(xué)的這些新發(fā)現(xiàn)看成是“原理的普遍毀滅”，這就是所謂的“物理學(xué)危機(jī)”。

X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)，拉開了物理學(xué)革命的序幕，是科學(xué)史上的決定性事件，因此被人們譽(yù)為“19世紀(jì)物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)”。

第一節(jié)19世紀(jì)末物理學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)第3章現(xiàn)代物理學(xué)第二節(jié)相對(duì)論物理學(xué)一、絕對(duì)時(shí)空觀和以太之謎

1、牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀2024/11/11

“絕對(duì)的空間，就其本性而言，是與外界無(wú)關(guān)而永遠(yuǎn)是相同的和不動(dòng)的。”

“絕對(duì)的、真正的和數(shù)學(xué)的時(shí)間自身在流逝著，而且由于其本性而在均勻地、與任何其他外界事物無(wú)關(guān)地流逝著，它又可以名之為‘延續(xù)性’?！迸ｎD的絕對(duì)時(shí)空觀夸大了時(shí)空的絕對(duì)性，割裂了時(shí)空與物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。第3章現(xiàn)代物理學(xué)

2、以太之迷2024/11/11

“以太之謎”是人們?cè)谘芯抗鈧鞑ッ浇闀r(shí)所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。按照經(jīng)典物理學(xué)的理論，沒有媒介振動(dòng)就不能變成波動(dòng)。讓人不解的是，光和其它形式的電磁波在真空中也是能夠傳播的。

人們?cè)O(shè)想“以太”是一個(gè)迷漫于宇宙空間且無(wú)所不在的理想?yún)⒖枷担姶挪ň褪且运鼮榻橘|(zhì)來(lái)傳遞的。但是，是否真的存在“以太”？如果存在“以太”的話，我們?cè)鯓幼C實(shí)它的存在？

1876—1887年間，美國(guó)物理學(xué)家邁克爾遜和化學(xué)家莫雷設(shè)計(jì)了一個(gè)非常精致的實(shí)驗(yàn)，來(lái)尋找“以太”存在的證據(jù)。第二節(jié)相對(duì)論物理學(xué)一、絕對(duì)時(shí)空觀和以太之謎第3章現(xiàn)代物理學(xué)

假設(shè)太空中彌漫著“以太”，當(dāng)?shù)厍蜻\(yùn)動(dòng)時(shí)就應(yīng)該有一個(gè)相對(duì)于“以太”的速度。在地球上發(fā)出的不同方向上的光束，由于受到地球相對(duì)于“以太”速度的影響，其合速度應(yīng)該是不一樣的。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)就是為了測(cè)量不同方向上的光速差值，這個(gè)差值人們稱之為“以太漂移”。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是否定性的，人們觀測(cè)不到“以太漂移”，這就是所謂的“以太之謎”。邁克爾遜，美（1852-1931）邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)裝置該實(shí)驗(yàn)沒有找到“以太”，反而證明了光速與參照系無(wú)關(guān)。人們開始提出疑問(wèn)：解釋光的運(yùn)動(dòng)是否真的需要“以太”假設(shè)？人們對(duì)空間、運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)是否存在問(wèn)題？第二節(jié)相對(duì)論物理學(xué)一、絕對(duì)時(shí)空觀和以太之謎

2、以太之迷第3章現(xiàn)代物理學(xué)二、狹義相對(duì)論的誕生如果一個(gè)人以光速跟著光線一起跑，那將看到一幅什么樣的世界圖景呢?“對(duì)于在一個(gè)參考系的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)是同時(shí)發(fā)生的事件，對(duì)在另一個(gè)參考系的觀測(cè)者不見得是同時(shí)的。”愛因斯坦，美（1879-1955）愛因斯坦和兩個(gè)年輕朋友組成“奧林比亞科學(xué)院”第二節(jié)相對(duì)論物理學(xué)第3章現(xiàn)代物理學(xué)1905年6月，愛因斯坦發(fā)表了《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》論文，宣告了狹義相對(duì)論的誕生，文中提出了狹義相對(duì)論的兩條基本原理。第一條：相對(duì)性原理。即物理規(guī)律在任何慣性參照系中都一樣，不存在一種特殊的慣性系（頓定律適用的參照系）；第二條：光速不變?cè)?。即?duì)任何慣性系，真空中的光速c皆相同。2024/11/11

狹義相對(duì)論的基本觀點(diǎn)：空間和時(shí)間并不是互不相干的，而是存在著本質(zhì)的聯(lián)系；空間和時(shí)間都同物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)變化有關(guān)，并隨物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的速度變化而變化；對(duì)于不同的慣性系，時(shí)間與空間的量度不可能是相同的。狹義相對(duì)論還得出了一些新的推論：（1）一個(gè)物體相對(duì)于觀察者靜止時(shí)，它的長(zhǎng)度測(cè)量值最大。（2）一只時(shí)鐘相對(duì)于觀察者靜止時(shí)，它走得最快。（3）在任何慣性系中，物體的運(yùn)動(dòng)速度都不能超越光速。（4）如果物體運(yùn)動(dòng)速度比光速小很多，相對(duì)論力學(xué)就還原為牛頓力學(xué)。第二節(jié)相對(duì)論物理學(xué)二、狹義相對(duì)論的誕生第3章現(xiàn)代物理學(xué)三、廣義相對(duì)論的建立狹義相對(duì)論所討論的問(wèn)題是以慣性系為前提的，但愛因斯坦認(rèn)為，相對(duì)性原理是普遍存在的，它不僅適用于慣性系，而且也適用于非慣性系。愛因斯坦研究廣義相對(duì)論，經(jīng)歷了一條比建立狹義相對(duì)論更漫長(zhǎng)，也更艱難的探索道路。從1907年到1916年的九年時(shí)間，他的思想發(fā)展過(guò)程可劃分為三個(gè)階段：從1907年冬到1912年春的4年多時(shí)間里，他確立了廣義相對(duì)論的兩個(gè)基本原理；從l912年夏到19l5年夏解決了廣義相對(duì)論的數(shù)學(xué)表述；1915年完成了普遍協(xié)變的引力場(chǎng)方程。廣義相對(duì)論以慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等的事實(shí)為依據(jù)，提出了兩個(gè)基本原理——等效原理和廣義原理，并指出：慣性系與非慣性系可以等效地用來(lái)描述物理定律。其基本觀點(diǎn)認(rèn)為：物質(zhì)存在的現(xiàn)實(shí)空間不是平坦的，而是彎曲的；空間彎曲的程度（曲率）取決于物質(zhì)的質(zhì)量及其分布狀況；空間曲率體現(xiàn)為引力場(chǎng)的強(qiáng)度。第二節(jié)相對(duì)論物理學(xué)第3章現(xiàn)代物理學(xué)迄今為止，廣義相對(duì)論的應(yīng)用主要是在宇觀領(lǐng)域，即宇宙學(xué)和天體物理學(xué)方面。2024/11/11

在廣義相對(duì)論建立之初，愛因斯坦提出三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。一是水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)，二是光線在引力場(chǎng)中的彎曲，三是光譜線的引力紅移。水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)光線在引力場(chǎng)中彎曲第二節(jié)相對(duì)論物理學(xué)三、廣義相對(duì)論的建立第3章現(xiàn)代物理學(xué)用天文學(xué)觀測(cè)檢驗(yàn)廣義相對(duì)論的事例還有許多。例如：有關(guān)宇宙膨脹的哈勃定律、黑洞的發(fā)現(xiàn)、中子星的發(fā)現(xiàn)、微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)等等。通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，廣義相對(duì)論越來(lái)越令人信服。但我們?nèi)匀徊荒苷f(shuō)它是惟一的正確理論。2024/11/11

愛因斯坦正在講解廣義相對(duì)論第二節(jié)相對(duì)論物理學(xué)三、廣義相對(duì)論的建立第3章現(xiàn)代物理學(xué)第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論一、普朗克能量子假說(shuō)二十世紀(jì)初物理學(xué)上的另一大成就是量子論的產(chǎn)生和在此基礎(chǔ)上建立起來(lái)的量子力學(xué)。而量子論的產(chǎn)生則是從研究黑體輻射性質(zhì)開始的。2024/11/11所謂黑體，是指能全部吸收外來(lái)電磁輻射而毫無(wú)反射和透射的理想物體，它也被稱為“絕對(duì)黑體”。黑體的模擬第3章現(xiàn)代物理學(xué)1896年，德國(guó)物理學(xué)家維恩建立了一個(gè)關(guān)于黑體輻射能量按波長(zhǎng)分布的“維恩公式”。該公式在波長(zhǎng)較短、溫度較低時(shí)才與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，在長(zhǎng)波內(nèi)完全不適用。

1900至1905年，英國(guó)物理學(xué)家瑞利和金斯也推算出一個(gè)“瑞利一金斯”公式。該公式在波長(zhǎng)較長(zhǎng)、溫度較高時(shí)都與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符，但在短波范圍內(nèi)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全不符。由于“瑞利一金斯”公式是在短波（紫外光）區(qū)出現(xiàn)問(wèn)題的，因此人們便稱之為“紫外災(zāi)難”，它就是經(jīng)典物理學(xué)上空兩朵烏云中的另一朵。2024/11/11德國(guó)物理學(xué)家普朗克經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究，于1900年建立了一個(gè)在短波區(qū)域近似于維恩公式，而在長(zhǎng)波區(qū)域近似于瑞利一金斯公式的普遍公式。第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論一、普朗克能量子假說(shuō)第3章現(xiàn)代物理學(xué)能量子假說(shuō)：物體在發(fā)射輻射和吸收輻射時(shí)，能量是不連續(xù)變化的，這種分立變化不是隨意的，它有最小的能量單元，該單元稱“能量子”或“量子”。2024/11/111900年12月14日，普朗克向德國(guó)物理學(xué)會(huì)報(bào)告了《關(guān)于正常光譜的能量分布定律的理論》的論文，提出了能量子假說(shuō)，標(biāo)志著20世紀(jì)物理學(xué)又一種嶄新的思想觀念誕生了。普朗克，德（1858-1947）及能量子假說(shuō)第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論一、普朗克能量子假說(shuō)第3章現(xiàn)代物理學(xué)二、愛因斯坦光量子論愛因斯坦從普朗克的思想中得到啟發(fā)，但他又對(duì)普朗克把能量不連續(xù)性僅局限于輻射的發(fā)射和吸收過(guò)程感到不滿足。愛因斯坦認(rèn)為，能量的不連續(xù)性可以推廣至輻射的空間傳播過(guò)程。也就是說(shuō)，光在傳播時(shí)，能量不連續(xù)地分布于空間，它由分立的能量子組成。這種能量子稱為“光量子”，對(duì)于頻率為ν的輻射，它的一個(gè)光量子的能量就是hv。1909年他又進(jìn)一步指出，光不僅具有粒子性，而且具有波動(dòng)性，即光具有波粒二象性。光量子理論在解釋過(guò)去用經(jīng)典物理學(xué)理論難于解釋的光電效應(yīng)規(guī)律時(shí)，獲得了巨大的成功。所謂光電效應(yīng)就是某些金屬被光照射后放出電子的現(xiàn)象。1902年，德國(guó)物理學(xué)家勒納德從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出了光電效應(yīng)的規(guī)律：當(dāng)照射光的頻率高于一定值時(shí)，才能有電子逸出表面；逸出電子的能量隨光的頻率增加而增加，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)；光的強(qiáng)度只決定單位時(shí)間內(nèi)被打出的電子數(shù)目。第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論第3章現(xiàn)代物理學(xué)三、玻爾模型與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論1、玻爾原子結(jié)構(gòu)模型19世紀(jì)末20世紀(jì)初，由于元素的放射性和電子的發(fā)現(xiàn)，促使人們?nèi)パ芯吭拥膬?nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了不少原子結(jié)構(gòu)模型，如1903年，湯姆孫提出了第一個(gè)原子模型。湯姆孫，英（1824-1907）原子模型第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論第3章現(xiàn)代物理學(xué)1911年2月．盧瑟福發(fā)表了《а和β粒子物理散射效應(yīng)和原子結(jié)構(gòu)》一文，正式提出了原子的有核模型。2024/11/11盧瑟福，新西蘭（1871-1937）原子模型第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論1、玻爾原子結(jié)構(gòu)模型三、玻爾模型與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論第3章現(xiàn)代物理學(xué)1913年，在盧瑟福實(shí)驗(yàn)室工作的丹麥物理學(xué)家玻爾根據(jù)一系列實(shí)驗(yàn)事實(shí)，巧妙地將有核模型與普朗克的能量子假說(shuō)結(jié)合起來(lái)，提出了量子化的原子模型。

2024/11/11尼·玻爾，丹麥（1885-1962）原子模型第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論三、玻爾模型與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論電子只能在一些特定的圓軌道上繞核運(yùn)行，處在這些特定軌道上時(shí)是一種穩(wěn)定的分立狀態(tài)，因此并不發(fā)射能量，只有當(dāng)它從一個(gè)較高能量的軌道上躍遷到一個(gè)較低能量的軌道時(shí)才發(fā)出輻射能，反之則吸收輻射能。而發(fā)出和吸收輻射的能量等于兩個(gè)穩(wěn)定態(tài)之間的能量差，即△E=hv。1、玻爾原子結(jié)構(gòu)模型第3章現(xiàn)代物理學(xué)玻爾理論是否正確？這主要看他的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的比較。光譜實(shí)驗(yàn)，從光譜的分離特征，證明了原子內(nèi)部量子態(tài)的存在。在1914年，弗蘭克和赫茲進(jìn)行了電子轟擊原子的實(shí)驗(yàn)，證明了原子內(nèi)部的能量確是量子化的。它的不足之處在于保留了經(jīng)典粒子的觀念，仍然把電子的運(yùn)動(dòng)看做經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。2024/11/11第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論三、玻爾模型與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論1、玻爾原子結(jié)構(gòu)模型1927年索爾瓦會(huì)議參加者第3章現(xiàn)代物理學(xué)2、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論

1919年，盧瑟福和他的助手用鐳放射出來(lái)的а粒子轟擊氮原子核，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氮原子俘獲了а粒子后變成氧原子，并且產(chǎn)生了一種新的射程很長(zhǎng)的、質(zhì)量比а粒子更小、帶一份正電荷的粒子。研究表明，這種粒子就是氫的原子核，人們稱它為質(zhì)子，并且有人猜想，原子核就是由帶正電的質(zhì)子組成。人們又發(fā)現(xiàn)，除了氫元素之外，所有元素原子核中的電荷數(shù)并不等于它們的質(zhì)量，如氮的原子核質(zhì)量是氫的4倍，可是只帶有2份正電荷。有人提出，原子核是由質(zhì)子和電子組成的，電子中和了一部分質(zhì)子的電荷，使剩下的正電荷正好與核外電子數(shù)相等。假如原子核由質(zhì)子和電子組成，那么，我們無(wú)法解釋原子核的自旋現(xiàn)象。原子有結(jié)構(gòu)，原子核有沒有結(jié)構(gòu)呢？第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論三、玻爾模型與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論第3章現(xiàn)代物理學(xué)2、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論1920年，盧瑟福大膽地推測(cè)，原子核內(nèi)還可能存在著一種質(zhì)量與質(zhì)子相同的中性粒子稱為中子。1932年，他的學(xué)生查德威克把居里夫婦的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和盧瑟福的中子假說(shuō)聯(lián)系起來(lái)，并進(jìn)行了反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)了中子。同年海森伯和蘇聯(lián)物理學(xué)家伊凡寧科通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明，中子也是原子核的組成部分，確認(rèn)了原子核是由中子和質(zhì)子組成的。

第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論三、玻爾模型與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論查德威克，英（1891-1974）第3章現(xiàn)代物理學(xué)四、量子力學(xué)的建立1923—1924年間，法國(guó)物理學(xué)家德布羅意受愛因斯坦光量子論的啟發(fā)，大膽地提出了一個(gè)假說(shuō)：電子一類公認(rèn)的粒子物質(zhì)也將呈現(xiàn)出波動(dòng)性，即實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，并且預(yù)言電子束在穿過(guò)小孔時(shí)會(huì)象光波一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，后來(lái)人們就將粒子的波動(dòng)性稱德布羅意波。1927年，美國(guó)物理學(xué)家戴維孫等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了德布羅意的預(yù)言。德布羅意，法（1892-1987）第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論第3章現(xiàn)代物理學(xué)1926年，奧地利物理學(xué)家薛定諤在德布羅意波理論的基礎(chǔ)上，建立了描述微觀粒子的波動(dòng)力學(xué)方程，稱薛定諤方程。

薛定諤方程的建立，奠定了量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)。同年，德國(guó)物理家玻恩對(duì)波函數(shù)作出了統(tǒng)計(jì)解釋，并指出其物理意義。

薛定諤，奧（1887-1961）第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論四、量子力學(xué)的建立第3章現(xiàn)代物理學(xué)1925年，德國(guó)物理學(xué)家海森伯沿著另一條途徑，也為量子力學(xué)的創(chuàng)立作出了奠基性的工作。海森伯建立了量子論的矩陣力學(xué)體系，后經(jīng)英國(guó)物理學(xué)家狄拉克對(duì)矩陣力學(xué)的數(shù)學(xué)形式作了改進(jìn)，使其成為一個(gè)更加系統(tǒng)和嚴(yán)密的理論。1926年，薛定諤和狄拉克證明了波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué)二者的等價(jià)性，兩種理論實(shí)際上是一種理論的兩種不同形式的表述，接著他們又通過(guò)數(shù)學(xué)方法將這兩種表述方式統(tǒng)一起來(lái)，建立起完整的理論體系，統(tǒng)稱為量子力學(xué)。

海森伯，德（1901-1976）狄拉克，英（1902—1984）第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論四、量子力學(xué)的建立第3章現(xiàn)代物理學(xué)量子力學(xué)雖然建立起來(lái)了，但關(guān)于它的物理解釋卻眾說(shuō)紛紜，莫衷一是。波動(dòng)方程中的所謂波究竟是什么？薛定諤本人認(rèn)為，它就是一種物質(zhì)波。玻恩則認(rèn)為，波函數(shù)表征的是電子這種粒子在某時(shí)某地出現(xiàn)的幾率。1927年，海森伯提出了微觀領(lǐng)域里的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，即任何一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量不可能同時(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量，要準(zhǔn)確的測(cè)量一個(gè)，另一個(gè)就完全測(cè)不準(zhǔn)。玻爾敏銳地意識(shí)到它正表征了經(jīng)典概念的局限性，因此以此為基礎(chǔ)提出了“互補(bǔ)原理”。愛因斯坦認(rèn)為統(tǒng)計(jì)性的量子力學(xué)是不完備的，而互補(bǔ)原理是一種“綏靖哲學(xué)”。

玻爾在講互補(bǔ)原理愛因斯坦和玻爾在沉思第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論四、量子力學(xué)的建立第3章現(xiàn)代物理學(xué)五、核反應(yīng)研究與基本粒子的不斷發(fā)現(xiàn)1、核反應(yīng)研究

1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮的實(shí)驗(yàn)是人類歷史上第一次用人工的方法實(shí)現(xiàn)了核反應(yīng)。1934年1月，居里夫婦用α粒子轟擊鋁，得到了自然界中所沒有的新放射性元素磷，它接著放出正電子進(jìn)行β衰變，變?yōu)榉€(wěn)定元素硅。1934年，意大利物理學(xué)家費(fèi)米領(lǐng)導(dǎo)的研究小組利用中子不帶電更容易進(jìn)入原子核的特點(diǎn)，按照元素周期表上的順序，從氫開始對(duì)63種元素的原子核逐一用中子作為炮彈去轟擊，總共獲得了37種放射性同位素。1938年12月，德國(guó)化學(xué)家哈恩和奧地利物理學(xué)家邁特納提出假設(shè)：鈾的原子核受到中子轟擊后，就會(huì)分裂成差不多相等的兩個(gè)部分。1939年1月，玻爾在得知這一假設(shè)后前往美國(guó)參加理論物理討論會(huì)時(shí)，向與會(huì)者宣布了這一消息，整個(gè)會(huì)場(chǎng)沸騰起來(lái)，促使更多的人投入研究工作。第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論第3章現(xiàn)代物理學(xué)

費(fèi)米，意（1901-1954）哈恩，德（1879-1968）

1942年，致力于核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)研究的費(fèi)米，領(lǐng)導(dǎo)建立了世界上第一個(gè)原子核反應(yīng)堆，標(biāo)志著人類利用核能時(shí)代的開始。第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論五、核反應(yīng)研究與基本粒子的不斷發(fā)現(xiàn)1、核反應(yīng)研究第3章現(xiàn)代物理學(xué)1945年07月，美國(guó)制成第一顆原子彈。1952年11月，美國(guó)成功試爆氫彈。1964年10月，我國(guó)第一顆原子彈試爆成功。1967年06月，我國(guó)第一顆氫彈試爆成功。原子彈爆炸蘑菇云圖氫彈爆炸蘑菇云圖第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論五、核反應(yīng)研究與基本粒子的不斷發(fā)現(xiàn)1、核反應(yīng)研究第3章現(xiàn)代物理學(xué)錢三強(qiáng)，中（1913-1992）鄧稼先，中（1924-1986）第三節(jié)量子力學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論五、核反應(yīng)研究與基本粒子的不斷發(fā)現(xiàn)1、核反應(yīng)研究第3章現(xiàn)代物理學(xué)1954年，蘇聯(lián)首先建成第一座原子能發(fā)電站。