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在研究黑体辐射时,Planck发现对于一定频率ν的辐射,物体只能以hν为单位吸收或发射,h是一个普适常数(后来人们称之为Planck常数)。换言之,物体吸收或发射电磁辐射只能以“量子”(quantum)的方式进行,每个“量子”的能量为ε=hν,称为“作用量子”(quantumofaction)。经典力学是将能量看成连续不断的,此时,经典力学与量子力学开始出现分歧。实际上,黑体辐射或热辐射本质上是显态粒子的电偶极矩对称性破缺通过作用量子引起场态粒子电偶极矩对称性破缺。而场态粒子的电偶极矩对称性破缺通过作用量子传递给其它场态粒子或显态粒子。量子理论第一个突破来自辐射(radiation,包括光)的实验和经典理论的矛盾。它的第二个突破则来自物质(matter,即实物粒子)及其与辐射的相互作用的实验与经典理论的矛盾。
Bohr有机会(1913年初)了解到原子线状光谱的规律(氢原子光谱的Balmer线系,光谱的组合规则等),发现了原子光谱与原子结构之间的本质联系,终于提出了他的原子的量子论。这个理论包括了下列两个极为重要的概念,它们是对大量实验事实的深刻概括:(1)原子能够,而且只能够稳定地存在于与离散的能量(E1,E2,⋯)相应的一系列的状态中。这些状态称为定态(stationarystate)。因此,原子能量的任何变化,包括吸收或发射电磁辐射,都只能在两个定态之间以跃迁(transition)的方式进行。(2)原子在两个定态(分别属于能级En和Em,设En>Em)跃迁时,发射或吸收的电磁辐射的频率νmn为(En-Em)/h(频率条件)。简言之,Bohr量子论的核心思想有两条:一个是原子的具有离散能量的定态概念,另一个是两个定态之间的量子跃迁概念和频率条件。当然,仅仅根据Bohr的两条基本假定,还不能把原子的分立能级定量地确定下来。Bohr处理这个问题的指导思想是对应原理(correspondenceprinciple),即大量子数极限下,量子体系的行为应该趋于与经典体系相同。他根据对应原理的思想,求出了氢原子的能级公式,并导出了角动量量子化条件。Bohr的量子论首先打开了人们认识原子结构的大门,取得了很大成功,但它的局限性和存在的问题也逐渐被人们认识到。首先,Bohr理论虽然成功地说明了氢原子光谱的规律性,对于更复杂的原子(例如氦原子)的光谱,就完全无能为力。光谱学中,除了谱线的波长(波数)之外,还有一个重要的观测量,即谱线的(相对)强度,Bohr理论未能提供处理它的系统方法。其次,Bohr理论还只能处理周期运动,而不能处理非束缚态(例如散射)问题。从理论体系来讲,能量量子化概念与经典力学是不相容的,多少带有人为的性质,其物理本质还不清楚。这一切都推动早期量子论的进一步发展。量子力学就是在克服早期量子论的困难和局限性中建立起来的。
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