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物理学家告诉你走近量子纠缠(2):男孩物理学
(科学网张天蓉博客,收藏有删减)

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走近量子纠缠(2)男孩物理学​  
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量子力学不同于相对论和牛顿力学,它可说是有史以来最出色和最富激情的一代物理学家集体努力的成果。当年,那一批争奇斗艳、光彩夺目的科学明星,大多数是2030岁的年龄。当他们对量子力学作出重要贡献的时候,量子力学就被人们称为“男孩物理学”。

爱因斯坦1905年提出光量子假说,26岁;

玻尔1913年提出原子结构理论,28岁;

德布罗意1923年提出德布罗意波,31岁;

海森堡1925年~1927年创立矩阵力学和测不准原理,2426岁;

还有泡利25岁,狄拉克23岁、乌仑贝克25岁、古德施密特23岁、约尔当23岁等。只有36岁的薛定谔、43岁的波恩、42岁的普朗克,算是叔叔、爷爷的辈份。

物理学家们将量子力学诞生之日定为1900年12月14日,这是普朗克在柏林宣读他关于黑体辐射的论文的那一天。在此之前,是由牛顿力学加上麦克斯韦方程建造的宏伟物理理论大厦,当认定“光是一种电磁波,符合美妙无比的麦克斯韦方程,其余的物质粒子符合牛顿力学”之后,物理学界以为一切万事大吉。可是晴朗的天空飘起了两片不起眼的小乌云:迈克尔逊-莫雷实验找不到“以太风”,黑体辐射实验引发了“紫外灾难”。

之后的100多年,整个物理学争论的仍然是最古老最困惑人的问题:“光,到底是什么?物质,又是什么?”更具体说,“光和物质到底是粒子还是波?”第一片乌云动摇了牛顿力学,诞生了爱因斯坦的相对论;第二片乌云引出了这里正要讨论的量子理论。由经典理论推导的维恩公式和瑞利-琼斯公式,与黑体辐射的实验结果不相符合,导致“当辐射的频率趋于无穷大时,辐射能量发散”的所谓“紫外灾难”。接下来就是“男孩”登场了。

普朗克假设黑体辐射时,能量不是连续的,而是一份一份地发射出来。他导出一个新的公式,与实验符合得很好。

1905年,26岁的爱因斯坦对光电效应的贡献才真正使人们看到了量子概念所闪现的光芒。

1913年,28岁的波尔在卢瑟福模型中引进普朗克常数,提出了量子化的氢原子结构理论:电子轨道不是连续变化的,而是只能处于一个一个分立的能级状态,即电子轨道也是量子化的,从而解决了卢瑟福原子“行星模型”在经典力学框架下不稳定的困难。但是,波尔的原子理论仍然是建立在经典物理之上,他不是彻底的量子理论。

1923年,31岁的德布罗意提出物质波。1925年,24岁的海森堡创立矩阵力学,以及1926年,37岁的薛定谔建立薛定谔方程。在这些“男孩”们的努力下,“男孩物理学”量子力学逐步建立起来。

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