量子世界/嚴重疾病

普朗克

量子力學最初是為了解決經典物理學（後來被稱為經典物理學）的一些驚人失敗而採取的一種權宜之計。

1900年，馬克斯·普朗克發現了完美描述發光物體光譜的定律。普朗克輻射公式與當時的物理學不可調和。（如果經典物理學是正確的，當你看著爐子的燃燒器時，你會被紫外線灼傷，這就是所謂的紫外災難。）起初，它只是一種對資料的擬合，就像普朗克自己所說的“一種偶然的插值公式猜測”。僅僅幾周後，它就暗示了電磁輻射發射的能量量子化：輻射的能量$~E~$與輻射頻率$\nu$成正比，比例常數為普朗克常數 $~h~$

$~E=h\nu ~$.

當然，我們也可以使用角頻率 $~\omega =2\pi \nu ~$代替$\nu$。引入約化普朗克常數$~\hbar =h/2\pi ~$，那麼我們有

$E=\hbar \omega$.

該理論在所有溫度下都有效，有助於解釋黑體的輻射。

盧瑟福

1911年，歐內斯特·盧瑟福根據蓋革和馬斯登的實驗，提出了原子模型。蓋革和馬斯登將一束α粒子射向一塊薄金箔。大多數粒子按照預期那樣穿透了金箔，但大約有八千分之一的粒子反彈回來，彷彿遇到了一個更重的物體。用盧瑟福自己的話說，這就像你用一門15英寸的加農炮向一張薄紙射擊，結果炮彈反彈回來擊中了你。在分析了蓋革和馬斯登收集的資料後，盧瑟福得出結論：原子核（包含原子質量的99.9%以上）的直徑小於整個原子直徑的0.01%。他認為原子是球形的，原子電子繞著原子核旋轉，就像行星繞著恆星旋轉一樣。他計算出電子的質量是α粒子質量的1/7000。盧瑟福的原子模型也被稱為核模型。

電子像行星繞恆星旋轉一樣繞著原子核旋轉的問題是，經典電磁理論要求一個正在旋轉的電子會輻射出它的能量，並在大約0.5×10^-10秒內螺旋進入原子核。這是物理學史上最嚴重的定量失誤，對氫的壽命低估了至少40個數量級！（這個數字基於對質子壽命的實驗確定下限。）