原子物理的发展史?

发布网友发布时间：2022-04-23 23:19

共2个回答

热心网友时间：2023-10-13 10:24

19世纪，原子物理给史上物理学带来一片瞩光，它的发展也成为物理一个重要的里程碑！了解它的发展，让我们一起走近…… 原子物理学是研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支。它主要研究：原子的电子结构；原子光谱；原子之间或与其他物质的碰撞过程和相互作用。

经过相当长时期的探索，直到20世纪初，人们对原子本身的结构和内部运动规律才有了比较清楚的认识，之后才逐步建立起近代的原子物理学。

1897年前后，科学家们逐渐确定了电子的各种基本特性，并确立了电子是各种原子的共同组成部分。通常，原子是电中性的，而既然一切原子中都有带负电的电子，那么原子中就必然有带正电的物质。20世纪初，对这一问题曾提出过两种不同的假设。

1904年，汤姆逊提出原子中正电荷以均匀的体密度分布在一个大小等于整个原子的球体内，而带负电的电子则一粒粒地分布在球内的不同位置上，分别以某种频率振动着，从而发出电磁辐射。这个模型被形象的比喻为“果仁面包”模型，不过这个模型理论和实验结果相矛盾，很快就被放弃了。

1911年卢瑟福在他所做的粒子散射实验基础上，提出原子的中心是一个重的带正电的核，与整个原子的大小相比，核很小。电子围绕核转动，类似大行星绕太阳转动。这种模型叫做原子的核模型，又称行星模型。从这个模型导出的结论同实验结果符合的很好，很快就被公认了。

绕核作旋转运动的电子有加速度，根据经典的电磁理论，电子应当自动地辐射能量，使原子的能量逐渐减少、辐射的频率逐渐改变，因而发射光谱应是连续光谱。电子因能量的减少而循螺线逐渐接近原子核，最后落到原子核上，所以原子应是一个不稳定的系统。

但事实上原子是稳定的，原子所发射的光谱是线状的，而不是连续的。这些事实表明：从研究宏观现象中确立的经典电动力学，不适用于原子中的微观过程。这就需要进一步分析原子现象，探索原子内部运动的规律性，并建立适合于微观过程的原子理论。

1913年，丹麦物理学家玻尔在卢瑟福所提出的核模型的基础上，结合原子光谱的经验规律，应用普朗克于1900年提出的量子假说，和爱因斯坦于1905年提出的光子假说，提出了原子所具有的能量形成不连续的能级，当能级发生跃迁时，原子就发射出一定频率的光的假说。

玻尔的假设能够说明氢原子光谱等某些原子现象，初次成功地建立了一种氢原子结构理论。建立玻尔理论是原子结构和原子光谱理论的一个重大进展，但对原子问题作进一步的研究时，却显示出这种理论的缺点，因此只能把它视为很粗略的近似理论。

1924年，德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性的假设，以后的观察证明，微观粒子具有波的性质。1926年薛定谔在此基础上建立了波动力学。同时，其他学者，如海森伯、玻恩、狄喇克等人，从另外途径建立了等效的理论，这种理论就是现在所说的量子力学，它能很好地解释原子现象。

20世纪的前30年，原子物理学处于物理学的前沿，发展很快，促进了量子力学的建立，开创了近代物理的新时代。由于量子力学成功地解决了当时遇到的一些原子物理问题，很多物理学家就认为原子运动的基本规律已清楚，剩下来的只是一些细节问题了。

由于认识上的局限性，加上研究原子核和基本粒子的吸引，除一部分波谱学家对原子能级的精细结构与超精细结构进行了深入的研究，取得了一些成就外，很多物理学家都把注意力集中到研究原子核和基本粒子上，在相当长的一段时间里，对原子物理未能进行全面深入的研究，使原子物理的发展受到了一定的影响。

20世纪50年代末期，由于空间技术和空间物理学的发展，工程师和科学家们发现，只使用已有的原子物理学知识来解决空间科学和空间技术问题已是很不够了。过去，人们已精确测定了很多谱线的波长，深入研究了原子的能级，对谱线和能级的理论解释也比较准确。

但是，对谱线强度、跃迁几率、碰撞截面等这些空间科学中非常重要的基本知识，则了解得很少，甚至对这些物理量的某些参数只知道其量级。核试验中遇到的很多问题也都与这些知识有关。因此还必须对原子物理进行新的实验和理论探讨。

原子物理学的发展对激光技术的产生和发展，作出过很大的贡献。激光出现以后，用激光技术来研究原了物理学问题，实验精度有了很大提高，因此又发现了很多新现象和新问题。射频和微波波谱学新实验方法的建立，也成为研究原子光谱线的精细结构的有力工具，推动了对原子能级精细结构的研究。因此，在20世纪50年代末以后，原子物理学的研究又重新被重视起来，成为很活跃的领域。

近十多年来，对原子碰撞的研究工作进展很快，已成为原子物理学的一个主要发展方向。目前原子碰撞研究的课题非常广泛，涉及光子、电子、离子、中性原子等与原子和分子碰撞的物理过程。与原子碰撞的研究相应，发展了电子束、离子束、粒子加速器、同步辐射加速器、激光器等激光源、各种能谱仪等测谱设备，以及电子、离子探测器、光电探测器和微弱信号检测方法，还广泛地应用了核物理技术和光谱技术，也发展了新的理论和计算方法。电子计算机的应用，加速了理论计算和实验数据的处理。

原子光谱与激光技术的结合，使光谱分辨率达到了百万分之一赫兹以下，时间分辨率接近万亿分之一秒量级，空间分辨达到光谱波长的数量级，实现了光谱在时间、空间上的高分辨。由于激光的功率密度已达到一千万瓦每平方厘米以上，光波电场场强已经超过原子的内场场强，强激光与原子相互作用产生了饱和吸收和双光子、多光子吸收等现象，发展了非线性光谱学，从而成为原了物理学中另一个十分活跃的研究方向。

极端物理条件(高温、低温、高压、强场等)下和特殊条件(高激发态、高离化态)下原子的结构和物性的研究，也已成为原子物理研究中的重要领域。

原子是从宏观到微观的第一个层次，是一个重要的中间环节。物质世界这些层次的结构和运动变化，是相互联系、相互影响的，对它们的研究缺一不可，很多其他重要的基础学科和技术科学的发展也都要以原子物理为基础，例如化学、生物学、空间物理、天体物理、物理力学等。激光技术、核聚变和空间技术的研究也要原子物理提供一些重要的数据，因此研究和发展原子物理这门学科有着十分重要的理论和实际意义。

热心网友时间：2023-10-13 10:24

原子物理学 atomic physics 　　研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支学科。主要研究：①原子的电子结构。②原子的能级结构和光谱规律。③原子之间或原子与其他物质的碰撞和相互作用。　　原子结构模型的建立 1897年J.J.汤姆孙发现电子，论证电子普遍存在，并确认它是各种原子的共同组成部分之后，对于在中性的原子内，正电荷和电子质量以及电子是如何分布的，成为摆在物理学家面前的首要问题。1904年汤姆孙提出原子的正电荷和质量均匀分布于原子体内、电子镶嵌在体内的“葡萄干圆面包模型”。1911年E.卢瑟福分析α粒子散射实验与汤姆孙原子模型的明显歧离，提出原子的有核模型，原子的正电荷和质量分布在中心很小的核内。原子的有核模型得到 a 粒子散射更为深入的实验研究支持而被普遍接受。但是在原子的有核模型中，电子绕核运动有加速度，根据经典电动力学，将不断向外辐射能量，电子将最终塌缩于原子核，因而原子是不稳定的；而且电子绕核运动发出连续谱也与实际上原子的线状光谱不符。这些事实表明，研究宏观现象确立的经典电动力学不适用于原子中的微观过程，因此需要进一步探索原子内部运动规律，建立适合于微观过程的原子理论。　　原子物理学和量子力学 1913年N.玻尔在卢瑟福的原子有核模型基础上，结合原子光谱的经验规律，应用M.普朗克、A.爱因斯坦的量子概念，提出原子结构的新假设，建立玻尔氢原子理论，成功地解决了原子的稳定性问题，并说明了原子光谱的规律性。玻尔理论是原子理论发展的重要里程碑。1924年 L. V.德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性，不久被实验证实，1926年E.薛定谔、W.K.海森伯、M.玻恩、P.A.M.狄拉克等人建立微观粒子运动规律的量子力学。量子力学的建立为解决原子问题提供了锐利的武器，量子力学在阐明原子现象的种种问题中也逐步发展和完善，从而开创了近代物理的新时代。20世纪30年代可称为原子物理的时代。原子物理学取得丰硕的成果，原子能级的结构和能级的精细结构、原子在外场中的能级结构、原子光谱规律、原子的电子壳层结构以及原子的深层能级结构和X射线标识谱等问题相继*解决，所获得的关于原子结构的种种知识成为了解分子的结构，固体的性质，以及说明许多宏观现象和规律的基础。　　原子物理学的新阶段 20世纪50年代末期，由于空间技术、空间物理和核试验的发展，不仅要求精确测定原子光谱的波长、研究原子的能级，而且对于谱线强度、跃迁几率、碰撞截面等也要求提供准确的数据，因此要求对原子物理进行新的实验和理论探索。原子物理学的发展曾对激光的产生和激光技术的发展作出重大贡献。激光问世之后，应用激光技术研究原子物理学问题，实验精度有了很大提高，从而发现很多新现象和新问题。微波波谱学新的实验方法也成为研究原子能级结构的有力工具。因此原子物理学的研究又重新成为很活跃的领域。原子碰撞研究已成为原子物理学的一个主要发展方向，研究课题非常广泛，涉及光子、电子、离子、中性原子等与原子和分子碰撞的物理过程，应用和发展了电子束、离子束、粒子加速器、同步辐射加速器、激光光源和各种能谱仪等测谱设备，以及电子、离子探测器、光电探测器和微弱信号检测方法，电子计算机的应用，加速了理论计算和实验数据的处理。原子光谱与激光技术的结合，达到了前所未有的高分辨率，利用激光高功率密度发展了非线性光学，饱和吸收、双光子吸收和多光子吸收等成为原子物理学中另一个十分活跃的研究方向。极端物理条件( 高温、低温、高压、强场)下和特殊条件( 高激发态、高离化态 )下原子的结构和物性的研究也已成为原子物理研究中的重要课题。60年代开始发展起来的将低能离子长时间约束在一个很小的空间范围内运动的离子存储技术，使人们可以从实验上近似得到孤立的、静止不动的单个带电粒子。近年来利用激光技术将中性原子降温减速并约束于空间很小范围内的原子囚禁技术取得重要的成果。这种存储技术正被应用于多种原子物理测量工作，测量精度更进一步提高，已成为量子电动力学理论最精确的检验手段之一，并可望建立新的精度更高的光频标准。　　原子物理学是其他基础科学和技术科学如化学、生物学、空间物理、天体物理、物理力学等的基础，激光技术、核技术和空间技术的研究也都要求原子物理学提供重要数据，因此研究和发展原子物理学至今仍有十分重要的理论和实际意义。