量子力学研究论文
Feynman的处理量子理论的新方法，应该是指Feynman的路径积分量子化。以作用量的形式给出了量子化方法，有利于向相对论情况推广。事实上，任何一本高等量子力学，量子场论的教材应该都会涉及到费曼的路径积分量子化。不过位置的确不尽相同，详尽也不一样。如果你想要的是Feynman自己的文章（其实没什么区别，毕竟物理主要是思想，Feynman是提出者），《量子力学与路径积分》是费曼的书(资源只要百度就好)。但其实一些好一点的高等量子力学以及基础的量子场论书籍更适合入门，所以再推荐一本Quantum Field Theory in a Nutshell .与其他书不同的是，这本书不算太实用，因为不涉及计算，但却是少有的从路径积分量子化入手的书。这两本书的特点是不需要太多算子量子力学的知识，相对容易理解，但相对不易计算。所以如果要系统的学习应该还是一步一步从基本的量子力学走起。
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是处理量子理论的一种新方?距离感
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量子力学的发展研究论文
1913年，玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念，提出玻尔的原子理论，对氢光谱作出了满意的解释，使量子论取得了初步胜利。随后，玻尔、索末菲和其他物理学家为发展量子理论花了很大力气，却遇到了严重困难，旧量子论陷入困境。
1923年，德布罗意提出了物质波假说，将波粒二象性运用于电子之类的粒子束，把量子论发展到一个新的高度。
1925年-1926年薛定谔率先沿着物质波概念成功地确立了电子的波动方程，为量子理论找到了一个基本公式，并由此创建了波动力学。
几乎与薛定谔同时，海森伯写出了以“关于运动学和力学关系的量子论的重新解释”为题的论文，创立了解决量子波动理论的矩阵方法。
1925年9月，玻恩与另一位物理学家约丹合作，将海森伯的思想发展成为系统的矩阵力学理论。不久，狄拉克改进了矩阵力学的数学形式，使其成为一个概念完整、逻辑自洽的理论体系。
1926年薛定谔发现波动力学和矩阵力学从数学上是完全等价的，由此统称为量子力学，而薛定谔的波动方程由于比海森伯的矩阵更易理解，成为量子力学的基本方程。
不确定性
海森伯不确定原则是量子论中最重要的原则之一。最初的不确定性原理指出，不可能同时精确地测量出粒子的动量和位置，因为在测量过程中仪器会对测量过程产生干扰，测量其动量就会改变其位置，反之亦然。
量子理论跨越了牛顿力学中的死角，在解释事物的宏观行为时，只有量子理论能处理原子和分子现象中的细节。但是，这一新理论所产生的似是而非的矛盾说法比光的波粒二重性还要多。牛顿力学以确定性和决定性来回答问题，量子理论则用可能性和统计数据来回答。
量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。 1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解释了黑体辐射现象。 1905年，爱因斯坦引进光量子(光子)的概念，并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系，成功地解释了光电效应。其后，他又提出固体的振动能量也是量子化的，从而解释了低温下固体比热问题。 1913年，玻尔在卢瑟福有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。按照这个理论，原子中的电子只能在分立的轨道上运动，原子具有确定的能量，它所处的这种状态叫“定态”，而且原子只有从一个定态到另一个定态，才能吸收或辐射能量。这个理论虽然有许多成功之处，但对于进一步解释实验现象还有许多困难。 在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后，为了解释一些经典理论无法解释的现象，法国物理学家德布罗意于1923年提出微观粒子具有波粒二象性的假说。德布罗意认为：正如光具有波粒二象性一样，实体的微粒(如电子、原子等)也具有这种性质，即既具有粒子性也具有波动性。这一假说不久就为实验所证实。 由于观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律，描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。当粒子的大小由微观过渡到宏观时，它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学量子力学与经典力学的差别首先表现在对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。在量子力学中，粒子的状态用波函数描述，它是坐标和时间的复函数。为了描写微观粒子状态随时间变化的规律，就需要找出波函数所满足的运动方程。这个方程是薛定谔在1926年首先找到的，被称为薛定谔方程。当微观粒子处于某一状态时，它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值，而具有一系列可能值，每个可能值以一定的几率出现。当粒子所处的状态确定时，力学量具有某一可能值的几率也就完全确定。这就是1927年，海森伯得出的测不准关系，同时玻尔提出了并协原理，对量子力学给出了进一步的阐释。量子力学和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学。经狄拉克、海森伯和泡利等人的工作发展了量子电动力学。20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论——量子场论，它构成了描述基本粒子现象的理论基础。量子力学是在旧量子论建立之后发展建立起来的。旧量子论对经典物理理论加以某种人为的修正或附加条件以便解释微观领域中的一些现象。由于旧量子论不能令人满意，人们在寻找微观领域的规律时，从两条不同的道路建立了量子力学。1925年，海森堡基于物理理论只处理可观察量的认识，抛弃了不可观察的轨道概念，并从可观察的辐射频率及其强度出发，和玻恩、约尔丹一起建立起矩阵力学；1926年，薛定谔基于量子性是微观体系波动性的反映这一认识，找到了微观体系的运动方程，从而建立起波动力学，其后不久还证明了波动力学和矩阵力学的数学等价性；狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论，给出量子力学简洁、完善的数学表达形式，海森堡还提出了测不准原理。1926年，苏黎世大学的奥地利物理学家薛定谔发展了另一种形式的量子力学—波动力学。1925年10月，薛定谔得到了一份德布罗意的关于物质波的博士论文，从中受到启发。将电子的运动看作是波动的结果，其运动的方程应该是波动方程，方程决定着电子的波动属性。1926年薛定谔连续发表了4片关于量子力学的论文，标志着波动力学的建立。薛定谔的理论一提出来就受到物理学奖的普遍关注和赞赏虽然海森堡的矩阵力学和薛定谔的波动力学出发点不同，从不同的思想发展而来，但它们解决同一问题是得到的结果确实一样的。两种体系的等价性也由薛定谔等人所证明，当然更高层次的证明是由英国物理学家狄拉克进行的，这将在后面有所涉及。由于海森堡和薛定谔在量子力学建立开创性的工作，他们分别获得了1932年、1933年的诺贝尔物理学奖。1926年，玻恩把薛定谔的波动方程用于量子力学的散射过程，从而提出了波函数的统计解释，量子力学才真正从一大堆的假设中找到了科学道理。玻恩认为只有薛定谔的那种形式才能对非周期性的现象给出简单的描述。经过充分的研究后，玻恩指出薛定谔的波函数是一种概率的振幅，它的模的平方对应于侧到的电子的概率的分布这个解释的确给我们一个清晰的图像，在电子衍射时，后面的屏上电子的分布确实是电子的波函数叠加的结果，电子射到某点的概率完全可以计算出来。实验的结果与理论符合的很好。量子力学到此可以说是基本的框架已经建立，后面还有很多需要完善的地方。狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论，给出量子力学简洁、完善的数学表达形式；希尔伯特在1927年4月发表的一片文章中，将狄拉克和约尔丹观念表述的更为清楚；海森堡在1927，又提出了微观现象的测不准原理；1929年海森堡和泡利提出相对论性量子场论等。到现在量子力学理论已经相当丰富，然而完善工作还在由世界各地的理论物理学家们继续进行着。在将来，或许会有更好的理论代替量子理论，这需要我们以后的理论工作进一步辛勤无私的奉献。
量子力学是怎么发展的？量子到底是什么意思？都有哪些科学家做出贡献？爱因斯坦又做了哪些贡献？
第1节 旧 量子理论 一、两朵乌云 我们的故事要从近代物理学的诞生那一刻说起。 自伽利略发明望远镜打开宇宙的大门开始，我们的物理发展就一发不可收拾，呈现出欣欣向荣的局面，直到牛顿出现以后我们的物理学逐渐走向了成熟与完善。 牛顿对物理学倾注了大量的心血，发现并完善了各种物理理论，对当今物理学的发展起着至关重要的作用，使其逐渐形成了由 热力学、能量守恒定律、统计物理学组成的近代经典物理学体系，从此，人们便生活在经典物理的世界之中。 回想当初，人们构建起来的经典物理图景是如此的优美、多么令人陶醉，并为人类的发展作出了不可磨灭的贡献。以至于当时人们都相信，经典物理体系几乎可以解释一切物理现象，这个世界所有的基本定律都已经被发现了，物理学已经走到了自己的极限和尽头，再也不可能有任何突破性进展了。 然而，到十九世纪末，各种各样新的物理理论，在和煦温暖的经典物理世界里早已暗流涌动，严重冲击着经典物理学那辉煌的大厦，最出名的要数在物理学上空笼罩着的“两朵乌云”。 时间流逝到了1900年，那是一个动荡不安的岁月。 那一年，中国正是清朝政府统治时期。在中国境内，八国联军正在和义和团展开激烈的战争。在西方 ， 正经历了工业革命以后的大发展时期。 1900年4月，伦敦上空依旧雾气弥漫，正在浓雾中举行的英国皇家研究所报告会上，开尔文勋爵发表了一篇演讲。 70多岁的开尔文在演讲中带着浓厚的爱尔兰口音沉重而大声说道：经典物理学的大厦已经趋近完美，未来的物理学家只需要进行边边角角的修补即可，只需要将常数小数点后的精度提高几位而已，剩下的只不过是再做一些查缺补漏的工作。当然，敏锐的勋爵并没有把话说绝。在最后，勋爵停顿了一下，又低沉的说道：当然，在晴朗的天空上还漂浮着令人不安“两朵乌云”，这“两朵乌云”使我们的物理学显得黯然失色了。 开尔文勋爵或许不会想到，在这雾霭沉沉季节的一篇演讲稿从此会名垂青史，“两朵乌云”从此在物理学上留下了浓重的一笔。 正是这“两朵乌云”，最后酿成了一场席卷物理界的风暴。 开尔文能够发现两朵乌云，并为之忧心忡忡，足以证明他富有远见。 “两朵乌云”，一朵是迈克尔逊-迈雷实验，一朵是黑体辐射。前者，为了验证传说中“以太”的存在，迈克尔逊设计了一套相当精彩的实验仪器——迈克耳逊干涉仪。然而，实验的结果坚定的否决了以太的存在。这种结果，让经典物理学处于进退两难境地，物理界顿时陷入迷茫之中，光究竟是依靠什么传播的，为何光速恒定为30万公里每秒。 最终，“这朵乌云”让科学家放弃了以太理论重新去审视光的本质，引出了相对论。 再说后一朵乌云， 指的是黑体辐射实验和理论的不一致。在开尔文发表演讲的时候，这个不一致的问题，还没有任何解决的线索，“这朵乌云”最后结局是把量子力学送上了世界科学的舞台，开始发挥它那强大的威力。 很早时候，人们就开始注意到物体的热和辐射之间有一定的联系，比如说一块金属放在火上加热，随着温度的升高，它的颜色会发生变化，它会变得暗红起来，随着温度再升高，它会变得橙黄，到了极高温时，如果他没有汽化，将可以看到蓝白色。也就是说物体的热辐射所发出的光和温度有着一定比例关系，问题是物体发出的光和它的温度之间究竟有怎样的函数关系。 为了找到这个关系，许多物理学家投入了大量的研究，物变成为理学家们在理论上假设了一种理想物体——黑体，来作为热辐射研究的标准物体。黑体是一种能够全部吸收外来辐射而毫无任何反射，这是一种吸收率100%的纯黑色物体。 直到19世纪末，研究这方面理论的科学家，都没有取得任何进展。 那么光到底是一种粒子还是一种波？不解决这个难题，物理学没法继续发展，而开尔文在台上描述“第二朵乌云”的时候，人们还不知道这个问题最后将带来一个怎样的结果。但是，在1900年新世纪来临的那一刻，也带来了物理学的一个新纪元，量子力学的一个主角——德国人马克斯普朗克将拉开物理学崭新的一幕。 二、能量子理论 普朗克，德国人，生于1858年。最开始，普朗克的研究兴趣本来集中在经典热力学领域，但是在1896年年，他对黑体辐射表现出了极大的兴趣。 在研究中，普朗克在其他科学家失败的基础上，决定抛却心中一切传统理论，找到一条独辟蹊径的理论来研究黑体辐射。最终他发现，要使黑体辐射公式成立，就必须做一个假定，假定光在发射或吸收能量的时候不是连续不断的，而是一份一份的！这样子才能导出黑体辐射公式。 这个决定看似简单，却是一个非常了不起的发现，因为它和当时一切物理学观念都截然相反，如果是真的，那就等于颠覆了物理学的基石，让整个物理学得去重新建造。 比如说：水被加热到沸腾是100摄氏度，我们理所当然的认为水温在某个时间会达到50摄氏度，达到60摄氏度，达到70摄氏度达到99摄氏度，总之水温一定会通过100摄氏度之前所有的数值，它会在某个时刻，精确的等于那个值，一直连续不断慢慢的上升到100摄氏度为止。 人们从未怀疑过这种连续性、平滑性的角色，因为它是微积分的根本基础，是牛顿、麦克斯韦的物理体系基础，而现在普朗克却站出来说，水温有可能不经过100度之前的某个数值，而直接跨过去直奔100度，这怎么可能呢？这真是一种太奇怪的说法。 普朗克的理论说明光也有一个最小的单位，这些最小单位组合在一起就形成了光，就好比我们上楼梯，每次都至少要跨上一个台阶，绝不可能跨上1/2，3/4个台阶，在这里每个台阶就是一个最小的单位。而光也是这样子，按照最小单位一份一份的发出，这两个最小单位之间，是我们无法认识的禁区，换言之，光是不可能无限细分下去的，有一个最小的能量单位，光就是这些能量单位组合的表现。 而且至关重要的是，可以从普朗克的公式里推算出最小单位的精确数字，它约等于×10的-34焦耳每秒，这个单位非常小，小到是天文数字一样，身后就有30多个零，但是这么小的一个数字，目前已成为科学中最重要的常数，被命名为普朗克常数。 普朗克 在研究中还 发现，如作如下假定 ， 则可从理论上导出其黑体辐射公式：对于一定频率ν的辐射，物体只能以hν为能量单位吸收或发射它，h称之为普朗克常数。换言之，物体吸收或发射电磁辐射，只能以量子的方式进行，每个量子的能量为E=hν，称为作用量子。 从经典力学来看，能量 是 不连续的 、单个离散的 概念是绝对不允许的。普朗克假设单独量子谐振子吸收和放射的辐射能是 一份一份 的，这一观点严重地冲击了经典物理学 ，受到当时广大物理学家的强烈反对。 普朗克的能量子理论告诉人们，能量子的振动不只发生在光这种物质上，还可以发生在其它任何物质上，任何物质都是连续而又离散的，这颠覆了传统的经典力学观念。 随着时间的推移，人们逐渐认识到普朗克的量子理论是正确的，假设也是有根据的，并渐渐为人们所接受。普兰克量对能量子理论改变了人们的思维， 改变了我们对世界认知的观念，颠覆了以前所有的物理理论现象，是人类发展史上的一次飞跃。 请记住1900年12月14日，普朗克这一天在德国物理学会上宣读了他名垂青史的《黑体光谱中的能量分布》论文。这一天后来被确定为量子力学的诞辰，并成立了普朗克学会来纪念他这一项卓越的成就，目前德国普朗克学会是国际上规模最大威望最高成就最大的由政府资助的自治科学组织。 普朗克提出 的 量子概念 ，对近代科学界来说是了不起的发现，从此一个无形的幽灵开始在人们的心中游荡，这不亚于当年牛顿发现的万有引力定律，量子理论开拓了一门全新的学科领域，后世的任何科学发展基本上都涉及到量子相关理论，这也标志着量子力学的诞生。 尽管普朗克提出能量子理论以后，大多数科学家都对他的能量子理论并不在意，因为他的理论与经典力学格格不如，甚至大多数科学家还反对他的结果，认为他的理论只是一个假设，没有任何实验依据，就连普朗克本人也觉得自己的理论有问题。这样子，能量子理论整整被凉了15年，也没有对物理学起到决定性的作用，直到1915年波尔取得成功以后，能量子理论才登上科学的发展舞台 。这也难怪，当时无论是他本人还是其他人都没有对量子的相关概念抱有充分的认知，以至于产生了这样的结果，这也是在必然之中。 而今，绝大多数物理学家已将量子力学视为理解和描述自然的基本理论。量子理论有力地冲击了原有的经典物理学理论，促进物理学发展到更深入的微观世界，从此奠定了现代物理学的开端。 直到现在，物理学家关于量子相关理论还在不断的补充与完善，随着科学家们的不懈努力，量子的相关理论范围还在不断扩大，一些未解之谜还在不断的得到实证，由此也衍生出一些分支理论，如弦理论等。 普朗克发现量子论以后曾告诫人们，量子力学威力巨大，我们一定要谨慎使用，万不得已的时候千万不要使用。足以可见，100多年前普朗克的战略性眼光。今天我们是乎忘记了普朗克的告诫，并在大规模、大范围的使用量子理论。 三、爱因斯坦的光电效应 当普朗克提出能量子理论以后，物理学界对普朗克发现的能量子理论反应极为冷淡，甚至很多科学家都反对普朗克的量子理论，在之后5年之中，没有人对普朗克的能量子加以理会，这样子普朗克的能量子理论被搁置了5年。 直到1905年，爱因斯坦才对普朗克的能量子理论作了进一步推广。 爱因斯坦认为， 不仅黑体和辐射场的能量交换是量子化的，而且辐射场本身就是由不连续的一份一份的光量子组成，每一个光量子的能量与辐射场频率之间满足ε=hν，即它的能量只与光量子的频率有关，而与强度（振幅）无关。 假定一束光射向金属表面，实质上就是把具有能量ε=hν的光子流投射在了金属上。如果照射光的频率过低，即光子流中每个光子能量较小，当他照射到金属表面时，电子吸收了这一光子，它所增加的ε=hν的能量仍然小于电子脱离金属表面所需要的逸出功，电子就不能脱离开金属表面，因而不能产生光电效应。如果照射光的频率高到能使电子吸收后其能量足以克服逸出功而脱离金属表面，就会产生光电效应。 这样，爱因斯坦把能量子理论引入到自己的实验中，成功解释了光电效应现象。他假定光在空间中传播正是像粒子那样运动，这种粒子后来被称为光量子或者光子。 当爱因斯坦提出光量子理论以后，同样受到广大物理学家的强烈反对。 甚至就连当时提出能量子概念的 普朗克也认为爱因斯坦的光量子理论“走的太远” ，偏离了物理学的发展方向，就这样光量子的学说也被人们否定了。 四、玻尔模型 直到 1913年，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔把当时人们持极大怀疑的普朗克、爱因斯坦的量子 论及 当时无人承认的卢瑟福模型，与表面上毫不相干的、当时属于化学范畴的光谱实验巧妙地结合了起来， 这样量子论才被大众所接受。 1910年卢瑟福在实验室里发现原子核是带正电的，而电子周围绕在原子核周围运转，但是这个发现却在理论上极其不可能，因为带负电的电子会一点一点的失去能量，失去能量的电子最终坠毁在原子核上，整个过程发生得非常迅速，连一眨眼的功夫都不到，只有创造一种新理论才能解释这种现象，但那是一件非常困难的事情，很多物理学家都以失败而告终。 卢瑟福的学生波尔没有因为卢瑟福遇到的困难而放弃研究，他凭借着敏锐的洞察力和直觉意识到原子在这样的层面上经典理论将不再成立，只有普朗克的量子概念才会是一个解决问题的切入点，于是他带着量子化的观念去研究电子的运动。 玻尔在研究中发现 ，电子在定态轨道上， 运动过程也是不连续和任意的，其轨道也是量子化的，可以被分成一个一个的小单元，最小单元之间则是电子不可能出现的禁区，电子只能在不同位置之间按照一定的量子单位切换，让你看到他随时出现在不同的位置， 他就像一个高超的魔术师一样，会在舞台上神奇的变换位置，却让你看不到每一步是怎么走的，或者说他是一闪一闪的出现不同的位置。 玻尔还认为，原子核具有一定的能级，当原子吸收能量，原子就跃迁更高能级或激发态，当原子放出能量，原子就跃迁至更低能级或基态，原子能级是否发生跃迁，关键在两能级之间的差值。根据这种理论，与实验符合得相当好。可玻尔理论也具有局限性，对于较大原子，计算结果误差就很大，玻尔还是保留了宏观世界中轨道的概念，其实电子在空间出现的坐标具有不确定性，电子聚集的多，就说明电子在这里出现的概率较大，反之，概率较小。 这是玻尔提出的原子模型概念，这个模型是充分吸收并发展了普朗克的量子假设，这之前的量子理论统称为旧量子论。 波尔以论文的形式发表了自己的理论， 这一理论对后世量子的发展有着深远的影响力，在量子物理发展史上添下了浓重的一笔。 波尔原子模型是 旧量子论 形成的标志 。旧量子论虽然解释了一些现象，但 无 论在逻辑上还是在对实际问题的处理上，都有严重的缺陷与不足。 他的理论同样遭到广大物理学家的普遍反对，包括爱因斯坦在内的物理学家也觉得他这一理论太玄乎了。大多数物理学家并没有承认波尔的理论，尽管如此，波尔的理论仍然对物理学的发展仍然有着重要的意义，是量子物理发展史上具有划时代的重要文献。
量子力学与物质波研究论文
量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解释了黑体辐射现象。1905年，爱因斯坦引进光量子(光子)的概念，并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系，成功地解释了光电效应。其后，他又提出固体的振动能量也是量子化的，从而解释了低温下固体比热问题。1913年，玻尔在卢瑟福有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。按照这个理论，原子中的电子只能在分立的轨道上运动，在轨道上运动时候电子既不吸收能量，也不放出能量。原子具有确定的能量，它所处的这种状态叫“定态”，而且原子只有从一个定态到另一个定态，才能吸收或辐射能量。这个理论虽然有许多成功之处，但对于进一步解释实验现象还有许多困难。在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后，为了解释一些经典理论无法解释的现象，法国物理学家德布罗意于1923年提出了物质波这一概念。认为一切微观粒子均伴随着一个波，这就是所谓的德布罗意波。德布罗意的物质波方程：E=ħω，p=h/λ，其中ħ＝h/2π，可以由E=p²/2m得到λ＝√(h²/2mE)。由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律，描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。当粒子的大小由微观过渡到宏观时，它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学。量子力学与经典力学的差别首先表现在对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。在量子力学中，粒子的状态用波函数描述，它是坐标和时间的复函数。为了描写微观粒子状态随时间变化的规律，就需要找出波函数所满足的运动方程。这个方程是薛定谔在1926年首先找到的，被称为薛定谔方程。当微观粒子处于某一状态时，它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值，而具有一系列可能值，每个可能值以一定的几率出现。当粒子所处的状态确定时，力学量具有某一可能值的几率也就完全确定。这就是1927年，海森伯得出的测不准关系，同时玻尔提出了并协原理，对量子力学给出了进一步的阐释。量子力学和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学。经狄拉克、海森伯（又称海森堡，下同）和泡利（pauli）等人的工作发展了量子电动力学。20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论——量子场论，它构成了描述基本粒子现象的理论基础。量子力学是在旧量子论建立之后发展建立起来的。旧量子论对经典物理理论加以某种人为的修正或附加条件以便解释微观领域中的一些现象。由于旧量子论不能令人满意，人们在寻找微观领域的规律时，从两条不同的道路建立了量子力学。1925年，海森堡基于物理理论只处理可观察量的认识，抛弃了不可观察的轨道概念，并从可观察的辐射频率及其强度出发，和玻恩、约尔丹一起建立起矩阵力学；1926年，薛定谔基于量子性是微观体系波动性的反映这一认识，找到了微观体系的运动方程，从而建立起波动力学，其后不久还证明了波动力学和矩阵力学的数学等价性；狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论，给出量子力学简洁、完善的数学表达形式。海森堡还提出了测不准原理，原理的公式表达如下：ΔxΔp≥ħ/2。
一、德布罗意的科学地位法国著名理论物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，物质波理论的创立者，量子力学的奠基人之一。二、德布罗意的科学贡献德布罗意之前，人们对自然界的认识，只局限于两种基本的物质类型：实物和场。前者由原子、电子等粒子构成，光则属于后者。但是，许多实验结果之间出现了难以解释的矛盾。物理学家们相信，这些表面上的矛盾，势必有其深刻的根源。1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，人们对于光子建立起来的两个关系式 会不会也适用于实物粒子。如果成立的话，实物粒子也同样具有波动性。为了证实这一设想，1923年，德布罗意又提出了作电子衍射实验的设想。1924年，又提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。1927年，戴维孙和革末用实验证实了电子具有波动性，不久，.汤姆孙与戴维孙完成了电子在晶体上的衍射实验。此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。德布罗意的设想最终都得到了完全的证实。这些实物所具有的波动称为德布罗意波，即物质波。三、德布罗意的科学荣誉由于德布罗意的杰出贡献，他获得了很多的荣誉。1929年获法国科学院享利。彭加勒奖章，同年又获诺贝尔物理学奖。1932年，获摩纳哥阿尔伯特一世奖，1952年联合国教科文组织授予他一级卡琳加奖，1956年获法国家科学研究中心的金质奖章。德布罗意于1933年当选为法国科学院院士，1942年以后任数学科学常务秘书。他还是华沙大学、雅典大学等六所著名大学的荣誉博士，是欧、美、印度等18个科学院院士。四、德布罗意的生平1892年8月15日出生于下塞纳，1910年获巴黎大学文学学士学位，1913年又获理学士学位，1924年获巴黎大学博士学位，在博士论文中首次提出了"物质波"概念。1929年获诺贝尔物理学奖。1932年任巴黎大学理论物理学教授，1933年被选为法国科学院院士。1987年逝世。�五、德布罗意的科学生涯德布罗意1892年8月15日出生于法国塞纳河畔的蒂厄浦，是法国一贵族家庭的次子。德布罗意家族自17世纪以来在法国军队、政治、外交方面颇具盛名。祖父J。V。A德布罗意（1821～1901）是法国著名政治家和国务活动家，1871年当选为法国国民议会下院议员，同年担任法国驻英国大使，后来还担任过法国总理和外交部长等职务。德布罗意从18岁开始在巴黎大学学习理论物理，但是因为打算沿其家族传统，以后从事外交活动，他也学习历史，并且于1909年获得历史学位。由于他哥哥（M。德布罗意）是一位实验物理学家，拥有设备精良的私人实验室，从事物理实验研究。因而德布罗意在学习历史的二象性。人类对自然的认识由浅入深、由片面到全面、由现象到本质不断深化。对光本性的认识同时，受到他哥哥的影响，参与一些物理研究工作。从他哥哥那里德布罗意了解到普朗克和爱因斯坦关于量子方面的工作，这些引起了他对物理学的极大兴趣。经过一翻思想斗争之后，德布罗意终于放弃了已决定的研究法国历史的计划，选择了物理学的研究道路，并且希望通过物理学研究获得博士学位。第一次世界大战期间，德布罗意在军队服役，被分配到无线电台工作，中断了他的理论物理研究。1919年，德布罗意重新回到他哥哥的实验室研究X射线，在这里，他不仅获得了许多原子结构的知识，而且接触到X射线时而象波、时而象粒子的奇特性质。德布罗意曾经与其兄就X射线的性质进行了长时间的讨论，他对其兄及其同事们的实验工作发生了浓厚的兴趣。为了对这些现象做出理论解释，1920年，德布罗意重新开始研究理论物理，特别是关于量子问题，他的研究终于取得了可喜成果。1923年9月和10月，德布罗意发表了三篇关于物质波的论文，创立了物质波理论。之后，他投人博士论文的写作，1924年11月他以题为《量子理论的研究》的论文通过博士论文答辩，获得博士学位。在这篇论文中，包括了德布罗意近两年取得的一系列重要研究成果，全面论述了物质波理论及其应用。德布罗意获得博士学位后，继续留在巴黎大学，他又发表了有关波动力学的有创造性的研究成果，同时担任教学任务。德布罗意在神也是沿着这个认识规律发展的。在认识发展中，物质生产水平、实验条件起了决定性的作用，同时促进人类认识水平的不断提高。学院担任了两年义务讲座后，1928年被聘为新建立的巴黎大学享利·彭加勒学院理论物理教授，他担任这一职务从事教学工作一直到1962年退休。1945年以后，他还担任法国原子能委员会顾问。1930年到1950年间，德布罗意的研究工作主要是波动力学的推广，他的研究取得了许多成果，发表了大量评论和论文。1951年以后的一段时间，德布罗意研究粒子和波之间的关系，目的是通过研究用经典的空间和时间概念对波动力学作出因果解释。此时重新研究他于1927年提出的引导波理论，但不久他就放弃这方面的工作，回到了以前的研究领域，探索微观现象产生的原因和决定论的科学哲学观点，用波动力学的观点探讨热力学和分子生物学。德布罗意一生的研究成果颇丰，他的著作就达25本之多。由于德布罗意的杰出贡献，他获得了很多的荣誉。1929年获法国科学院享利。彭加勒奖章，同年又获诺贝尔物理学奖。1932年，获摩纳哥阿尔伯特一世奖，1952年联合国教科文组织授予他一级卡琳加奖，1956年获法国家科学研究中心的金质奖章。德布罗意于1933年当选为法国科学院院士，1942年以后任数学科学常务秘书。他还是华沙大学、雅典大学等六所著名大学的荣誉博士，是欧、美、印度等18个科学院院士。六、物质波理论的形成德布罗意开始研究物理学时，适逢现代物理学发生深刻革命的时期。1900年，普朗克研究黑体辐射时假定谐振子取分立的能量，提出量子的概念，由此出发，他推导出能够描述黑体辐射规律的普朗克黑体辐射公式。但是，人们并没有认识能量子的重要性，只把能量子看作仅仅是在支配物质和辐射相互作用过程中是合适的，频率为V的物质振子仅仅以hV的倍数发射或吸收能量。直到1905年，量子概念才发生了重要发展。1905年，爱因斯坦发表了题为《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文，文中通过对黑体辐射的研究和论证，得到并提出了光量子的概念，并用它成功地解释了光电效应。这一工作的意义之一在于，光量子的概念是在分析和研究黑体辐射基础上得到的，表明量子概念具有比较普遍的意义。爱因斯坦认为：密度小的单色辐射，从其热现象方面的行为看，仿佛是由一些独立的能量所组成。本世纪初期，人们通过对X射线的研究认识到，X射线具有时而象波、时而象粒子的奇特性质。1913年，玻尔提出原子中的电子运动的量子化条件，原子中的电子只有可能进行某些运动，成功地解释了氢原子光谱。玻尔的量子化条件没有理论基础，是人为规定的。1919－1922年，法国物理学家布里渊提出了一个解释玻尔基于化条件的理论。布里渊把电子和波作为一个整体进行研究，设想在原子核周围存在着一层以太，电子在其中运动掀起波，这些波相互干涉在原子核周围形成驻波。这些研究成果，尤其是布里渊的理论对德布罗意提出物质被思想产生巨大影响。德布罗意重新开始研究理论物理，物理学面临着的主要困难是：对于光需要有微粒说和波动说两种理论；确定原子中电子的稳定运动涉及到整数，这些都是当时人们无法理解的事实。德布罗意首先考察光量子理论和玻尔的量子化条件。确定光微粒能量的表达式是W＝hv，这个公式中包含着频率v，而纯粹的粒子理论不包含频率的因素；确定原子中电子的稳定运动涉及到整数，而物理学中涉及到整数的只是干涉现象和本征振动现象。这些结果使德布罗意想到，对于光需要同时引进粒子的概念和周期的概念；对于电子不能简单地用微粒来描述电子本身，还必须赋予它们周期的概念。于是，德布罗意形成了指导他进行研究的全部概念：在所有情况下，都必须假设微粒伴随着波而存在，他的首要目的就是建立微粒的运动和缔合波的传播之间的对应关系。1923年夏末，德布罗意已开始形成他的相波（后来他称为相位波）概念，9月10日，他发表了关于物质波理论的第一篇论文——《波和量子》，文中提出的思想可以被看作是波动力学理论的开端。两个星期后，德布罗意又发表了《光量子、衍射和干涉》的论文，明确提出相干波的概念。文中明确指出：要描述一个动点的运动，观察者必须将这一运动与一个非物质的、在同一方向上传播的正弦波联系起来。在观察者看来，这一波的频率等于上述动点的总能量除以普朗克常量h。同年10月8日，德布罗意发表关于物质波理论的第三篇论文《量子、气体运动理论以及费马原理》。文中阐述了波与粒子的对应关系，他假定与任何粒子相联系的相波，在空间任何点与粒子同相位。相波的频率与速度由粒子的能量和速度所决定。德布罗意的这三篇论文是物质波理论奠基工作的开端。继这三篇论文之后，德布罗意着手撰写他的博士论文《量子理论的研究》。1924年11月，德布罗意通过论文答辩，获博士学位。他的博士论文包括了近两年研究的一些成果，比较系统地论述了物质波理论，得到物质波的一些重要结果。德布罗意认为，任何运动着的物体都伴随着一种波动，而且不可能将物体的运动和波的传播分开，这种波称为相位波。存在相位波是物体的能量和动量同时满足量子条件和相对论关系的必然结果。德布罗意考虑静止质量为外、相对于静止观察者的速度为的粒子，他假设粒子是周期性内在现象的活动中心，它的频率 ， 是普朗克常数， 是粒子的内在能量。以狭义相对论原理和严格的量子关系式为基础，L。德布罗意通过严格论征得到：相位波的波长是，是普朗克常数， 是相对论动量，这就是著名的德布罗意波长与动量的关系。此外，德布罗意把相位波的相速度 和群速度（能量传递的速度）联系起来，证明了波的群速度等于粒子速度，确定了群速度与粒子速度的等同性。他的这些研究成果形成了比较完整的物质波理论。七、物质波理论的实验验证德布罗意撰写论文时，他的哥哥（M.德布罗意）建议他的论文应包括实验部分，可是他没有采纳这个建议。他的物质波理论是在没有得到任何已知事实支持的情况下提出来的，这就使得答辩委员会对物质波的真实性存在疑虑，答辩委员会主席佩兰就提出了物质波如何用实验来证实的问题。对佩兰的提问，德布罗意回答：用晶体对电子的衍射实验验证物质波的存在是可能的。他的这个思想是早已形成的，他曾在1923年9月24日《光量子、衍射和干涉》一文中指出：从很小的孔穿过的电子束，可能产生衍射现象，这也许会成为在实验上验证物质具有波粒二象性的方法。他还曾向他哥哥的同事道维里叶提出做电子的衍射实验，后者因忙于电视实验而将其搁置。物理学的发展需要理论的和实验的两只脚向前迈进，现在理论这只脚已经先向前迈进了一步，这就给实验提出了研究课题。物质波理论提出后，如何从实验上证实物质波存在就成了人们关注的一个热点。 按照德布罗意理论，经过几千伏加速电压的电子束，其波长数量级为10-10米，这与X射线的波长是同一个数量级，因而可以用晶体对电子的衍射实验验证物质波。德布罗意的理论一传到美国，就在纽约开始了显示电子衍射的实验。尽管这个实验开始并不是为验证波动理论而做的，但是到了1926年，这项工作的目的已经转变为验证物质波理论。1927年初，戴维森和革末通过实验发现，在镍晶体对电子的衍射实验中，有19个事例可以用来验证波长和动量之间的关系，而且每次都在测量精确度范围内证明了德布罗意公式的正确性。戴维森实验所用电子束的电子能量很低，仅有50－600电子伏特。同年.汤姆逊用较高能量的电子做了晶体对电子束衍射的实验，他让电子能量为1000－8000电子伏特的电子束垂直射入赛玛哈、金、铂或铝等薄膜上，观测产生的衍射图样。实验观测和由德布罗意理论得到的结果非常一致，这充分证明了电子具有波动性，再一次用无可辨驳的事实向人们展示了德布罗意理论是正确的。以后，人们通过实验又观察到原子、分子……等微观粒子都具有波动性。实验证明了物质具有波粒二象性，不仅使人们认识到德布罗意的物质波理论是正确的，而且为物质波理论奠定了坚实基础。其英文名称为：De Broglie Waves
量子物理学是关于自然界的最基本的理论，人类在20世纪20年代发现了它，然而至今却仍然无法理解这个理论的真谛。大多数人根本没听说过量子，而初学者无不感到困惑不解，实际上，所有20世纪最伟大的科学家都没有真正理解它，并一直为之争论不休。然而，越困难、越具有挑战性的问题就越让人类的好奇心无法割舍，人类志在理解自然的本性，并最终理解自己。 今天，对于每一个仍然对自然充满好奇的现代人来说，不理解量子，就无法理解我们身边的世界，就不能真正成为一个有理性的、思想健全的人。同时，让我们所有人感到幸运的是，现在想真正理解神秘的量子却是一件容易的事情，这会让那些逝去的伟人们感到羡慕和由衷的欣慰。 发现量子 人们将量子的发现称为人类科学和思想领域中的一场伟大的革命，因为它会让所有第一次试图接近她的人感到从未有过的心灵震撼。现代人所缺少的正是这种真正的心灵震撼，他们太沉迷于感性的快乐，而忽视了理性的清新魅力。 1900年，普朗克在对热辐射的研究中第一个窥见了量子。这一年的12月14日，普朗克在德国物理学会会议上宣布了他的伟大发现---能量量子化假说，根据这一假说，在光波的发射和吸收过程中，发射体和吸收体的能量变化是不连续的，能量值只能取某个最小能量元的整数倍，这一最小能量元被称为“能量子”。普朗克的能量子概念第一次向人们揭示了微观自然过程的非连续本性，或量子本性。 1905年，爱因斯坦提出了光量子假说，进一步发展了量子概念。爱因斯坦认为，能量子概念不只是在光波的发射和吸收时才有意义，光波本身就是由一个个不连续的、不可分割的能量量子所组成的。利用这一假说，爱因斯坦成功地解释了光电效应等实验现象。光量子概念首次揭示了光的量子特性或波粒二象性，即光不仅具有波动性，同时也具有粒子性。 继普朗克和爱因斯坦之后，玻尔进一步发现了原子系统的量子特性。1913年，玻尔把量子概念成功地应用于氢原子系统，并根据卢瑟福的核型原子模型创立了玻尔原子理论。这一理论指出，原子中的电子只能存在于具有分立能量的定态上，并且电子在不同能量定态之间的跃迁是本质上非连续的。 1924年，在爱因斯坦光量子概念的启发下，德布罗意提出了物质波假说，最终将光所具有的波粒二象性赋予了所有物质粒子，从而指出了自然界中的所有物质都具有波粒二象性，或量子特性。德布罗意的物质波概念为人们发现量子的规律提供了最重要的理论基础。 最初的理论 终于在1925-26年间，定量描述物质量子特性的最初理论---量子力学诞生了，并且是以两种不同的面孔---矩阵力学和波动力学接连出现的。1925年7月，海森伯在玻尔原子理论的基础上，发现了将物理量（如位置、动量等）及其运算以一种新的形式和规则表述时，物质的量子特性，如原子谱线的频率和强度可以被一致地说明，这是关于量子规律的一种奇妙想法。之后，玻恩和约丹进一步在数学上严格地表述了海森伯的思想，他们指出了海森伯所发现的用于表述物理量的新形式正是数学中的矩阵，而物理量之间的运算就是矩阵之间的运算。同时，玻恩和约丹还发现了用于表达粒子位置和动量的矩阵之间满足一个普遍的不对易关系，即[p,q]=ih。基于这一表达量子本性的对易关系，玻恩、约丹和海森伯终于建立了一个全新的量子理论体系---矩阵力学，这一理论只涉及测量结果，而并不涉及原子系统的量子状态和测量过程。 在矩阵力学建立的同时，另一种基于德布罗意物质波概念的新力学正在孕育。1925年末，在爱因斯坦的建议下，薛定谔仔细研究了德布罗意的论文，并产生了物质波需要一个演化方程的想法。1926年初，经过反复尝试和努力之后，薛定谔终于发现了物质波的非相对论演化方程，即今天人们熟知的薛定谔方程。薛定谔方程的发现标志了量子力学的另一种形式体系---波动力学的建立。 波动力学为物质的量子表现提供了进一步的直观图像（即波函数）说明，同时，在波动力学中，位置与动量之间的对易关系成为了波动方程的一个自然结果，而不是如矩阵力学那样，只能假设它的存在。在此意义上，波动力学优于矩阵力学。 1926年下旬，看上去非常不同的矩阵力学和波动力学很快被证明在数学上是等价的。薛定谔首先证明了波动力学与矩阵力学的等价性，之后，狄拉克进一步通过变换理论把矩阵力学和波动力学统一起来。至此，量子力学的理论体系被创建完成。 从此，人类开始进入量子时代。越来越多的人投入到量子力学的应用研究中，基于量子规律的新技术也不断涌现，这些量子技术深深地改变了人类的生活，其中最引人注目的成就就是激光技术和电子计算机的出现。 反对者们 人类完全有理由为这些辉煌的量子成就而骄傲，然而在这些成就背后却隐藏着一个令人不安的事实，那就是我们至今仍然不理解量子，而其根源在于量子力学并不完善。 1926年，玻恩在量子力学建立后不久即提出了量子力学的几率波解释，之后这一解释又进一步为海森伯的不确定关系和玻尔的互补性原理所补充，它们共同形成了量子力学的正统解释。在1927年的第五届索尔维会议之后，这一解释渐渐为更多的物理学家所接受。 然而，反对者们依然存在，其中主要包括量子力学的奠基者和创立者---爱因斯坦和薛定谔，他们分别以EPR悖论和薛定谔猫来对量子力学的正统解释进行反驳。20世纪50年代，当新一代物理学家们成长起来之后，正统解释开始受到越来越多的怀疑和攻击，并且人们也开始寻求对量子的新的理解。玻姆的隐变量解释和埃弗雷特的多世界解释就是其中最有生命力的两种解释，它们至今仍为很多物理学家所信奉和讨论。 不相容危机 爱因斯坦最早注意到量子力学与相对论的不相容性。在1927年的第五届索尔维会议上，爱因斯坦对刚刚建立的量子力学理论表示了不满，他在反对意见中指出，如果量子力学是描述单次微观物理过程的理论，则量子力学将违反相对论。1935年，在论证量子力学不完备性的EPR文章中，爱因斯坦再一次揭示了量子力学的完备性同相对论的定域性假设之间存在矛盾。在爱因斯坦看来，相对论无疑是正确的，而量子力学由于违反相对论必然是不正确的，或者至少是不完备的。 1964年，在爱因斯坦的EPR论证的基础上，贝尔提出了著名的贝尔不等式，这一不等式进一步显示了相对论所要求的定域性与量子力学之间的深刻矛盾，并提供了利用实验来进行判决的可能性。根据贝尔的分析，如果量子力学是正确的，它必定是非定域的。利用贝尔不等式，人们进行了大量实验来检验量子力学的正确性，其中最有说服力的是阿斯派克特等人于1982年所做的实验，他们的实验结果证实了量子力学的预言，并显示了量子非定域性的客观存在。 尽管量子非定域性的存在已经为实验所证实，然而，量子力学与相对论的不相容问题至今仍然没有得到满意的解决。根本原因在于，一方面，量子力学的理论基础仍没有坚实地建立起来，另一方面，量子力学所蕴含的非定域性又暗示了相对论的普适性将同样受到怀疑。 松散的基础 费因曼于60年代曾经说过，没有人理解量子力学。今天，情形依然如旧。即使量子力学已出现并被广泛应用近四分之三个世纪，即使它的大多数创立者已乐观地认为它是一个完善的理论，即使今天量子理论的正统解释已为人们普遍接受，但事实仍然是：量子力学甚至还不能称为一种理论。 首先，量子力学没有解决理论所描述的物理对象问题，人们对于理论中所出现的波函数还没有找到一个满意的物理解释，甚至不清楚波函数究竟是描述什么的。人们放弃了经典运动图像，却没有给出微观粒子真实的客观运动图像。 其次，量子力学本身没有解决测量问题，它没有描述理论与经验的连接纽带---测量过程，人们至今还不清楚波函数的测量投影过程是客观的还是主观的，亦或是一种虚幻。在量子力学中，测量过程被简单地当作是一种瞬时的、非连续的波函数投影过程，然而对于这一过程为何发生及如何发生它却说不清楚，因此，目前的量子理论对测量过程的描述是不完备的。另一方面，一旦将测量投影过程解释为一种客观的物理过程，它的存在将明显与相对论不相容，这导致了人们一直在投影过程的客观性和相对论的有效性之间摇摆不定，从而在很大程度上阻碍了对量子测量问题的解决，并进而阻碍了人们对波函数的物理含义的探求。 目前，越来越多的物理学家已认识到量子测量问题是目前量子理论中最重要，也是最棘手的物理问题，它的最终解决将不仅使现有量子理论更加完善，同时也将为量子理论与相对论的结合铺平道路。 引力也来“捣乱” 量子理论与引力的结合，即量子引力理论同样遇到了前所未有的困难。困难的根源来自于这两个理论的概念体系之间存在着固有的不相容性，这种不相容性更加基本，也更加深刻，它可能危及整个理论大厦。 一方面，根据量子理论，粒子波函数的一致定义需要预先给定的确定的时空结构，另一方面，根据目前的引力理论---广义相对论，时空结构将由粒子的波函数动态地决定，而粒子波函数所决定的时空结构一般却是不确定的。量子理论与广义相对论的这种不相容性暗示了量子理论中满足线性叠加定律的粒子波函数可能本质上已无法严格定义，于是量子理论中波函数的线性演化规律也将失效。这一结论的一个直接后果是，它将为波函数投影过程的存在提供一个自然的客观解释，从而可彻底解决量子测量问题，因此量子理论本身所存在的问题似乎需要广义相对论的帮助才能最终得以解决。 另一方面，量子理论也将对广义相对论所依赖的连续时空观念产生根本影响。人们已经证明，量子理论和广义相对论的适当结合将导致实验上所能测量到的最小的时间尺度和空间尺度不再是任意小，而是有限的普朗克时间和普朗克长度；同时，量子引力理论中恼人的时间问题也从理论上暗示了时间的连续性假设是不适当的。因此可以预计，只有放弃时空的连续性假设，我们才能从根本上解决量子理论与广义相对论的相容性问题，进而为量子引力理论提供一个一致的理论框架，而这无疑将再一次大大加深我们对时间、空间和运动的理解。 混乱的现状 人们关于量子力学看法的不一致可以通过下述事实最明显地说明，即量子理论的两位奠基人---爱因斯坦和玻尔竟为此进行了长达近30年的争论，并且最终也没有获得一致的意见。对于量子理论，谁还能比他们更有发言权呢？在这两位科学巨人离开我们近半个世纪后的今天，情况变得更糟，新的看法和解释不断涌现，不同的物理学家对量子理论几乎都持有不同的看法。 1997年8月，在UMBC（马里兰大学）举行的量子力学讨论会上，物理学家们对他们最喜欢的量子力学解释进行了投票表决，下表是投票结果： 量子力学的解释 投票数 哥本哈根解释 13 多世界解释 8 隐变量解释 4 一致历史 4 修正的量子动力学（GRM/DRM） 1 其他解释（包括未决定者） 18 图1 量子力学解释排名 实际上，更多的物理学家是实用型的，他们只专注于量子理论的应用，而根本不顾及它的基础是否坚实可靠。 拨开迷雾 如果你觉得量子力学难以理解甚至不可理喻，这并不奇怪，因为你生活在经典世界中，你看到的和经历的都是经典物体和它们的连续运动，并且从一开始你所受的科学教育也都是牛顿的经典力学。然而，这一切对于量子世界中的粒子和运动都已不再适用，每个人都会有一种脚下的地面突然被抽去的感觉。是的，你正在进入一个完全陌生的世界，通常的感觉和经验不再能帮助你，你需要利用理性的光辉来照亮前进的道路。不必担心，跟随我们，保持开放的思维，并乐于去理解，你会渐渐认识这个新的量子世界，并真正窥见它的神秘和美丽。 这里我们从一个最典型的例子---双缝实验讲起，这个例子“包含了量子力学的唯一神秘”（费因曼语）。通过这个例子，我们将让你最终熟悉并理解自然最神秘的量子本性。 自20世纪20年代量子力学建立以来，关于微观粒子（如电子，光子等）是如何通过双缝的问题一直未被真正客观地解决。尽管正统观点认为它已给出了满意的答案，但由于答案中并未给出粒子通过双缝的客观运动图像，实际上，这一图像的存在已为正统观点所否定，因此喜欢客观实在性观念的人们一直在问：“但是，粒子究竟是如何通过双缝的呢？”。 图1 双缝实验示意图 上图是双缝实验的示意图。我们以光子为例来讨论，假设单个光子可以相继从光源S发出，然后通过光阑A的两条狭缝到达光敏屏B。这样，当有大量光子到达光敏屏后将形成双缝干涉图样，在干涉峰处光子到达的数目最多。 首先，我们看一看利用连续运动图像是否可以解释光子通过双缝所形成的干涉图样。根据粒子的连续运动图像，在双缝实验中光子每次只能穿过两条狭缝中的一条，并且不受另一条狭缝的影响。于是很显然，双缝干涉图样应该和分别打开每条缝时所产生的单缝干涉图样的混合图样一致，因为双缝实验中每次单个光子通过的情形将同样出现在单缝实验中。但是，至今关于光子的双缝实验都否定了这个结论，这两种情况下所产生的干涉图样并不一样，这就是利用连续运动来理解双缝实验所导致的困惑。实际上，我们可以通过下述事实更容易地看出困惑所在，即当一条狭缝关闭时，光子会到达屏上的某一位置，然而当这条狭缝打开时，它将阻止并不通过这条狭缝的光子到达屏上的上述位置。 我们没有出路，只有放弃粒子的连续运动图像。量子力学的正统解释也同样放弃了这一图像，然而它却同时放弃了所有可能的粒子运动图像，并证明这种放弃竟是理论的必然。于是，正统解释不仅没有给出粒子通过双缝的客观运动图像，并且还惊人地宣称这不是它的无能，而是因为这一图像根本就不存在。下面我们看一看正统解释是如何“瞒天过海”的，又是在哪里“露出马脚”的。 正统解释首先隐含地假定了连续运动是唯一可以存在的客观运动形式，然后它通过类似于上面的论证证明了连续运动无法解释量子力学所预测的双缝干涉图样。于是，正统解释抛弃了连续运动这一可能的客观运动形式，而由于连续运动的唯一性，正统解释便得到下述结论：不存在客观的运动形式，或者说，不存在独立于观察的客观实在，当你谈论微观粒子的某种性质时，你必须测量这种性质。进一步地，正统解释在测量的意义上解释了双缝实验的怪异，并认为这是唯一可能的客观解释。这一解释可简单叙述如下：如果想知道光子如何通过双缝形成双缝干涉图样，你就必须利用位置测量直接观察光子究竟通过哪条狭缝，而根据量子力学，这一位置测量无疑将破坏掉双缝干涉图样，因此在双缝干涉图样不被破坏的前提下，我们无法测定光子究竟通过哪条狭缝，从而也就无法知道光子如何通过双缝形成双缝干涉图样。于是正统解释认为，光子通过双缝的客观运动图像在本质上是不存在的。 正统解释的上述论证看似天衣无缝，的确，它几乎欺瞒了20世纪的所有伟大人物，然而，上述证明中却存在两个致命的缺陷。其一是正统解释隐含地假设了连续运动是唯一可以存在的客观运动形式，但并未给出充分的证明或说明。实际上，这一隐含的假设从没有人认真怀疑过，甚至可以说，从没有人指出它是一个假设，因为几乎所有人，包括反对正统解释的人们，如爱因斯坦，都如此深信它，并认为它的正确性是显然的。然而，它却是根深蒂固的偏见，它被成功的经验和伟人的教诲喂养长大，但最后它却禁锢了人们的思想，并试图去抹煞经验背后的实在。的确，导致人们深信上述假设的原因有很多，其中来自经验和历史的原因可能起了决定性的作用，但人们很少去考虑这一假设自身的合理性，也从没认真想过还存在其它可能的、甚至是更为基本的运动形式，即使他们面对量子力学不得不抛弃连续运动时也依然如此。人们为什么如此笃信呢？一个有趣的原因可能是，在量子力学出现以前，人们没有必要怀疑这一假设，而在量子力学出现以后，正统解释又禁止了人们去怀疑这一假设。 上述证明中的第二个缺陷是一个技术性缺陷，即在测量上它只考虑（利用位置测量）去观察光子究竟通过哪条狭缝。这一缺陷实际上由第一个缺陷所导致，因为在正统解释对双缝实验进行测量意义上的解释时，它仍假设客观运动形式，如果存在，只能是连续运动。因此，正统解释只考察了利用位置测量去观察光子究竟通过哪条狭缝，而丝毫没有想过光子的客观运动形式可以是不同于连续运动的其它形式，从而可能以某种方式“同时”通过两条狭缝，而我们的测量也必须设计得可以适应这种运动形式。于是，正统解释始终执拗地在某条缝处进行位置测量，殊不知这正中了量子力学的计谋，它因此可以轻易地用测量投影过程来对付正统解释的这种测量探求，并成功地隐藏了量子的真实面目。根据量子力学，这种测量将破坏光子的真实运动状态，并导致光子投影到单条缝处，从而不仅破坏了双缝干涉图样，同时也无法使我们看到光子真实的客观运动形式。可以看出，正统解释论证中的第一个缺陷从根本上阻碍了人们提出不同于连续运动的客观运动形式，而第二个缺陷则进一步阻碍了人们发现这种运动的具体形式。 一旦意识到正统解释的上述技术性缺陷，我们就可以尝试采用新的测量方式，它可以对付光子以某种方式“同时”通过两条狭缝的可能情况，并且不引发量子力学的投影过程，从而可以帮助我们窥见量子的真实面目。实际上，人们已经发现了这种测量方式，它就是由阿哈朗诺夫等人于1993年所提出的保护性测量。由于在双缝实验中我们预先知道光子的量子态，从而原则上可以采取相应的保护性措施，使我们既可以测量出光子真实的量子态或客观运动状态，又可以不破坏光子的量子态，从而也不破坏双缝干涉图样。因此，我们利用保护性测量就可以在不破坏双缝干涉图样的前提下，发现光子真实的客观运动形式。 非连续的运动 双缝实验清晰地告诉我们，微观粒子的运动是非连续的，非连续运动是自然留给我们的唯一选择。下面我们将给出光子通过双缝的量子运动图像，但是在此之前，我们还必须再驱除人们思想中所固有的关于“同时”的偏见，因为它也一直在阻止人们去发现光子通过双缝的客观运动图像。 我们要指出，一直被认为是正确的粒子不能同时通过双缝的结论是经不起深究的，人们对此结论中“同时”的理解只是局限在“同一时刻”这个框架内，并且将粒子不能于同一时刻处于两个不同的空间位置这一看法等效于不存在半个微观粒子这一正确事实，从而否证了连续运动之外的其他运动形式的存在，这最终导致了没有量子的正统量子观点。实际上，我们应该抛弃关于“同时”的狭隘理解，由于双缝的缝长是有限的，而不是零，双缝论证中的“同时”应指极短的有限时隙，而不是同一时刻。 现在，我们终于可以发现光子通过双缝的客观运动图像，即光子的量子运动图像了，它就是：进行量子运动的光子于极短的有限时隙内非连续地“同时”经过双缝，尽管它于此时隙内的某个时刻只能位于一条缝中，但是在不同时刻它可以处于不同的缝中，从而在很短的时间内通过两条缝。由于光子的运动是这种非连续的量子运动，我们将很容易解释光子双缝干涉图样的怪异，因为在每次实验中光子都非连续地通过了两条缝，从而到达屏上的光子同时含有了两条缝的信息，而不只是一条缝的信息，因此双缝干涉图样自然不会是两个单缝图样的简单混合。 新的曙光 最近，随着《量子运动与超光速通信》一书的出版，一种基于非连续量子运动的更完备的量子理论被提出来。在这本书中，作者通过对宏观连续运动的深刻分析，利用清晰严谨的逻辑论证和有力的实验证实提出了物质的基本运动形式---非连续量子运动及其规律，并令人信服地论证了微观运动与宏观运动都是量子运动的表现。这不仅解决了量子力学中波函数的物理含义问题，为波函数的测量投影过程提供了客观的物理解释，并且将人们对微观世界与宏观世界的描述有机地统一起来。在此基础上，作者进一步分析了量子运动所蕴含的奇妙的量子非定域性，给出了将量子力学与相对论相融合的途径，并对基于量子非定域性的超光速通讯进行了大胆的探索。 量子是什么？ 现在，人们终于明白了量子是什么，并可以解开所有的量子困惑了。量子就是物质粒子的非连续运动，而所有的量子困惑都起源于这种非连续运动。 正是这种非连续运动导致了原子系统分立能级的存在，这种能量分立性最早为普朗克于1900年所发现，它的发现标志了量子时代的开端；正是这种非连续运动导致了光波的粒子性表现，这使年轻的爱因斯坦于1905年试探性地假设了光量子的存在，并用它成功地解释了光电效应。这种非连续运动还导致了原子系统的稳定存在，这种稳定存在表现为玻尔于1913年所大胆假设的原子定态，而原子的稳定性在当时仍是一个谜，连续运动无法解释这一现象。 正是这种非连续运动导致了物质的波粒二象性，爱因斯坦于1909年最早注意到了光具有这种神秘性质，而德布罗意在1923年最终将这种性质赋予了所有物质粒子；正是这种非连续运动导致了量子跃迁的存在和非连续性的出现，爱因斯坦最早认识到普朗克量子假说隐含着这种非连续性，以及它可能给物理学所带来的革命性变革，玻尔于1913年进一步假设了定态之间存在本质上非连续的量子跃迁，并一直主张所有原子过程都包含非连续性。 正是这种非连续运动导致了粒子运动方程的类波动形式，薛定谔于1926年最早发现了这一方程的近似形式，建立了量子力学的形式体系之一---波动力学；也正是这种非连续运动导致了波函数投影过程的存在，冯诺依曼最早严格地表述了这一过程的瞬时形式，并将它作为波函数的一种特殊演化过程。这种投影过程进一步导致了宏观物体的连续运动表现，因此，我们熟悉的连续运动只是非连续运动的一种特殊的理想化形式。 正是这种非连续运动导致了量子非定域性的存在，爱因斯坦于1927年最早注意到了量子的这一神秘特性，并指出了它与相对论的不相容性，然而爱因斯坦却嘲讽地称之为“幽灵般的超距作用”，同样，玻尔也利用互补性来避开它的真实存在，但实验却严格证明了量子非定域性的客观存在；也正是这种非连续运动导致了量子以太---特殊惯性参照系的存在，从而导致相对论必须被修正。 当然，正是这种非连续运动导致了今天诸多量子新技术的出现，如量子通信，量子计算等等。最终，正是这种非连续运动导致了微观世界的存在，从而允许宏观世界和我们自身的存在。 如果物质的运动不是连续运动，那它就是非连续运动，这是一个简单而直接的逻辑推理。如果你理解了这一点，你也就理解了量子，并知道了量子是什么。
量子论 1、意义量子论是现代物理学的两大基石之一。量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法。量子论揭示了微观物质世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础。它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等。1928年狄拉克将相对论运用于量子力学，又经海森伯、泡利等人的发展，形成了量子电动力学，量子电动力学研究的是电磁场与带电粒子的相互作用。1947年，实验发现了兰姆移位。1948-1949年，里查德·费因曼（Richard Phillips Feynman）、施温格（）和朝永振一郎用重正化概念发展了量子电动力学，从而获得1965年诺贝尔物理学奖。 2、为量子论的创立及发展作出贡献的科学家[编辑本段]维恩（Wilhelm Wien） 瑞利（Lord Rayleigh） 普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck） 狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac） 尼尔斯·玻尔（Niels Bohr） 路易·德布罗意（Prince Louis-victor de Broglie） 薛定谔（Erwin Schrödinger） 海森伯（Werner Karl Heisenberg） 玻恩（Max Born） 里查德·费恩曼（Richard Phillips Feynman） H.赫兹（Heinrich Rudolf Hertz） 密立根（Robert Andrews Millikan） 爱因斯坦波尔3、量子论的发展历程[编辑本段]量子理论的创建过程是一部壮丽的史诗: 量子论的初期：1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入了能量子概念，为量子理论奠下了基石。随后，爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾，提出了光量子假说，并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念，为量子理论的发展打开了局面。1913年，玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念，提出玻尔的原子理论，对氢光谱作出了满意的解释，使量子论取得了初步胜利。随后，玻尔、索末菲和其他物理学家为发展量子理论花了很大力气，却遇到了严重困难。旧量子论陷入困境。 量子论的建立：1923年，德布罗意提出了物质波假说，将波粒二象性运用于电子之类的粒子束，把量子论发展到一个新的高度。1925年-1926年薛定谔率先沿着物质波概念成功地确立了电子的波动方程，为量子理论找到了一个基本公式，并由此创建了波动力学。几乎与薛定谔同时，海森伯写出了以“关于运动学和力学关系的量子论的重新解释”为题的论文，创立了解决量子波动理论的矩阵方法。1925年9月，玻恩与另一位物理学家约丹合作，将海森伯的思想发展成为系统的矩阵力学理论。不久，狄拉克改进了矩阵力学的数学形式，使其成为一个概念完整、逻辑自洽的理论体系。1926年薛定谔发现波动力学和矩阵力学从数学上是完全等价的，由此统称为量子力学，而薛定谔的波动方程由于比海森伯的矩阵更易理解，成为量子力学的基本方程。4、量子力学发展中的争论[编辑本段]量子力学虽然建立了，但关于它的物理解释却总是很抽象，大家的说法也不一致。波动方程中的所谓波究竟是什么？ 玻恩认为，量子力学中的波实际上是一种几率，波函数表示的是电子在某时某地出现的几率。1927年，海森伯提出了微观领域里的不确定关系，他认为任何一个粒子的位置和动量不可能同时准确测量，要准确测量其中的一个，另一个就将是不确定的。这就是所谓的“不确定原理”。它和玻恩的波函数几率解释一起，奠定了量子力学诠释的物理基础。玻尔敏锐地意识到不确定原理正表征了经典概念的局限性，因此在此基础上提出了“互补原理”。玻尔的互补原理被人们看成是正统的哥本哈根解释，但爱因斯坦不同意不确定原理，认为自然界各种事物都应有其确定的因果关系，而量子力学是统计性的，因此是不完备的，而互补原理更是一种权宜之计。于是在爱因斯坦与玻尔之间进行了长达三四十年的争论，直到他们去世也没有作出定论。世纪发现之微观世界中的轮盘赌----量子论 如果说光在空间的传播是相对论的关键，那么光的发射和吸收则带来了量子论的革命。我们知道物体加热时会放出辐射，科学家们想知道这是为什么。为了研究的方便，他们假设了一种本身不发光、能吸收所有照射 其上的光线的完美辐射体，称为“黑体”。研究过程中，科学家发现按麦克斯韦电磁波理论计算出的黑体光谱紫外部分的能量是无限的，显然发生了谬误，这为“紫外线灾难。”提供了依据。1900年，德国物理学家普朗克提出了物质中振动原子的新模型。他从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念， 提出了辐射的量子论。关于量子论中的不连续性，我们可以这样理解：如温度的增加或降低，我们认为是连续的，从一度升到二度中间必须经过.度度之前必定有度。但是量子论认为在某两个数值之间例如1度和3度之间可以没有2度，就像我们花钱买东西一样，一分钱是最小的量了，你不可能拿出分钱，虽然你可以以厘为单位计算钱数。这个一分钱就是钱币的最小的量。而这个最小的量就是量子。他认为各种频率的电磁波，包括光只能以各自确定 分量的能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光的量子称为光量子，简称光子。根据这个模型计算出的黑体光谱与实际观测到的相一致。这揭开了物理学上崭新的一页。量子论不仅很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律，而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问 题。量子论不仅给光学，也给整个物理学提供了新的概念，故通常把它的诞生视为近代物理学的起点。量子论：原子核世界中的开路先锋 量子假说与物理学界几百年来信奉的“自然界无跳跃”直接矛盾，因此量子理论出现后，许多物理学家不予接受。普朗克本人也十分动摇，后悔当初的大胆举动，甚至放弃了量子论继续用能量的连续变化来解决辐射 的问题。但是，历史已经将量子论推上了物理学新纪元的开路先锋的位置，量子论的发展已是锐不可当。第一个意识到量子概念的普遍意义并将其运用到其它问题上的是爱因斯坦。他建立了光量子理论解释光电效应中出现的新现象。光量子论的提出使光的性质的历史争论进入了一个新的阶段。自牛顿以来，光的微粒说 和波动说此起彼伏，爱因斯坦的理论重新肯定了微粒说和波动说对于描述光的行为的意义，它们均反映了光的本质的一个侧面：光有时表现出波动 性，有时表现出粒子性，但它既非经典的粒子也非经典的波，这就是光的 波粒二重性。主要由于爱因斯坦的工作，使量子论在提出之后的最初十年 里得以进一步发展。 在1911年，卢瑟福提出了原子的行星模型，即电子围绕一个位于原子中心的微小但质量很大的核，即原子核的周围运动。在此后的20年中，物理学的大量研究集中在原子的外围电子结构上。这项工作创立了微观世界 的新理论，量子物理，并为量子理论应用于宏观物体奠定了基础。但是原 子中心微小的原子核仍然是个谜。原子核是微观世界中的重要层次，量子力学是研究微观粒子运动规律的理论，是现代物理学的理论基础之一，是探索原子核奥秘所不可缺少的工具。在原子量子理论被提出后不久，物理学家开始探讨原子中微小的质 量核--原子核。在原子中，正电原子核在静态条件下吸引负电子。但是什么使原子核本身能聚合在一起呢？原子核包含带正电质子和不带电的中 子，两者之间存在巨大的排斥力，而且质子彼此排斥（不带电的中子没有 这种排斥力）。使原子核聚合在一起，并且克服质子间排斥力的是一种新 的强大的力，它只在原子核内部起作用。原子弹的巨大能量就来自这种强 大的核力。原子核和核力性质的研究对20世纪产生了巨大的影响，放射现 象、同位素、核反应、裂变、聚变、原子能、核武器和核药物都是核物理 学的副产品。丹麦物理学家玻尔首次将量子假设应用到原子中，并对原子光谱的不连续性作出了解释。他认为，电子只在一些特定的圆轨道上绕核运行。在 这些轨道上运行时并不发射能量，只当它从一个较高能量的轨道向一个较 低轨道跃迁时才发射辐射，反之吸收辐射。这个理论不仅在卢瑟福模型的 基础上解决了原子的稳定性问题，而且用于氢原子时与光谱分析所得的实验结果完全符合，因此引起了物理学界的震动。玻尔指导了19世纪20到年 代的物理学家理解量子理论听起来自相矛盾的基本结构，他实际上既是这 种理论的“助产师”又是护士。玻尔的量子化原子结构明显违背古典理论，同样招致了许多科学家的不满。但它在解释光谱分布的经验规律方面意外地成功，使它获得了很高的声誉。不过玻尔的理论只能用于解决氢原子这样比较简单的情形，对于多电子的原子光谱便无法解释。旧量子论面临着危机，但不久就被突破。在这方面首先取得突破的是法国物理学家德布罗意。他在大学时专业学的 是历史，但他的哥哥是研究X射线的著名物理学家。受他的影响，德布罗意大学毕业后改学物理，与兄长一起研究X射线的波动性和粒子性的问 题。经过长期思考，德布罗意突然意识到爱因斯坦的光量子理论应该推广到一切物质粒子，特别是光子。1923年9月到10月，他连续发表了三篇论文，提出了电子也是一种波的理论，并引入了“驻波”的概念描述电子在 原子中呈非辐射的静止状态。驻波与在湖面上或线上移动的行波相对，吉 它琴弦上的振动就是一种驻波。这样就可以用波函数的形式描绘出电子的 位置。不过它给出的不是我们熟悉的确定的量，而是统计上的“分布概 率”，它很好地反映了电子在空间的分布和运行状况。德布罗意还预言电 子束在穿过小孔时也会发生衍射现象。1924年，他写出博士论文“关于量 子理论的研究”，更系统地阐述了物质波理论，爱因斯坦对此十分赞赏。 不出几年，实验物理学家真的观测到了电子的衍射现象，证实了德布罗意 的物质波的存在。 沿着物质波概念继续前进并创立了波动力学的是奥地利物理学家薛定谔。他从爱因斯坦的一篇论文中得知了德布罗意的物质波概念后立刻接受了这个观点。他提出，粒子不过是波动辐射上的泡沫。1925年，他推出了一个相对论的波动方程，但与实验结果不完全吻合。1926年，他改而处理非相对论的电子问题，得出的波动方程在实验中得到了证实。1925年，德国青年物理学家海森伯格写出了一篇名为《关于运动学和 力学关系的量子论重新解释》的论文，创立了解决量子波动理论的矩阵方法。玻尔理论中的电子轨道、运行周期这样古典的然而是不可测量的概念 被辐射频率和强度所代替。经过海森伯格和英国一位年轻的科学家狄喇克 的共同努力，矩阵力学逐渐成为一个概念完整、逻辑自洽的理论体系。波动力学与矩阵力学各自的支持者们一度争论不休，指责对方的理论有缺陷。到了1926年，薛定谔发现这两种理论在数学上是等价的，双方才消除了敌意。从此这两大理论合称量子力学，而薛定谔的波动方程由于更易于掌握而成为量子力学的基本方程。 充满不确定性的量子论 海森伯格不确定原则是量子论中最重要的原则之一。它指出，不可能 同时精确地测量出粒子的动量和位置，因为在测量过程中仪器会对测量过 程产生干扰，测量其动量就会改变其位置，反之亦然。量子理论跨越了牛 顿力学中的死角。在解释事物的宏观行为时，只有量子理论能处理原子和 分子现象中的细节。但是，这一新理论所产生的似是而非的矛盾说法比光 的波粒二重性还要多。牛顿力学以确定性和决定性来回答问题，量子理论 则用可能性和统计数据来回答。传统物理学精确地告诉我们火星在哪里， 而量子理论让我们就原子中电子的位置进行一场赌博。海森伯格不确定性 使人类对微观世界的认识受到了绝对的限制，并告诉我们要想丝毫不影响 结果，我们就无法进行测量。 量子力学的奠基人之一薛定谔在1935年就意识到了量子力学中不确定 性的问题，并假设了一个著名的猫思维实验：“一只猫关在一钢盒内，盒 中有下述极残忍的装置（必须保证此装置不受猫的直接干扰）：在盖革计 数器中有一小块辐射物质，它非常小，或许在1小时中只有一个原子衰 变。在相同的几率下或许没有一个原子衰变。如果发生衰变，计数管便放 电并通过继电器释放一个锤，击碎一个小小的氰化物瓶。如果人们使这整 个系统自在1个小时，那么人们会说，如果在此期间没有原子衰变，这猫 就是活的。第一次原子衰变必定会毒杀了这只猫。” 常识告诉我们那只猫是非死即活的，两者必居其一。可是按照量子力 学的规则，盒内整个系统处于两种态的叠加之中，一态中有活猫，另一态 中有死猫。但是有谁在现实生活中见过一个又活又死的猫呢？猫应该知道 自己是活还是死，然而量子理论告诉我们，这个不幸的动物处于一种悬而 未决的死活状态中，直到某人窥视盒内看个究竟为止。此时，它要么变得 生气勃勃，要么立刻死亡。如果把猫换成一个人，那么详谬变得更尖锐 了，因为这样一来，监禁在盒内的那位朋友会自始至终地意识到他是健康 与否。如果实验员打开盒子，发现他仍然是活的，那时他可以问他的朋 友，在此观察前他感觉如何，显然这位朋友会回答在所有的时间中他绝对 活着。可这跟量子力学是相矛盾的，因为量子理论认为在盒内的东西被观 察之前那位朋友仍处在活-死迭加状态中。 玻尔敏锐地意识到它正表征了经典概念的局限性，因此以此为基础提 出“互补原则”，认为在量子领域总是存在互相排斥的两种经典特征，正 是它们的互补构成了量子力学的基本特征。玻尔的互补原则被称为正统的 哥本哈根解释，但爱因斯坦一直不同意。他始终认为统计性的量子力学是 不完备的，而互补原理是一种绥靖哲学，因而一再提出假说和实验责难量 子论，但玻尔总能给出自洽的回答，为量子论辩护。爱因斯坦与玻尔的论 战持续了半个世纪，直到他们两人去世也没有完结。 爱因斯坦对量子论的质疑 薛定谔猫实验告诉我们，在原子领域中实在的佯谬性质与日常生活和 经验是不相关的，量子幽灵以某种方式局限于原子的阴影似的微观世界之中。如果遵循量子理论的逻辑到达其最终结论，则大部分的物理宇宙似乎 要消失于阴影似的幻想之中。爱因斯坦决不愿意接受这种逻辑结论。他反问：没有人注视时月亮是否实在？科学是一项不带个人色彩的客观的事 业，将观察者作为物理实在的一个关键要素的思想看来与整个科学精神相 矛盾。如果没有一个“外在的”具体世界供我们实验与测量，全部科学不 就退化为追逐想象的一个游戏了吗？ 量子理论革命性的特点，一开始就引起了关于它的正确性及其解释内容的激烈争论，在20世纪中这个争论一直进行着。自然法则从根本上将是 否具有随机性？在我们的观察中是否存在实体？我们又是否受到了观察的 现象的影响？爱因斯坦率先从几个方面对量子理论提出质疑。他不承认自然法则是随机的。他不相信“上帝在和世界玩骰子”。在和玻尔的一系列 著名的论战中，爱因斯坦又一次提出了批判，试图结实量子理论潜在的漏 洞、错误和缺点。玻尔则巧妙地挫败了爱因斯坦的所有攻击。在1935年的一篇论文中，爱因斯坦提出了一个新证据：断言量子理论无法对自然界进 行完全的描述。根据爱因斯坦的说法，一些无法被量子理论预见的物理现 象应该能被观测到。这一挑战最终导致阿斯派特做了一系列著名的试验， 准备用这些试验解决这一争论。阿斯派特的实验详尽地证明了量子理论的 正确性。阿斯派特认为，量子理论能够预见但无法解释一些奇妙的现象， 爱因斯坦断言这一点是不可能的。由此似乎信息传播地比光速还快--很明 显地违背了相对论和因果律。阿斯派特的实验结论仍有争议，但它们已促 成了关于量子论的更多的奇谈怪论。 由玻尔和海森伯格发展起来的理论和哥本哈根派的观点，尽管仍有争 论，却逐渐在大多数物理学家中得到认可。按照该学派的观点，自然规律 既非客观的，也非确定的。观察者无法描述独立于他们之外的现实。就象 不确定律和测不准定律告诉我们的一样，观察者只能受到观察结果的影 响。按自然规律得出的实验性预见总是统计性的而非确定性的。没有定规 可寻，它仅仅是一种可能性的分布。 电子在不同的两个实验中表现出的波动性和粒子性这一表面上的矛盾 是互补性原理的有关例子。量子理论能够正确地、连续地预测电子的波动 性或粒子性，却不能同时对两者进行预测。按照玻尔的观点，这一矛盾是 我们在对电子性质的不断探索中，在我们的大脑中产生的，它不是量子理论的一部分。而且，从自然界中只能得到量子理论提供的有限的、统计性 的信息。量子理论是完备的：该理论未能告诉我们的东西或许是有趣的猜 想或隐喻。但这些东西既不可观测，也不可测量，因而与科学无关。 哥本哈根解释未能满足爱因斯坦关于一个完全客观的和决定性的物理 定律应该是什么样的要求。几年后，他通过一系列思维推理实验向玻尔发 起挑战。这些实验计划用来证明在量子理论中的预测中存在着不一致和错 误。爱因斯坦用两难论或量子理论中的矛盾向玻尔发难。玻尔把问题稍微思考几天，然后就能提出解决办法。爱因斯坦男买内过分地看重了一些东 西或者忽略了某些效应。有一次，具有讽刺意味的是爱因斯坦忘记了考虑 他自己提出的广义相对论。最终，爱因斯坦承认了量子理论的主观一致 性，但他仍固执地坚持一个致命的批判：EPR思维实验。 1935年，爱因斯坦和两个同事普多斯基和罗森合作写了一篇驳斥量子理论完备性的论文，在物理学家和科学思想家中间广为流传。该论文以三个人姓氏的第一个字母合称EPR论文。他们假设有两个电子：电子1和电子 2发生碰撞。由于它们带有相同的电荷，这种碰撞是弹性的，符合能量守 衡定律，碰撞后两电子的动量和运动方向是相关的。因而，如果测出了电 子1的位置，就能推知电子2的位置。假设在碰撞发生后精确测量电子1的 位置，然后测量其动量。由于每次只测量了一个量，测量的结果应该是准 确的。由于电子1、2之间的相关性，虽然我们没有测量电子2，即没有干 扰过它，但仍然可以精确推测电子2的位置和动量。换句话说，我们经过 一次测量得知了电子的位置和动量，而量子理论说这是不可能的，关于这 一点量子理论没有预见到。爱因斯坦及其同事由此证明：量子理论是不完 备的。 玻尔经过一段时间的思考，反驳说EPR实验非但没有证否量子理论， 而且还证明了量子理论的互补性原理。他指出，测量仪器、电子1和电子2 共同组成了一个系统，这是一个不可分割的整体。在测量电子1的位置的 过程中会影响电子2的动量。因此对电子1的测量不能说明电子2的位置和动量，一次测量不能代替两次测量。这两个结果是互补的和不兼容的，我 们既不能说系统中一个部分受到另一个部分的影响，也不能试图把两个不 同实验结果互相联系起来。EPR实验假定了客观性和因果关系的存在而得 出结论认为量子理论是不完备的，事实上这种客观性和因果性只是一种推 想和臆测。 现实世界中的量子论 尽管人们对量子理论的含义还不太清楚，但它在实践中获得的成就却 是令人吃惊的。尤其在凝聚态物质--固态和液态的科学研究中更为明显。 用量子理论来解释原子如何键合成分子，以此来理解物质的这些状态是再 基本不过的。键合不仅是形成石墨和氮气等一般化合物的主要原因，而且 也是形成许多金属和宝石的对称性晶体结构的主要原因。用量子理论来研 究这些晶体，可以解释很多现象，例如为什么银是电和热的良导体却不透 光，金刚石不是电和热的良导体却透光？而实际中更为重要的是量子理论 很好地解释了处于导体和绝缘体之间的半导体的原理，为晶体管的出现奠 定了基础。1948年，美国科学家约翰·巴丁、威廉·肖克利和瓦尔特·布 拉顿根据量子理论发明了晶体管。它用很小的电流和功率就能有效地工 作，而且可以将尺寸做得很小，从而迅速取代了笨重、昂贵的真空管，开 创了全新的信息时代，这三位科学家也因此获得了1956年的诺贝尔物理学 奖。另外，量子理论在宏观上还应用于激光器的发明以及对超导电性的解 释。 而且量子论在工业领域的应用前景也十分美好。科学家认为，量子力 学理论将对电子工业产生重大影响，是物理学一个尚未开发而又具有广阔 前景的新领域。目前半导体的微型化已接近极限，如果再小下去，微电子 技术的理论就会显得无能为力，必须依靠量子结构理论。科学家们预言， 利用量子力学理论，到2010年左右，人们能够使蚀刻在半导体上的线条的 宽度小到十分之一微米（一微米等于千分之一毫米）以下。在这样窄小的 电路中穿行的电信号将只是少数几个电子，增加一个或减少一个电子都会 造成很大的差异。 美国威斯康星大学材料科学家马克斯·拉加利等人根据量子力学理论 已制造了一些可容纳单个电子的被称为“量子点”的微小结构。这种量子 点非常微小，一个针尖上可容纳几十亿个。研究人员用量子点制造可由单 个电子的运动来控制开和关状态的晶体管。他们还通过对量子点进行巧妙 的排列，使这种排列有可能用作微小而功率强大的计算机的心脏。此外， 美国得克萨斯仪器公司、国际商用机器公司、惠普公司和摩托罗拉公司等 都对这种由一个个分子组成的微小结构感兴趣，支持对这一领域的研究， 并认为这一领域所取得的进展“必定会获得极大的回报”。 科学家对量子结构的研究的主要目标是要控制非常小的电子群的运动 即通过“量子约束”以使其不与量子效应冲突。量子点就有可能实现这个 目标。量子点由直径小于20纳米的一团团物质构成，或者约相当于60个硅 原子排成一串的长度。利用这种量子约束的方法，人们有可能制造用于很 多光盘播放机中的小而高效的激光器。这种量子阱激光器由两层其他材料 夹着一层超薄的半导体材料制成。处在中间的电子被圈在一个量子平原 上，电子只能在两维空间中移动。这样向电子注入能量就变得容易些，结 果就是用较少的能量就能使电子产生较多的激光。 美国电话电报公司贝尔实验室的研究人员正在对量子进行更深入的研 究。他们设法把量子平原减少一维，制造以量子线为基础的激光器，这种 激光器可以大大减少通信线路上所需要的中继器。 美国南卡罗来纳大学詹姆斯·图尔斯的化学实验室用单个有机分子已 制成量子结构。采用他们的方法可使人们将数以十亿计分子大小的装置挤 在一平方毫米的面积上。一平方毫米可容纳的晶体管数可能是目前的个人 计算机晶体管数的1万倍。纽约州立大学的物理学家康斯坦丁·利哈廖夫 已用量子存储点制成了一个存储芯片模型。从理论上讲，他的设计可把1 万亿比特的数据存储在大约与现今使用的芯片大小相当的芯片上，而容量 是目前芯片储量的1·5万倍。有很多研究小组已制出了利哈廖夫模型装置 所必需的单电子晶体管，有的还制成了在室温条件下工作的单电子晶体 管。科学家们认为，电子工业在应用量子力学理论方面还有很多问题有待 解决。因此大多数科学家正在努力研究全新的方法，而不是仿照目前的计 算机设计量子装置。 量子论与相对论能统一吗？ 量子理论提供了精确一致地解决关于原子、激光、X射线、超导性以 及其他无数事情的能力，几乎完全使古老的经典物理理论失去了光彩。但我们仍旧在日常的地面运动甚至空间运动中运用牛顿力学。在这个古老而 熟悉的观点和这个新的革命性的观点之间一直存在着冲突。 宏观世界的定律保持着顽固的可验证性，而微观世界的定律具有随机性。我们对抛射物和彗星的动态描述具有明显的视觉特征，而对原子的描述不具有这种特征，桌子、凳子、房屋这样的世界似乎一直处于我们的观 察中，而电子和原子的实际的或物理性状态没有缓解这一矛盾。如果说这些解释起了些作用的话，那就是他们加大了这两个世界之间的差距。 对大多数物理学家来说，这一矛盾解决与否并无大碍，他们仅仅关心他们自己的工作，过分忽视了哲学上的争议和存在的冲突。毕竟，物理工作是精确地预测自然现象并使我们控制这些现象，哲学是不相关的东西。 广义相对论在大尺度空间、量子理论在微观世界中各自取得了辉煌的成功。基本粒子遵循量子论的法则，而宇宙学遵循广义相对论的法则，很难想象它们之间会出现大的分歧。很多科学家希望能将这两者结合起来， 开创一门将从宏观到微观的所有物理学法则统一在一起的新理论。但迄今 为止所有谋求统一的努力都遭到失败，原因是这两门20世纪物理学的重大学科完全矛盾。是否能找到一种比现有的这两种理论都好的新理论，使这两种理论都变得过时，正如它们流行之前的种种理论遇到的情况那样呢？
近代物理论文量子力学的研究
看了自己想启示！但愿对你有帮助
量子力学是怎么发展的？量子到底是什么意思？都有哪些科学家做出贡献？爱因斯坦又做了哪些贡献？
量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。 有人引用量子力学中的随机性支持自由意志说，但是第一，这种微观尺度上的随机性和通常意义下的宏观的自由意志之间仍然有着难以逾越的距离；第二，这种随机性是否不可约简(irreducible)还难以证明，因为人们在微观尺度上的观察能力仍然有限。自然界是否真有随机性还是一个悬而未决的问题。统计学中的许多随机事件的例子，严格说来实为决定性的。 量子力学的发展简史量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解释了黑体辐射现象。1905年，爱因斯坦引进光量子(光子)的概念，并给出了光子的能量、动量与辐射的频率和波长的关系，成功地解释了光电效应。其后，他又提出固体的振动能量也是量子化的，从而解释了低温下固体比热问题。1913年，玻尔在卢瑟福有核原子模型的基础上建立起原子的量子理论。按照这个理论，原子中的电子只能在分立的轨道上运动，原子具有确定的能量，它所处的这种状态叫“定态”，而且原子只有从一个定态到另一个定态，才能吸收或辐射能量。这个理论虽然有许多成功之处，但对于进一步解释实验现象还有许多困难。在人们认识到光具有波动和微粒的二象性之后，为了解释一些经典理论无法解释的现象，法国物理学家德布罗意于1923年提出微观粒子具有波粒二象性的假说。德布罗意认为：正如光具有波粒二象性一样，实体的微粒(如电子、原子等)也具有这种性质，即既具有粒子性也具有波动性。这一假说不久就为实验所证实。德布罗意的波粒二象性假设：E=�0�4ω，p=h/λ，其中�0�4＝h/2π，可以由E=p²/2m得到λ＝√(h²/2mE)。由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵循的运动规律就不同于宏观物体的运动规律，描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。当粒子的大小由微观过渡到宏观时，它所遵循的规律也由量子力学过渡到经典力学。量子力学与经典力学的差别首先表现在对粒子的状态和力学量的描述及其变化规律上。在量子力学中，粒子的状态用波函数描述，它是坐标和时间的复函数。为了描写微观粒子状态随时间变化的规律，就需要找出波函数所满足的运动方程。这个方程是薛定谔在1926年首先找到的，被称为薛定谔方程。当微观粒子处于某一状态时，它的力学量(如坐标、动量、角动量、能量等)一般不具有确定的数值，而具有一系列可能值，每个可能值以一定的几率出现。当粒子所处的状态确定时，力学量具有某一可能值的几率也就完全确定。这就是1927年，海森伯得出的测不准关系，同时玻尔提出了并协原理，对量子力学给出了进一步的阐释。量子力学和狭义相对论的结合产生了相对论量子力学。经狄拉克、海森伯和泡利等人的工作发展了量子电动力学。20世纪30年代以后形成了描述各种粒子场的量子化理论——量子场论，它构成了描述基本粒子现象的理论基础。量子力学是在旧量子论建立之后发展建立起来的。旧量子论对经典物理理论加以某种人为的修正或附加条件以便解释微观领域中的一些现象。由于旧量子论不能令人满意，人们在寻找微观领域的规律时，从两条不同的道路建立了量子力学。1925年，海森堡基于物理理论只处理可观察量的认识，抛弃了不可观察的轨道概念，并从可观察的辐射频率及其强度出发，和玻恩、约尔丹一起建立起矩阵力学；1926年，薛定谔基于量子性是微观体系波动性的反映这一认识，找到了微观体系的运动方程，从而建立起波动力学，其后不久还证明了波动力学和矩阵力学的数学等价性；狄拉克和约尔丹各自独立地发展了一种普遍的变换理论，给出量子力学简洁、完善的数学表达形式。海森堡还提出了测不准原理，原理的公式表达如下：ΔxΔp≥�0�4/2。量子力学的基本内容量子力学的基本原理包括量子态的概念，运动方程、理论概念和观测物理量之间的对应规则和物理原理。在量子力学中，一个物理体系的状态由态函数表示，态函数的任意线性叠加仍然代表体系的一种可能状态。状态随时间的变化遵循一个线性微分方程，该方程预言体系的行为，物理量由满足一定条件的、代表某种运算的算符表示；测量处于某一状态的物理体系的某一物理量的操作，对应于代表该量的算符对其态函数的作用；测量的可能取值由该算符的本征方程决定，测量的期待值由一个包含该算符的积分方程计算。态函数的平方代表作为其变数的物理量出现的几率。根据这些基本原理并附以其他必要的假设，量子力学可以解释原子和亚原子的各种现象。根据狄拉克符号表示，态函数，用<Ψ|和|Ψ>表示，态函数的概率密度用ρ＝<Ψ|Ψ>表示，其概率流密度用（�0�4/2mi）（Ψ*▽Ψ－Ψ▽Ψ*）表示，其概率为概率密度的空间积分。态函数可以表示为展开在正交空间集里的态矢比如|Ψ（x）>＝∑|ρ_i>，其中|ρ_i>为彼此正交的空间基矢，
首先送给你一句话，是美国现代最有名的物理学家之一费曼说过：“有人说世界上只有三个人能懂得相对论，那么对于量子力学，我敢肯定地说，没有有人会懂”， 这也是我开始学习量子力学时候老师给我们讲的，量子力学的特点就是他的抽象和矛盾。从一开始的基本原理到基本实验事实：单电子的双缝干涉（听起来就不合逻辑，但是事实就是如此），所以任何学习量子力学的人，不应该把精力放在如何更好的从逻辑上去理解量子力学，因为其本身就是不可以用逻辑解释的，我们应该去接受那些看似不可思议的假设和实验事实，然后以此为前提是用逻辑推导和数学技巧去解决实际问题，这才是学习量子力学的要务！ 量子力学主要有三种数学体系：波动力学、矩阵力学和路径积分，我们通常在前面几章会更多的使用到波动力学理论，是以振动理论为基础的，所以可以看微分方程的书籍获得所需要的理论基础；矩阵力学是海森堡建立的，起初他自己也不知道这个的物理含义，直到人们提出了希尔伯特空间，把算符和波函数都放在这个空间里才理解了量子力学的矩阵描述，所以线性代数对于矩阵力学的理解至关重要！ 对于最后一个由费曼一手建立的解释，属于边缘理论，一般书里不会讲的，除非你很感兴趣可以看一下曾谨言的量子力学第二卷里面有述及。 对于教材，你可以先从导论看起，培养自己的兴趣，兴趣很重要，因为量子力学的难度和抽象程度足以让所有不热爱它的人望而却步，只有你喜欢他，你才能够抱着一种轻松的心态去面对这些艰涩难懂的概念理论！切记！ 导论我推荐一本国外人写的 名字忘记了 书名就是量子力学导论。然后课本你可以看复旦苏汝铿的《量子力学》比较详细的一本书，对你打下基础有利！ 补充一下，一定要学好狄拉克符号！这个东西不仅有助于让你事半功倍的表达量子力学关系式，还有助于你更好的理解量子力学！！最后祝你好运 ：）
研究生量子力学方向论文初步设
量子力学是20世纪初期，在一群物理大佬的神仙打架中诞生出来的，当时是为了争论光是由什么组成以及光的形态！牛顿认为光是波形态，但也有很多科学家认为光是粒子，其中有很多著名的实验，比如双缝干涉实验就是最著名的一个，但是这个实验的结果让很多人大跌眼镜，他们发现单个的光电子在通过双缝时候居然也产生了干涉，产生了波才能产生的干涉条纹，但当你试图去观测它的运动轨迹时，它又展示出来粒子的特性，没有产生干涉条纹，这就非常诡异了，怎么会这样？难道电子事先知道我们要观测它？后来爱因斯坦说，光其实是波粒二象性的，其实诸多量子力学的奠基人一开始都是反对量子力学的，就连爱因斯坦也曾经说过，上帝不投骰子！而量子力学本身也是与我们现在真实存在的客观世界是相悖论的，我们真实存在的客观世界，怎么能够通过观测者而改变呢？ 量子力学至今人类也只是刚刚撬开它的门而已，与量子力学不同，我们现在所在的世界，世间万物你都可以用牛顿的经典力学去诠释它，因为这个世界就是你现实所能看到的这个样子，但是量子力学不一样就在于它的不确定性，比如薛定谔的猫，一只又活又死的猫！你如何解释呢？其实这只猫在微观量子世界里，它确实是处于一个生与死的纠缠态，但是你一旦打开盒子的一瞬间，一旦通过观测，就会导致波函数坍缩，猫就会从量子世界里的纠缠态，变成本征态！你就能马上决定了这只猫的生死，注意哦，这里不是你看到这只猫的生死，而是你观测的这一行为而决定了它的生死！观测和测量，是区分量子力学和经典力学的主要区别！ 最后我们也总结：量子力学至今没有被证实，但它确实是一项很神奇的物理学分支！它的魅力让无数人为之疯狂！经典力学是通过观测和测量来得到的一些结论，而量子力学它本身就是以不确定性，概率为中心的物理理论！所以以我们现在人类的科学技术，是无法通过科学实验去证实它的！就比如我们现在所在的地球，大家都知道它是圆的，但是当你没有去看它去观测它的时候，你怎么就知道它不会变成方的呢？还有可能是矩形！
量子电动力学 量子电动力学（Quantum Electrodynamics，简写为QED），是量子场论中最成熟的一个分支，它研究的对象是电磁相互作用的量子性质（即光子的发射和吸收）、带电粒子的产生和湮没、带电粒子间的散射、带电粒子与光子间的散射等等。它概括了原子物理、分子物理、固体物理、核物理和粒子物理各个领域中的电磁相互作用的基本原理。 量子电动力学是从量子力学发展而来。量子力学可以用微扰方法来处理光的吸收和受激发射，但却不能处理光的自发射。电磁场的量子化会遇到所谓的真空涨落问题。在用微扰方法计算高一级近似时，往往会出现发散困难，即计算结果变成无穷大，因而失去了确定意义。后来，人们利用电荷守恒消去了无穷大，并证明光子的静止质量为零。量子电动力学得以确立。量子电动力学克服了无穷大困难，理论结果可以计算到任意精度，并与实验符合得很好，量子电动力学的理论预言也被实验所证实。到20世纪40年代末50年代初，完备的量子电动力学理论被确立，并大获全胜。 量子电动力学认为，两个带电粒子（比如两个电子）是通过互相交换光子而相互作用的。这种交换可以有很多种不同的方式。最简单的，是其中一个电子发射出一个光子，另一个电子吸收这个光子。稍微复杂一点，一个电子发射出一个光子后，那光子又可以变成一对电子和正电子，这个正负电子对可以随后一起湮灭为光子，也可以由其中的那个正电子与原先的一个电子一起湮灭，使得结果看起来像是原先的电子运动到了新产生的那个电子的位置。更复杂的，产生出来的正负电子对还可以进一步发射光子，光子可以在变成正负电子对……而所有这些复杂的过程，最终表现为两个电子之间的相互作用。量子电动力学的计算表明，不同复杂程度的交换方式，对最终作用的贡献是不一样的。它们的贡献随着过程中光子的吸收或发射次数呈指数式下降，而这个指数的底，正好就是精细结构常数。或者说，在量子电动力学中，任何电磁现象都可以用精细结构常数的幂级数来表达。这样一来，精细结构常数就具有了全新的含义：它是电磁相互作用中电荷之间耦合强度的一种度量，或者说，它就是电磁相互作用的强度。 1965年诺贝尔物理学奖授予日本东京教育大学的朝永振一郎（Sin-Itiro Tomonaga，1906—1979），美国马萨诸塞州坎布里奇哈佛大学的施温格（Julian ，1918—1994）和美国加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的费曼（Richard Phillips Feynman，1918—1988），以表彰他们在量子电动力学所作的基础工作，这些工作对基本粒子物理学具有深远的影响。 费曼、施温格和朝永振一郎的贡献就是用不同方法独立地异途同归地解决了这一困难，从而建立了量子电动力学的新理论体系。他们从不同的渠道运用“重正化”概念把发散量确切地归入电荷与质量的重新定义中，从而使高阶近似的理论结果不再会遇到发散。“重正化”的意思就是用一定的步骤把微扰论积分中出现的发散分离出去，吸收到相互作用耦合常数及粒子的质量中，并通过重新定义相互作用耦合常数和粒子的质量，来获得不发散的矩阵元，使计算结果可与实验对比。 有了重正化方法，量子电动力学获得了巨大成功，由此计算出来的电子反常磁矩和兰姆位移与实验结果相符达十几位量级。可见，量子电动力学是何等精确的理论。这一切既要归功于众多对现代物理学作过贡献的物理学家，更要归功于1965年这三位诺贝尔物理学奖获得者。 费曼1918年5 月11日出生于美国纽约市郊俄国移民犹太族家庭里，1935年进入麻省理工学院（MIT），先学数学，后转物理。1939年本科毕业，毕业论文发表在《物理评论》（.）上，内有一个后来以他的名字命名的量子力学公式。1939年9月在普林斯顿大学当惠勒（）的研究生，致力于研究量子力学的疑难问题：发散困难。第二次世界大战中，参加洛斯阿拉莫斯科学实验室研制原子弹。1942年得普林斯顿大学理论物理学博士学位。战争结束后到康奈尔大学任教。自1951年起任加利福尼亚理工学院教授。 费曼于40年代发展了用路径积分表达量子振幅的方法，并于1948年提出量子电动力学新的理论形式、计算方法和重正化方法，从而避免了量子电动力学中的发散困难。目前量子场论中的“费曼振幅”、“费曼传播子”、“费曼规则”等均以他的姓氏命名。费曼图是费曼在四十年代末首先提出的，用于表述场与场间的相互作用，可以简明扼要地体现出过程的本质，费曼图早已得到广泛运用，至今还是物理学中对电磁相互作用的基本表述形式。 1958年费曼和盖尔曼合作，提出了弱相互作用的矢量-膺矢量型理论（即V-A理论，又称普适费米型弱相互作用理论）。这是经过20余年曲折发展以后所达到的关于弱相互作用的正确的唯象理论。这一理论为以后温伯格、萨拉姆和格拉肖建立电磁相互作用和弱相互作用的统一理论开辟了道路。在50年代前期，费曼还曾经从事发展液氮的微观理论的研究工作。 费曼的路径积分方法是他的独创性又一个鲜明的例证。 费曼总是以自己独特的方式来研究物理学。他不受已有的薛定谔的波函数和海森堡的矩阵这两种方法的限制，独立地提出用跃迁振幅的空间-时间描述来处理几率问题。他以几率振幅叠加的基本假设为出发点，运用作用量的表达形式，对从一个空间-时间点到另一个空间-时间点的所有可能路径的振幅求和。这一方法简单明了，成了第三种量子力学的表述法。 1968年费曼根据电子深度非弹性散射实验和布约肯（）的标度无关性提出高能碰撞中的强子结构模型。这种模型认为强子是由许多点粒子构成，这些点粒子就叫部分子（parton）。部分子模型在解释高能实验现象上比较成功，它能较好地描述有关轻子对核子的深度非弹性散射、电子对湮灭、强子以及高能强子散射等高能过程，并在说明这些过程中逐步丰富了强子结构的物理图像。 1986年2月费曼应邀参加总统委员会，调查“挑战者”号失事原因。会议前一天，他先去喷气推进实验室了解情况，作了详细记录。当时众说纷纭，莫衷一是。他敏锐地注意到密封问题。会议令他失望，互相扯皮，推卸责任，没完没了地听取证人的证词。费曼要求再去调查，结果发现美国航天局的报告自相矛盾。他注意到，他们原来是用计算机分析橡胶的弹性，条件不合要求。有一将军问费曼，低温对橡胶有无影响？提醒了他注意到用于密封的O圈在-2℃可能失去弹性。费曼还注意到，在发射前火箭公司有一位工程师坚持不宜发射的意见，但经理在军方压力下同意了。进一步调查还表明，发射台的温度数据欠准。1986年2月，费曼公正地把真相公之于众。1986年2月11日在总统委员会开会论证时，费曼把一块与O圈材料相同的橡胶投入冰水中，证明“挑战者”号失事的原因就在于寒冷的气候。这件事曾经轰动了全世界，但是人们哪里知道，这时费曼正在顽强地与胃癌斗争，不久他就与世长辞了。 费曼的重要著作有：《量子电动力学》、《量子力学和路径积分》，与希布斯合著《光子强子相互作用》等。《费曼物理学讲义》（共三卷）是美国六十年代科学教育改革的重要尝试，虽然深度、广度过高，但不失为优秀参考读物。费曼在前言中写道：“我讲授的主要目的，不是帮助你们应付考试，也不是帮你们为工业或国防服务。我最希望做到的是，让你们欣赏这奇妙的世界以及物理学观察它的方法”。1973年诺贝尔物理学奖获得者贾埃沃（）说过：费曼是对他影响最大的物理学家，而《费曼物理学讲义》是对他影响最深的书籍。这套讲义的特色是：引人入胜，丰富生动，论述精辟，富于启发。费曼透彻讲解了物理现象的本质和规律。费曼的自传：《别闹了，费曼先生》是一本备受欢迎的文学著作。 如果说费曼是一代奇才，则施温格也不愧为物理学家中的“莫扎特”。施温格1918 年2月12日出生于纽约，他自幼聪慧过人，在数学和科学方面显示出非凡的才能。由于多次跳级，14岁即高中毕业，进入纽约市立学院学习。他爱好自学，从图书馆中借阅了各种物理书籍，经常不到课堂听讲。据说，统计力学课他从未出席，却在期末考试中成绩突出，因为他推导的步骤比其他同学按课堂上学到的方法简捷得多。有人夸奖年轻的施温格说：“他对物理学就像莫扎特对音乐那样。”哥伦比亚大学的拉比教授非常欣赏施温格的才华，对人说：施温格已经知晓了物理学的 90％，其余的“只要几天就够了”。在拉比的推荐下，施温格转到哥伦比亚大学，并于1936年获学士学位，1939年获博士学位，时年21岁。然后到伯克利加州大学当了奥本海墨的研究助理。1941年到柏图大学任教，后来到芝加哥大学参加原子反应堆设计。为了避免卷入原子弹计划，施温格在1943年离开芝加哥，转到麻省理工学院，从事雷达系统的改进。正是这项工作使他对电磁辐射理论发生了兴趣，把工作重点转到量子电动力学的理论。1945年施温格应聘成为哈佛大学副教授，两年后升教授，成为该校最年轻的教授。就是在这段时期，施温格进行了重正化的研究。他的方法与费曼的不同，如果说费曼用的是“积分”方法，则施温格用的是“微分”方法，但是两种方法得到的结果是一样的。 量子电动力学的另一位奠基人朝永振一郎1906 年3月31日出生于日本东京，1929年毕业于京都大学理学部物理学科，随后在玉城嘉七郎研究室任临时见习研究生，3年之后，赴东京理化研究所，在仁科芳雄研究室当研究员，1937年留学德国，在海森伯的领导下研究原子核理论和量子理论，1939年底，回国接受东京帝国大学的理学博士学位。1941年，任东京文理科大学物理学教授，提出量子场论的超多时理论，第二次世界大战期间，曾经研究雷达技术中磁控管的理论，发表了《分割阳极磁电管理论》的论文，战后继续研究和发展他的超多时理论和介子耦合理论，同时参与《理论物理进展》的创办工作。朝永振一郎以他的超多时理论为基础，找到了一种避开量子电动力学中发散困难的重正化方法，利用这种方法，可以成功地解释兰姆位移和电子反常磁矩的实验。他的工作几乎与施温格和费曼同时。他们独立地完成了类似的研究，达到了同样的目的，真可谓殊途同归。他们的研究使得描写微观世界的量子电动力学理论成为一个精确的理论，并对以后的理论发展产生了深远影响。1949年，朝永振一郎应聘赴美国普林斯顿高级研究院工作，提出了高密度极限的多费密子体系的一维模型理论。回国后创建了东京大学原子核研究所。1956年以后，先后出任东京教育大学校长、日本学术会议会长、东京教育大学光学研究所所长。他还得到日本学士院院士、日本文化勋章以及好几个国家的科学院荣誉院士称号。1957年5月朝永振一郎曾率领日本物理代表团来中国访问并进行学术交流。朝永振一郎于1979年7月8日在东京病逝。
带你揭开量子力学神秘面纱！一起了解薛定谔的猫！原来它们是这样
举例是论证的一种手段，也是最直观的，不让我举例，让我归缪么？你可以先简述量子力学的发展然后 论点1 使人们认识了微观，扩大了人们的视野，影响了人们的哲学观点（西方物理与哲学渊源很深） 用例子说明论点2 激发了人们的探索热情 以致20世纪初物理学突飞猛进 进而刺激了新的科技革命 例子论点3 量子理论用于实际（核能，计算机）为人们学习研究提供了工具与能源（核能现在还不明显，但100年以后石油煤烧完后呢） 例子等等等等