量子力学和量子电动力学产生于原子物理学的研究,但是它们起作用的范围远远超出原子物理 学。量子力学是所有微观、低速现象所遵循的规律,固此不仅应用于原子物理,也应用于分子物理 学、原子核物理学以及宏观物体的微观结构的硏究。量子电动力学则是所有微观电磁现象所必须遵 循的规律,直到现在,还没有发现量子电动力学的局限性 量子统计力学 量子力学为基础的统计力学,称为量子统计力学。经典统计力学以经典力学为基础,因而经典 统计力学也具有局限性。例如:随着温度趋于绝对零度,固体的热也趋于零的实验现象,就无法用 经典统计力学来解释。 在宏观世界中,看起来相同的物体总是可以区别的,在微观世界中,同一类粒子却无法区分。 例如:所有的电子的一切性质都完全一样。在宏观物理现象中,将两个宏观物体交换,就得到一个 和原来状态不同的状态,进行统计时必须将交换前和交换后的状态当作两个不同的状态处理;但是 在一个物理系统中,交换两个电子后,得到的还是原来的状态,因此进行统计时,必须将交换前和 交换后的状态当作同一个状态来处理。 根据微观世界的这些规律改造经典统计力学,就得到量子统计力学。应用量子统计力学就能使 系列经典统计力学无法解释的现象,如黑体辐射、低温下的固体比热窖、固体中的电子为什么对 比热的贡献如此小等等,都得到了合理的解释 固体物理学 固体物理学是研究固体的性质、它的微观结构及其各种内部运动,以及这种微观结构和内部运 动同固体的宏观性质的关系的学科。固体的内部结构和运动形式很复杂,这方面的研究是从晶体开 始的,因为晶体的内部结构简单,而且具有明显的规律性,较易研究。以后进一步研究一切处于凝 聚状态的物体的内部结构、内部运动以及它们和宏观物理性质的关系。这类研究统称为凝聚态物理 固体中电子的运动状态服从量子力学和量子电动力学的规律。在晶体中,原子(离子、分子)有 规则地排列,形成点阵。20世纪初劳厄和法国科学家布拉格父子发展了X射线衍射法,用以研究晶体 点阵结构。第二次世界大战以后,又发展了中子衍射法,使晶体点阵结构的实验研究得到了进一步 发展。 在晶体中,原子的外层电子可能具有的能量形成一段一段的能带。电子不可能具有能带以外的 能量值。按电子在能带中不同的填充方式,可以把晶体区别为金属、绝缘体和半导体。能带理论结 合半导体锗和硅的基础研究,高质量的半导体单晶生长和掺杂技术,为晶体管的产生准备了理论基 础 电子具有自旋和磁矩,它们和电子在晶体中的轨道运动一起,决定了晶体的磁学性质,晶体的 许多性质(如力学性质、光学性质、电磁性质等)常常不是各向同性的。作为一个整体的点阵,有大 量内部自由度,因此具有大量的集体运动方式,具有各式各样的元激发 晶体的许多性质都和点阵的结构及其各种运动模式密切相关,晶体内部电子的运动和点阵的运 动之间相耦合,也对固体的性质有重要的影响。例如1911年发现的低温超导现象:1960年发现的超 导体的单电子隧道效应。这些效应都和这种不同运动模式之间的耦合相关。 晶体内部的原子可以形成不同形式的点阵。处于不同形式点阵的晶体,虽然化学成分相同,物 理性质却可能不同。不同的点阵形式具有不同的能量:在低温时,点阵处于能量最低的形式;当晶量子力学和量子电动力学产生于原子物理学的研究，但是它们起作用的范围远远超出原子物理 学。量子力学是所有微观、低速现象所遵循的规律，固此不仅应用于原子物理，也应用于分子物理 学、原子核物理学以及宏观物体的微观结构的研究。量子电动力学则是所有微观电磁现象所必须遵 循的规律，直到现在，还没有发现量子电动力学的局限性。 量子统计力学 量子力学为基础的统计力学，称为量子统计力学。经典统计力学以经典力学为基础，因而经典 统计力学也具有局限性。例如：随着温度趋于绝对零度，固体的热也趋于零的实验现象，就无法用 经典统计力学来解释。 在宏观世界中，看起来相同的物体总是可以区别的，在微观世界中，同一类粒子却无法区分。 例如：所有的电子的一切性质都完全一样。在宏观物理现象中，将两个宏观物体交换，就得到一个 和原来状态不同的状态，进行统计时必须将交换前和交换后的状态当作两个不同的状态处理；但是 在一个物理系统中，交换两个电子后，得到的还是原来的状态，因此进行统计时，必须将交换前和 交换后的状态当作同一个状态来处理。 根据微观世界的这些规律改造经典统计力学，就得到量子统计力学。应用量子统计力学就能使 一系列经典统计力学无法解释的现象，如黑体辐射、低温下的固体比热窖、固体中的电子为什么对 比热的贡献如此小等等，都得到了合理的解释。 固体物理学 固体物理学是研究固体的性质、它的微观结构及其各种内部运动，以及这种微观结构和内部运 动同固体的宏观性质的关系的学科。固体的内部结构和运动形式很复杂，这方面的研究是从晶体开 始的，因为晶体的内部结构简单，而且具有明显的规律性，较易研究。以后进一步研究一切处于凝 聚状态的物体的内部结构、内部运动以及它们和宏观物理性质的关系。这类研究统称为凝聚态物理 学。 固体中电子的运动状态服从量子力学和量子电动力学的规律。在晶体中，原子(离子、分子)有 规则地排列，形成点阵。20世纪初劳厄和法国科学家布拉格父子发展了X射线衍射法，用以研究晶体 点阵结构。第二次世界大战以后，又发展了中子衍射法，使晶体点阵结构的实验研究得到了进一步 发展。 在晶体中，原子的外层电子可能具有的能量形成一段一段的能带。电子不可能具有能带以外的 能量值。按电子在能带中不同的填充方式，可以把晶体区别为金属、绝缘体和半导体。能带理论结 合半导体锗和硅的基础研究，高质量的半导体单晶生长和掺杂技术，为晶体管的产生准备了理论基 础。 电子具有自旋和磁矩，它们和电子在晶体中的轨道运动一起，决定了晶体的磁学性质，晶体的 许多性质(如力学性质、光学性质、电磁性质等)常常不是各向同性的。作为一个整体的点阵，有大 量内部自由度，因此具有大量的集体运动方式，具有各式各样的元激发。 晶体的许多性质都和点阵的结构及其各种运动模式密切相关，晶体内部电子的运动和点阵的运 动之间相耦合，也对固体的性质有重要的影响。例如1911年发现的低温超导现象；1960年发现的超 导体的单电子隧道效应。这些效应都和这种不同运动模式之间的耦合相关。 晶体内部的原子可以形成不同形式的点阵。处于不同形式点阵的晶体，虽然化学成分相同，物 理性质却可能不同。不同的点阵形式具有不同的能量：在低温时，点阵处于能量最低的形式；当晶