[科普中國]-對(duì)應(yīng)原理

背景

1914年以來，德國的物理學(xué)家夫蘭克和赫茲通過實(shí)驗(yàn)證明了玻爾定態(tài)假設(shè)的正確性，但是定態(tài)的概念卻與傳統(tǒng)的物理學(xué)理論勢(shì)不兩立。玻爾早就注意到，他的理論是過渡性的，為了描述微觀世界，需要一種全新的理論。1913年以后，由于第一次世界大戰(zhàn)留下相當(dāng)?shù)目瞻?，可是通過光譜儀的研制，對(duì)玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論細(xì)致加工、潤飾的工作穩(wěn)步而順利地進(jìn)行著。在此期間，作為發(fā)現(xiàn)新理論的線索，玻爾推敲了對(duì)應(yīng)原理的思想。其萌芽早在1913年最初的論文中就已經(jīng)出現(xiàn)了，到1918年，才采取了明確的形勢(shì)。

基本概念對(duì)應(yīng)原理的主要內(nèi)容是：在原子范疇內(nèi)的現(xiàn)象與宏觀范圍內(nèi)的現(xiàn)象可以各自遵循本范圍內(nèi)的規(guī)律，但當(dāng)把微觀范圍內(nèi)的規(guī)律延伸到經(jīng)典范圍時(shí)，則它所得到的數(shù)值結(jié)果應(yīng)該與經(jīng)典規(guī)律所得到的相一致。

玻爾提出的對(duì)應(yīng)原理是舊量子論的第二個(gè)基礎(chǔ)性原理，這一原理面對(duì)的核心問題是定態(tài)躍遷時(shí)經(jīng)典力學(xué)對(duì)量子力學(xué)的形式適應(yīng)性。該原理的確立，使得電子運(yùn)動(dòng)學(xué)與發(fā)射輻射特征之間具有了關(guān)聯(lián)，并成為量子理論中分析那些涉及發(fā)射輻射精細(xì)問題（如光譜線強(qiáng)度、譜線極化）時(shí)必不可少的一個(gè)概念工具，對(duì)于那些通過周期系統(tǒng)和條件周期系統(tǒng)不能獲得解決的問題，對(duì)應(yīng)原理導(dǎo)出的結(jié)果也能很好地與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。1

對(duì)應(yīng)原理的極限表達(dá)對(duì)應(yīng)原理從理論的邏輯結(jié)構(gòu)上使量子理論與經(jīng)典理論得以溝通，是一條重要的理論架構(gòu)的自恰理論?？紤]到經(jīng)典理論與量子理論二者之間最本質(zhì)的區(qū)別在于“連續(xù)”和“不連續(xù)”的特征，而兩者轉(zhuǎn)化的標(biāo)準(zhǔn)是某種極限條件。

因此，對(duì)應(yīng)原理可以用極限概念加以描述，這對(duì)于透徹理解其物理思想是至關(guān)重要性的。對(duì)應(yīng)原理一般可有兩種表述方式：

（1）在大量子數(shù)極限情況下，量子體系的行為將漸近地趨于經(jīng)典力學(xué)體系。

（2）在普朗克常數(shù)h趨于零的極限情況下，量子力學(xué)可以形式地過渡為經(jīng)典力學(xué)。2

應(yīng)用與發(fā)展對(duì)應(yīng)原理對(duì)物理學(xué)發(fā)展的作用突出表現(xiàn)在量子論的形成和矩陣力學(xué)的建立上。首先，在能量子理論和光的波粒二象性理論提出的過程中，普朗克和愛因斯坦都潛意識(shí)地受到了對(duì)應(yīng)原理基本思想的啟發(fā)，而海森伯、伯恩等正是在對(duì)應(yīng)原理的指導(dǎo)下建立了矩陣力學(xué)。3

在對(duì)應(yīng)原理的指導(dǎo)下，德國物理學(xué)家海森伯于1925年完成了矩陣力學(xué)。由于以往的理論知識(shí)個(gè)別地、即興地應(yīng)用對(duì)應(yīng)原理，因而具有設(shè)法給出種種答案的特征，海森伯卻與此不同，他想得出處理問題的首尾一貫的方法。為此，他放棄了從因果上追尋原子內(nèi)電子行為這一處理問題的方法，而追求一種求解與實(shí)驗(yàn)事實(shí)直接對(duì)應(yīng)的原子的總能量和躍遷幾率的方法。