量子力學簡史

由伽利略和牛頓等人於17世紀創立的經典物理學，經過18世紀在各個基礎部門的拓展，到19世紀得到了全面、系統和迅速的發展，達到了它輝煌的頂峰。到19世紀末，已建成了一個包括力、熱、聲、光、電諸學科在內的、宏偉完整的理論體系。

經典力學、經典電動力學、經典熱力學和統計力學形成了物理世界的三大支柱。它們緊緊地結合在一塊兒，構築起了一座華麗而雄偉的殿堂。

人們也許終於可以相信，上帝造物的奧秘被他們所完全掌握了，再沒有遺漏的地方。

物理學家們開始相信，這個世界所有的基本原理都已經被發現了，物理學已經盡善盡美，它走到了自己的極限和盡頭，再也不可能有任何突破性的進展了。著名的科學家基爾霍夫說：「物理學的未來，將只有在小數點第六位後面去尋找」。普朗克的導師甚至勸他不要再浪費時間去研究這個已經高度成熟的體系。

19世紀的最後一天，歐洲著名的科學家歡聚一堂。會上，英國著名物理學家湯姆生（即開爾文男爵）發表了新年祝詞。他在回顧物理學所取得的偉大成就時說，物理大廈已經落成，所剩只是一些修飾工作。

同時，他在展望20世紀物理學前景時，卻若有所思地講道：「在物理學的美麗而晴朗的天空卻被兩朵烏雲籠罩著。」

這令人不安的烏雲，一朵是以太漂移實驗的否定結果，另一朵是黑體輻射的紫外災難。

從第一朵烏雲中降生了相對論，緊接著從第二朵烏雲中降生了量子論。經典物理學的大廈被徹底動搖。

實際上「烏雲」不止這兩朵，還包括：

1895年，倫琴(Wilhelm Konrad Rontgen)發現了X射線。

1896年，貝克勒爾(Antoine Herni Becquerel)發現了鈾元素的放射現象。

1897年，居里夫人(Marie Curie)和她的丈夫皮埃爾·居里研究了放射性，並發現了更多的放射性元素：釷、釙、鐳。

1897年，J.J.湯姆遜(Joseph John Thomson)在研究了陰極射線後認為它是一種帶負電的粒子流。電子被發現了。

1899年，盧瑟福(Ernest Rutherford)發現了元素的嬗變現象。

就是這幾朵烏雲帶來了一場震撼整個物理學界的革命風暴，導致了現代物理學的誕生。

為解決黑體輻射問題，1900年12月14日，普朗克衝破經典物理機械論的束縛，提出了量子論，標誌著人類對量子認識的開始。這一天也就成為了量子力學的誕辰。

接著1905年，愛因斯坦受普朗克量子化的思想啟發，引進光量子(光子)的概念，成功地解釋了光電效應。1905年被稱為科學史上的奇蹟年，愛因斯坦在這一年發表了6篇論文，3月18日，發表了剛才提到的關於光電效應的文章，成為了量子論的奠基石之一，他也為此獲得了諾貝爾獎。4月30日，發表了關於測量分子大小的論文，這位他贏得了博士學位。5月11和12月19日，兩篇關於布朗運動的論文，成了分子論的里程碑。6月30日，發表題為《論運動物體的電動力學》的論文，這個不起眼的題目後來被加上了一個如雷貫耳的名稱，叫做「狹義相對論」。9月27日，發表了關於物體慣性和能量的關係，這是狹義相對論的進一步說明，並且在其中提出了著名的質能方程E=MC^2。單單這一年的工作，便至少配得3個諾貝爾獎。

1913年，玻爾在盧瑟福有核原子模型的基礎上建立起原子的量子理論。玻爾是個看上去沉默駑鈍的人，可是重劍無鋒，大巧不工，在他一生中幾乎沒有輸過哪一場認真的辯論。可見波爾是個十分厲害的人，他於1922年獲得諾貝爾獎，他的小兒子在1975年在量子力學領域獲得諾貝爾獎，他的學生海森堡，泡利，狄拉克、朗道獲得諾貝爾獎。

在人們認識到光具有波動和微粒的二象性之後，為了解釋一些經典理論無法解釋的現象，法國物理學家德布羅意於1923年提出了物質波這一概念。認為一切微觀粒子均伴隨著一個波，這就是所謂的德布羅意波。德布羅意可以說是一個奇才，本來是個研究歐洲歷史的，半路出家學了物理。德布羅意在他五年的研究生生涯幾乎一無事成，他的博士論文也就一頁多一點，他的導師朗之萬拿著他的博士論文不知怎麼辦，就寄給了愛因斯坦，愛因斯坦拿著德布羅意的論文決定很有意思，於是德布羅意就順利拿到了博士學位。

薛定諤看到德布羅意的關於物質波的博士論文，從中受到啟發。將電子的運動看作是波動的結果，其運動的方程應該是波動方程，方程決定著電子的波動屬性。1926年薛定諤連續發表了4篇關於量子力學的論文，標誌著波動力學的建立。然而薛定諤並不能指出波動方程的具體含義，而是由玻恩指出薛定諤的波函數是一種概率的振幅，它的模的平方對應於側到的電子的概率的分布。二戰是納粹迫害猶太人，薛定諤向美國遞交移民申請卻沒通過，作為一個諾貝爾獎得主卻被美國拒之門外，大家一定感動很奇怪。這是因為薛定諤道德上有問題，他有不少情婦，還有好幾個私生子。

第一個提出完整的量子力學理論的，是德國物理學家海森堡。海森堡從粒子的角度出發，在玻恩和約爾當的幫助下，海森堡矩陣力學的相關理論。

雖然海森堡的矩陣力學和薛定諤的波動力學出發點不同，從不同的思想發展而來，但它們解決同一問題是得到的結果確實一樣的。兩種體系的等價性的。

由於海森堡和薛定諤在量子力學建立開創性的工作，他們分別獲得了1932年、1933年的諾貝爾物理學獎。

1928年狄拉克提出相對量子力學，使量子力學和相對論結合起來。狄拉克是個沉默寡言，喜好孤獨，淡泊名利的人。有一次狄拉克在某大學演講，講完後一個觀眾起來說：「狄拉克教授，我不明白你那個公式是如何推導出來的。」狄拉克看著他久久地不說話，主持人不得不提醒他，他還沒有回答問題。「回答什麼問題？」狄拉克奇怪地說，「他剛剛說的是一個陳述句，不是一個疑問句。」

1925年，泡利提出不相容原理。

1927年，海森堡提出不確定性原理。量子力學到此可以說是基本的框架已經建立。

在量子力學誕生之初著名的物理學家波爾茲曼就因為不能就是經典物理學的局限性，在1906年選擇了自殺。1934年，荷蘭物理學家埃倫菲斯特因感覺在量子力學裡力不從心而結束了自己的生命。

量子力學的創始人愛因斯坦，德布羅意，薛定諤因不能接受量子力學太多的概率成分和不確定因素，而站到了量子力學的對立面。於是形成了以愛因斯坦為首反對派和以波爾為首的擁護派兩大陣營。他們開始了長久的論證。1935年，薛定諤提出了著名的薛定諤貓，愛因斯坦提出EPR佯謬。

來源：量子科學

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