电子自旋实验依据

施特恩－格拉赫实验（Stern－Gerlach）

原子束在通过磁场时，由于磁矩的取向不同束线将会分裂。

磁矩总是角动量相联系。

1927年，用基态氢原子做了施特恩－格拉赫实验，仍然发现有分裂。由于基态氢原子的电子不存在轨道角动量，所以电子一定存在其他的角动量。因此提出电子具有自旋角动量，简称自旋。

在赖文的量子化学讲义中有这么一句话，恰好能解答你关于自旋起源的问题

他说粒子的自旋角动量的起源不能由宏观经验设计的模型来解释。

其实从自旋角动量算子就可以看出，自旋是一个假设，没有实际的来源，因为自旋角动量没有具体的形式，其本征函数也没有具体的形式，只是人们定义的自旋角动量算子附和角动量算子的相互关系，从而推导出来其本征函数之间的一些关系而已。

最初引入这个假设是为了解决实际电子排布与波函数反对称规则之间的矛盾。

因此你问的该属性与什么力。场或者什么有影响。可以这么说这些力与场是不存在的，因为

自旋是量子力学的基本假设之一，假设就定义了自旋角动量算子之间附和角动量算子的对易关系，定义了自旋角动量算子的本征函数和本征值。

从这个假设可以推倒出自旋本征函数的一切性质。

量子力学基本假设是量子力学体系中的公里，就像经典力学里面牛顿三定律和万有引力定律、欧几里德几何体系中德五大公里一样是无需证明的基本假设。

但是粒子的自旋是可以通过实验观测到的，比如核磁共振、电子顺磁共振等。此外还有斯特恩—盖拉赫实验证明了电子的自旋角动量算子本征值确实存在，而且是两个。

补充一点：自旋不是自转，它是粒子自身的一种属性

1绝对黑体吸收所有的光线,所以不能反射任何光线

2看定义啊光电效应吸收一定频率v的光,如果hv超出逸出功W,则放出hv-W能量的光,如果超不过W,则不逸出入射光强度和这个没有关系,入射光强度决定光电流的大小,成正相关的关系题目的红限就是W/h,h是常数,所以取决于W

3C不确定关系有两个,就是动量乘以位移不能确定,能量和时间相乘不能确定确切推倒出自于对易那一章节适用于各种粒子

4C波函数是薛定谔方程的解,描述粒子运动状态的函数

5C变化规律是方程描述的

6EFAD随便搜索一下,这个是常识性部分没有什么公式可以推倒的搜索一下看一下每个实验的原理目的就可以了

7D看2题的解释

8A从基态激发到定态的公式E=E0（1/n^2-1）代入得到n,然后用balmer公式得出能量值

9C德布罗伊波长公式：波长=h/动量所以动量相等因为光子和电子质量不同,所以总能量不相等

薛定谔猫是薛定谔在1935年提出的关于量子力学解释的一个佯谬（也译为悖论）。

猫被封在一个密室里，密室里有食物有毒药。

毒药瓶上有一个锤子，锤子由一个电子开关控制，电子开关由放射性原子控制。

如果原子核衰变，则放出阿尔法粒子，触动电子开关，锤子落下，砸碎毒药瓶，释放出里面的氰化物气体，猫必死无疑。

这个装置由薛定谔所设计，所以猫便叫做薛定谔猫。

原子核的衰变是随机事件，物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间。

如果一种放射性元素的半衰期是一天，则过一天，该元素就少了一半，再过一天，就少了剩下的一半。

但是，物理学家却无法知道，它在什么时候衰变，上午，还是下午。

当然，物理学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是猫在上午或者下午死亡的几率。

如果我们不揭开密室的盖子，根据我们在日常生活中的经验，可以认定，猫或者死，或者活，这是它的两种本征态。

但是，如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫，则只能说，她处于一种活与死的叠加态。

我们只有在揭开盖子的一瞬间，才能确切地知道此猫是死是活。

但是，也就是在揭开盖子的一瞬间，描述猫的状态的波函数由叠加态立即坍塌到某一个本征态，即死态或者活态。

量子理论认为：如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知道此猫是死是活，她将永远到处于死与活的叠加态，即通常所说的半死不活。

这与我们的日常经验严重相违，要么死，要么活，怎么可能不死不活，半死半活？

测不准原理:

测不准原理也叫不确定原理，是海森伯在1927年首先提出的，它反映了微观粒子运动的基本规律，是物理学中又一条重要原理。

海森伯在创立矩阵力学时，对形象化的图象采取否定态度。

但他在表述中仍然需要“坐标”、“速度”之类的词汇，当然这些词汇已经不再等同于经典理论中的那些词汇。

可是，究竟应该怎样理解这些词汇新的物理意义呢？海森伯抓住云室实验中观察电子径迹的问题进行思考。

他试图用矩阵力学为电子径迹作出数学表述，可是没有成功。

这使海森伯陷入困境。

他反复考虑，意识到关键在于电子轨道的提法本身有问题。

人们看到的径迹并不是电子的真正轨道，而是水滴串形成的雾迹，水滴远比电子大，所以人们也许只能观察到一系列电子的不确定的位置，而不是电子的准确轨道。

因此，在量子力学中，一个电子只能以一定的不确定性处于某一位置，同时也只能以一定的不确定性具有某一速度。

可以把这些不确定性限制在最小的范围内，但不能等于零。

这就是海森伯对不确定性最初的思考。

据海森伯晚年回忆，爱因斯坦1926年的一次谈话启发了他。

爱因斯坦和海森伯讨论可不可以考虑电子轨道时，曾质问过海森伯：“难道说你是认真相信只有可观察量才应当进入物理理论吗？”对此海森伯答复说：“你处理相对论不正是这样的吗？你曾强调过绝对时间是不许可的，仅仅是因为绝对时间是不能被观察的。”爱因斯坦承认这一点，但是又说：“一个人把实际观察到的东西记在心里，会有启发性帮助的……在原则上试图单靠可观察量来建立理论，那是完全错误的。

实际上恰恰相反，是理论决定我们能够观察到的东西……只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象。”

海森伯在1927年的论文一开头就说：“如果谁想要阐明‘一个物体的位置’（例如一个电子的位置）这个短语的意义，那么他就要描述一个能够测量‘电子位置’的实验，否则这个短语就根本没有意义。”海森伯在谈到诸如位置与动量，或能量与时间这样一些正则共轭量的不确定关系时，说：“这种不确定性正是量子力学中出现统计关系的根本原因。”

海森伯测不准原理是通过一些实验来论证的。

设想用一个γ射线显微镜来观察一个电子的坐标，因为γ射线显微镜的分辨本领受到波长λ的限制，所用光的波长λ越短，显微镜的分辨率越高，从而测定电子坐标不确定的程度△q就越小，所以△q∝λ。

但另一方面，光照射到电子，可以看成是光量子和电子的碰撞，波长λ越短，光量子的动量就越大，所以有△p∝1/λ。

经过一番推理计算，海森伯得出：△q△p＝h/4π。

海森伯写道：“在位置被测定的一瞬，即当光子正被电子偏转时，电子的动量发生一个不连续的变化，因此，在确知电子位置的瞬间，关于它的动量我们就只能知道相应于其不连续变化的大小的程度。

于是，位置测定得越准确，动量的测定就越不准确，反之亦然。”

海森伯还通过对确定原子磁矩的斯特恩-盖拉赫实验的分析证明，原子穿过偏转所费的时间△T越长，能量测量中的不确定性△E就越小。

再加上德布罗意关系λ＝h/p，海森伯得到△E△T＜h，并且作出结论：“能量的准确测定如何，只有靠相应的对时间的测不准量才能得到。”

海森伯的测不准原理得到了玻尔的支持，但玻尔不同意他的推理方式，认为他建立测不准关系所用的基本概念有问题。

双方发生过激烈的争论。

玻尔的观点是测不准关系的基础在于波粒二象性，他说：“这才是问题的核心。”而海森伯说：“我们已经有了一个贯彻一致的数学推理方式，它把观察到的一切告诉了人们。

在自然界中没有什么东西是这个数学推理方式不能描述的。”玻尔则说：“完备的物理解释应当绝对地高于数学形式体系。”

玻尔更着重于从哲学上考虑问题。

1927年玻尔作了《量子公设和原子理论的新进展》的演讲，提出著名的互补原理。

他指出，在物理理论中，平常大家总是认为可以不必干涉所研究的对象，就可以观测该对象，但从量子理论看来却不可能，因为对原子体系的任何观测，都将涉及所观测的对象在观测过程中已经有所改变，因此不可能有单一的定义，平常所谓的因果性不复存在。

对经典理论来说是互相排斥的不同性质，在量子理论中却成了互相补充的一些侧面。

波粒二象性正是互补性的一个重要表现。

测不准原理和其它量子力学结论也可从这里得到解释。

双生子悖论:

爱因斯坦提出著名的相对论即时间可以改变的理论不久以后,就有天才用双生子悖论进行责难虽然这个悖论早已被证伪,但我们却可以一窥天才有悖于常理的思路:说假设地球上出生了一对双胞胎,一个孩子留在地球上,同时另一个孩子乘坐飞船以接近光速离开地球,当地球上的孩子长大到二十岁后飞船以相同的速度返航,当地球上的孩子四十岁的时候飞船安全的抵达到了地球现在请问:他们双生子中谁更加年轻假如认为接近光速运动时时间会变得更慢,那么大部分人一定会认为乘坐光速离开地球的孩子更加年轻,但是,当飞船以接近光速离开地球的时候,同时我们也可以认为飞船是静止不动的而地球以接近光速离开飞船那么现在大部分人一定认为是地球上的孩子更加年轻!到底谁更加年轻,当然答案很容易只要把两个孩子放在一起比较一把就可以了,千万不要告诉大家这两个孩子一样年轻!那样爱因斯坦的灵魂会不安的

麦克斯韦妖:

麦克斯韦妖是在物理学中，假象的能探测并控制单个分子运动的“类人妖”或功能相同的机制，是1871年由19世纪英国物理学家麦克斯韦为了说明违反热力学第二定律的可能性而设想的。

当时麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制。

但他无法清晰地说明这种机制。

他只能诙谐的假定一种“妖”，能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里。

麦克斯韦妖是耗散结构的一个雏形

在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。

在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论。

直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。

热力学第一定律是能量守恒和转化定律在热力学上的具体表现，它指明：热是物质运动的一种形式。

这说明外界传给物质系统的能量（热量），等于系统内能的增加和系统对外所作功的总和。

它否认了能量的无中生有，所以不需要动力和燃料就能做功的第一类永动机就成了天方夜谭式的设想。

热力学第一定律的产生是这样的：在18世纪末19世纪初，随着蒸汽机在生产中的广泛应用，人们越来越关注热和功的转化问题。

于是，热力学应运而生。

1798年，汤普生通过实验否定了热质的存在。

德国医生、物理学家迈尔在1841843年间提出了热与机械运动之间相互转化的观点，这是热力学第一定律的第一次提出。

焦耳设计了实验测定了电热当量和热功当量，用实验确定了热力学第一定律，补充了迈尔的论证。

在热力学第一定律之后，人们开始考虑热能转化为功的效率问题。

这时，又有人设计这样一种机械——它可以从一个热源无限地取热从而做功。

这被称为第二类永动机。

1824年，法国陆军工程师卡诺设想了一个既不向外做工又没有摩擦的理想热机。

通过对热和功在这个热机内两个温度不同的热源之间的简单循环（即卡诺循环）的研究，得出结论：热机必须在两个热源之间工作，热机的效率只取决与热源的温差，热机效率即使在理想状态下也不可能的达到100%。

即热量不能完全转化为功。

1850年，克劳修斯在卡诺的基础上统一了能量守恒和转化定律与卡诺原理，指出：一个自动运作的机器，不可能把热从低温物体移到高温物体而不发生任何变化，这就是热力学第二定律。

不久，开尔文又提出：不可能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响；或不可能用无生命的机器把物质的任何部分冷至比周围最低温度还低，从而获得机械功。

这就是热力学第二定律的“开尔文表述”。

奥斯特瓦尔德则表述为：第二类永动机不可能制造成功。

在提出第二定律的同时，克劳修斯还提出了熵的概念S=Q/T，并将热力学第二定律表述为：在孤立系统中，实际发生的过程总是使整个系统的熵增加。

但在这之后，克劳修斯错误地把孤立体系中的熵增定律扩展到了整个宇宙中，认为在整个宇宙中热量不断地从高温转向低温，直至一个时刻不再有温差，宇宙总熵值达到极大。

这时将不再会有任何力量能够使热量发生转移，此即“热寂论”。

为了批驳“热寂论”，麦克斯韦设想了一个无影无形的精灵（麦克斯韦妖），它处在一个盒子中的一道闸门边，它允许速度快的微粒通过闸门到达盒子的一边，而允许速度慢的微粒通过闸门到达盒子的另一边。

这样，一段时间后，盒子两边产生温差。

麦克斯韦妖其实就是耗散结构的一个雏形。

1877年，玻尔兹曼发现了宏观的熵与体系的热力学几率的关系S=KlnQ，其中 K为玻尔兹曼常数。

1906年，能斯特提出当温度趋近于绝对零度 T→0 时，△S / O = 0 ，即“能斯特热原理”。

普朗克在能斯特研究的基础上，利用统计理论指出，各种物质的完美晶体，在绝对零度时，熵为零（S 0 = 0 ），这就是热力学第三定律。

热力学三定律统称为热力学基本定律，从此，热力学的基础基本得以完备追问

有简短点的吗？

——《上帝掷骰子吗？》读书报告 

  起初，“上帝掷骰子吗？”这个标题激起了我的好奇心：这句话跟量子物理有什么关系呢？上帝究竟掷不掷骰子呢？看完本书，我才知道这句话化用了爱因斯坦对波尔坚持不确定原理的嘲弄。事实上，“上帝真的掷骰子“。

  本书从赫兹的电磁波实验开始行文，谁也没有想到这一发现就像一只蝴蝶，几十年后掀起了物理学的惊涛骇浪。

一、 原子和电子

        J．J汤姆逊提出了葡萄干布丁模型：原子呈球状，带正电荷而带负电荷的电子则一粒粒镶嵌在这个圆球上。1910年卢瑟福和他的学生们用α粒子轰击一声极薄的金箔，发现了这个模型的错误。于是他提出了行星模型。但是，这个看似完美的模型却有致命的缺陷：根据麦克斯韦理论，电子会在瞬间坠毁在原子核上。

        玻尔根据光谱的巴尔末公式。猜想电子在某些确定的轨道间运行和跃迁。在跃迁过程中，电子只能释放或吸收特定的能量，而不是连续不断的。这种能量的跃迁是一种量子化行为。斯特恩—盖拉赫实验向世人展示了：电子在空间中的运动方向，同样是不连续的。他们发现，电子的运行方向有上旋和下旋两种状态。所以不仅能量是量子化的，甚至原子在空间中的运动方向都会需加以量子化。之后，泡利提出了不相容原理：一个轨道有一定的容量，当电子填满了一个轨道后，其他电子便无法再加入到这个轨道中。从这以后，玻尔理论取得了巨大的成功。但是，这仍然不能解决他与旧体系之间的深刻矛盾。而且也没法解释，为什么电子有着离散的能级和量子化的行为。紧接着就是有关电子的波动性和微粒性的探讨了。

二、 波粒之战

        从很久以前，人们对光的本质就很感兴趣。光究竟是什么呢？物理学家对此进行了研究，并逐渐分为了两派，一方是微粒派。一方是波动派。古希腊人最初提出了光的微粒说。而笛卡尔则提出了光的波动说。在17世纪中期，这两种学说产生了精彩的交锋。由于牛顿当时已经成为科学史上神话般的人物，因此它支持的微粒说以压倒性的优势战胜了波动说。一世纪后，光波的双缝干涉实验、泊松光斑以及麦克斯韦理论的证实又让波动说取得了胜利。随后，经典物理蓬勃发展，取得了一时的辉煌。

        量子物理击垮了经典物理的大厦，并把微粒—波动者两者的冲突引入了电子和普通物质中。德布罗意提出了德布罗意波。他借助相对论发现了当电子以速度V0前进时，必定伴随着一个速度为C²／V0的波。不久，戴维逊和革末用实验证实了电子在通过一个小孔或者晶体的时候会产生一个可观测的衍射现象。

        微粒派也不甘示弱，他们发现了玻色—爱因斯坦凝聚现象，使他们的理论更加完备。但战局仍然僵持着，直到海森堡提出了他的矩阵力学。狄拉克则将晦涩的矩阵换成了经典的泊松括号［X，Y］，建立了一种新的代数。乌伦贝克和古兹密特则提出了电子自旋。这撑起了微粒说的天空。

        而波动派也派出了大将。薛定谔。他从经典力学的哈密顿牙可以方程出发。利用变分法和德布罗意公式。求出了一个非相对论的波动方程。这就是薛定谔波动方程。两方的矛盾激增。一方支持不连续性和数学的抽象。一方支持联系性和形象化。

        最后，玻尔提出了一个大胆的假设。电子既是粒子，同时又是波。这就是著名的波粒二象性，即我们不能确定电子显示为粒子的状态还是波的状态，只能预测它的概率。波粒战争就以这样的方式结束了。

三、 不确定性

        海森堡完成了他的不确定性原理。他发现，人们没法同时既准确的知道一个电子的位置，又同时准确地了解它的动量。在他和波尔的讨论中，他意识到，不确定性是建立在波和粒子的双重基础上。电子表现为波还是粒子，取决于人们采取的观察方式。而谈论电子究竟在本质上是什么，是没有意义的。哥本哈根学派认为我们能够测量到的电子才是唯一的实在，这后面不存在一个“客观”的，或者“实际”上的电子。以上的概率解释、不确定性原理和互补原理构成了“哥本哈根”解释。它摧毁了经典世界的严格因果性和世界的绝对客观性。

四、 感想

        在经典力学看似完美无瑕不可撼动的时候，普朗克出现了。他创造了普朗克黑体公式，并由此得到推论：能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。这与经典力学里的连续性相背。但是普朗克坚持了他的理论，并没有因经典力学的权威而妥协。量子物理和我们的常识不符，令人难以置信，但科学家们秉承着求实精神，无畏的追求真理。这种勇气和理智令人敬佩。

        在上世纪涌现了一群天才的量子物理学家，而他们做出巨大贡献时的年龄很多只有二十几岁。这让我大为震撼。不过可能正因为年轻人有着创造力和大胆的想象力，才使得量子世界被人们发现吧。

不确定性原理（Uncertainty principle），是量子力学的一个基本原理，由德国物理学家海森堡（Werner Heisenberg）于1927年提出。本身为傅立叶变换导出的基本关系：若复函数f(x)与F(k)构成傅立叶变换对，且已由其幅度的平方归一化（即f(x)f(x)相当于x的概率密度；F(k)F(k)/2π相当于k的概率密度，表示复共轭），则无论f(x)的形式如何，x与k标准差的乘积ΔxΔk不会小于某个常数（该常数的具体形式与f(x)的形式有关）

测不准原理

德国物理学家海森堡1927年提出的不确定性原理是量子力学的产物 。这项原则陈述了精确确定一个粒子，例如原子周围的电子的位置和动量是有限制。这个不确定性来自两个因素，首先测量某东西的行为将会不可避免地扰乱那个事物，从而改变它的状态；其次，因为量子世界不是具体的，但基于概率，精确确定一个粒子状态存在更深刻更根本的限制。

海森伯测不准原理是通过一些实验来论证的。设想用一个γ射线显微镜来观察一个电子的坐标，因为γ射线显微镜的分辨本领受到波长λ的限制，所用光的波长λ越短，显微镜的分辨率越高，从而测定电子坐标不确定的程度△q就越小，所以△q∝λ。但另一方面，光照射到电子，可以看成是光量子和电子的碰撞，波长λ越短，光量子的动量就越大，所以有△q∝1/λ。再比如，用将光照到一个粒子上的方式来测量一个粒子的位置和速度，一部分光波被此粒子散射开来，由此指明其位置。但人们不可能将粒子的位置确定到比光的两个波峰之间的距离更小的程度，所以为了精确测定粒子的位置，必须用短波长的光。但普朗克的量子假设，人们不能用任意小量的光：人们至少要用一个光量子。这量子会扰动粒子，并以一种不能预见的方式改变粒子的速度。所以，位置要测得越准确，所需波长就要越短，单个量子的能量就越大，这样粒子的速度就被扰动得更厉害。简单来说，就是如果要想测定一个量子的精确位置的话，那么就需要用波长尽量短的波，这样的话，对这个量子的扰动也会越大，对它的速度测量也会越不精确。如果想要精确测量一个量子的速度，那就要用波长较长的波，那就不能精确测定它的位置。换而言之，对粒子的位置测得越准确，对粒子的速度的测量就越不准确，反之亦然。经过一番推理计算，海森伯得出：△q△p≥/2。海森伯写道：“在位置被测定的一瞬，即当光子正被电子偏转时，电子的动量发生一个不连续的变化，因此，在确知电子位置的瞬间，关于它的动量我们就只能知道相应于其不连续变化的大小的程度。于是，位置测定得越准确，动量的测定就越不准确，反之亦然。”=

海森伯还通过对确定原子磁矩的斯特恩-盖拉赫实验的分析证明，原子穿过偏转所费的时间△T越长，能量测量中的不确定性△E就越小。再加上德布罗意关系λ=h/p，海森伯得到△E△T≥h/4π，并且作出结论：“能量的准确测定如何，只有靠相应的对时间的测不准量才能得到。”