正文 266章 物理學之量子力學 1 文 / 月之輪迴
量子物理學，是為描述遠離我們的日常生活經驗的抽像原子世界而創立的，但它對日常生活的影響無比巨大。沒有量子力學作為工具，就不可能有化學、生物、醫學以及其他每一個關鍵學科的引人入勝的進展。沒有量子力學就沒有全球經濟可言，因為作為量子力學的產物的電子學革命將我們帶入了計算機時代。同時，光子學的革命也將我們帶入信息時代。量子物理的傑作改變了我們的世界，科學革命為這個世界帶來了的福音，也帶來了潛在的威脅。
量子物理學是人們研究微觀世界的理論，也有人稱為研究量子現象的物理學。由於宏觀物體是由微觀世界建構而成的，因此量子物理學不僅是研究微觀世界結構的工具，而且在深入研究宏觀物體的微結構和特殊的物理性質中也發揮著巨大作用。我們把科學家們在研究原子、分子、原子核、基本粒子時所觀察到的關於微觀世界的系列特殊的物理現象稱為量子現象。
量子世界除了其線度極其微小之外（10-10∼10-15m量級），另一個主要特徵是它們所涉及的許多宏觀世界所對應的物理量往往不能取連續變化的值，（如：坐標、動量、能量、角動量、自旋），甚至取值不確定。許多實驗事實表明，量子世界滿足的物理規律不再是經典的牛頓力學，而是量子物理學。
建立
量子物理學是在20世紀初，物理學家們在研究微觀世界（原子、分子、原子核…）的結構和運動規律的過程中，逐步建立起來的。
量子概念是1900年普朗克首先提出的，期間，經過玻爾、德布羅意、玻恩、海森柏、薛定諤、狄拉克、愛因斯坦等許多物理大師的創新努力，到20世紀30年代。初步建立了一套完整的量子力學理論。
基本特徵
儘管量子力學是為描述遠離我們的日常生活經驗的抽像原子世界而創立的，但它對日常生活的影響無比巨大。沒有量子力學作為工具，就不可能有化學、生物、醫學以及其他每一個關鍵學科的引人入勝的進展。沒有量子力學就沒有全球經濟可言。因為作為量子力學的產物的電子學革命將我們帶入了計算機時代。同時，光子學的革命也將我們帶入信息時代。量子物理的傑作改變了我們的世界。科學革命為這個世界帶來了的福音，也帶來了潛在的威脅。
獨特地位：量子理論是科學史上能最精確地被實驗檢驗的理論，是科學史上最成功的理論。量子力學深深地困擾了它的創立者，然而，直到它本質上被表述成通用形式的今天，一些科學界的精英們儘管承認它強大的威力，卻仍然對它的基礎和基本闡釋不滿意。
馬克斯.普朗克（k）提出量子概念100多年了，在他關於熱輻射的經典論中。普朗克假定振動系統的總能量不能連續改變，而是以不連續的能量子形式從一個值跳到另一個值。能量子的概念太激進了，普朗克後來將它擱置下來。隨後，愛因斯坦在1905年（這一年對他來說是非凡的一年）認識到光量子化的潛在意義。不過量子的觀念太離奇了，後來幾乎沒有根本性的進展。現代量子理論的創立則是嶄新的一代物理學家花了20多年時間建立的。
內容
量子物理實際上包含兩個方面。一個是原子層次的物質理論：量子力學，正是它我們才能理解和操縱物質世界；另一個是量子場論，它在科學中起到一個完全不同的作用。
舊量子論
量子革命的導火線不是對物質的研究，而是輻射問題。具體的挑戰是理解黑體（即某種熱的物體）輻射的光譜。烤過火的人都很熟悉這樣一種現象：熱的物體發光，越熱發出的光越明亮。光譜的範圍很廣，當溫度升高時。光譜的峰值從紅線向黃線移動，然後又向藍線移動（這些不是我們能直接看見的）。結合熱力學和電磁學的概念似乎可以對光譜的形狀作出解釋，不過所有的嘗試均以失敗告終。然而。普朗克假定振動電子輻射的光的能量是量子化的，從而得到一個表達式，與實驗符合得相當完美。但是他也充分認識到，理論本身是很荒唐的，就像他後來所說的那樣：「量子化只不過是一個走投無路的做法」。
普朗克將他的量子假設應用到輻射體表面振子的能量上，如果沒有新秀阿爾伯特.愛因斯坦（in），量子物理恐怕要至此結束。1905年，他毫不猶豫的斷定：如果振子的能量是量子化的，那麼產生光的電磁場的能量也應該是量子化的。儘管麥克斯韋理論以及一個多世紀的權威性實驗都表明光具有波動性。愛因斯坦的理論還是蘊含了光的粒子性行為。隨後十多年的光電效應實驗顯示僅當光的能量到達一些離散的量值時才能被吸收，這些能量就像是被一個個粒子攜帶著一樣。光的波粒二象性取決於你觀察問題的著眼點。這是始終貫穿於量子物理且令人頭痛的實例之一，它成為接下來20年中理論上的難題。
輻射難題促成了通往量子理論的第一步。物質悖論則促成了第二步。眾所周知，原子包含正負兩種電荷的粒子，異號電荷相互吸引。根據電磁理論，正負電荷彼此將螺旋式的靠近，輻射出光譜範圍寬廣的光，直到原子坍塌為止。
接著，尼爾斯.玻爾（nielsbohr）邁出了決定性的一步。1913年，玻爾提出了一個激進的假設：原子中的電子只能處於包含基態在內的定態上，電子在兩個定態之間躍遷而改變它的能量，同時輻射出一定波長的光，光的波長取決於定態之間的能量差。結合已知的定律和這一離奇的假設，玻爾掃清了原子穩定性的問題。玻爾的理論充滿了矛盾，但是為氫原子光譜提供了定量的描述。他認識到他的模型的成功之處和缺陷。憑借驚人的預見力，他聚集了一批物理學家創立了新的物理學。一代年輕的物理學家花了12年時間終於實現了他的夢想。
開始時，發展玻爾量子論（習慣上稱為舊量子論）的嘗試遭受了一次又一次的失敗。接著一系列的進展完全改變了思想的進程。?
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23年路易.德布羅意（louisdebroglie）在他的博士論中提出光的粒子行為與粒子的波動行為應該是對應存在的。他將粒子的波長和動量聯繫起來：動量越大，波長越短。這是一個引人入勝的想法，但沒有人知道粒子的波動性意味著什麼，也不知道它與原子結構有何聯繫。然而德布羅意的假設是一個重要的前奏，很多事情就要發生了。(未完待續)