淺析量子物理學(xué)發(fā)展史

張凌義

摘 要：量子物理學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的一種分支，與普通的物理學(xué)研究的宏觀領(lǐng)域不同，量子物理學(xué)研究的是微觀世界，也因此人稱為量子物理學(xué)未研究量子現(xiàn)象的物理學(xué)。量子物理學(xué)始于20世紀(jì)初，顯微鏡與望遠(yuǎn)鏡不斷發(fā)展，物理學(xué)家門通過對(duì)微觀世界中粒子組成與運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究逐步講量子物理學(xué)建立起來。量子物理學(xué)的現(xiàn)象并不同于在日常生活中所觀察到的物理現(xiàn)象，其理論極其抽象，其數(shù)學(xué)工具比較艱深，要想對(duì)量子物理學(xué)有一個(gè)深入研究與了解，必須對(duì)量子物理學(xué)的發(fā)展進(jìn)行研究。文章基于高中生視角，以多元化客觀化的態(tài)度分析研究問題，對(duì)量子物理學(xué)的發(fā)展史作一個(gè)淺析。

關(guān)鍵詞：量子物理學(xué)；發(fā)展史；高中生視角；非連續(xù)性的微觀世界世界

量子力學(xué)史上著名的“上帝擲骰子嗎”一直是一道傳奇的不解之謎，愛因斯坦認(rèn)為上帝是不可能擲骰子的，即因果律，但波爾認(rèn)為愛因斯坦無理取鬧，上帝肯定是擲骰子的，即混沌體系，而霍金結(jié)合二者的觀點(diǎn)，認(rèn)為上帝將骰子擲到人們看不見的地方。這些觀點(diǎn)最后誰都無法說服誰，因?yàn)闆]有任何人可以用實(shí)驗(yàn)的方式得到有用的結(jié)論，但量子力學(xué)爭論的意義是至關(guān)重要的，正如德布羅意所說，物理學(xué)的上半生閉著眼，現(xiàn)在已經(jīng)醒了。

一、量子物理學(xué)發(fā)展史概述

盡管量子力學(xué)相對(duì)于其他物理學(xué)版塊研究時(shí)間較晚，然而它的研究過程更為曲折，因?yàn)橐恢币詠砣藗儧]有發(fā)明出能夠直視微觀世界的高科技，因此對(duì)微觀世界并不了解，量子物理學(xué)的發(fā)展史也是一個(gè)爭議史。量子物理學(xué)的發(fā)展史經(jīng)過了許多的階段，人們對(duì)微觀物理的研究從淺顯到深入，并不斷地發(fā)展，最后物理學(xué)家們對(duì)量子力學(xué)的研究取得了舉世矚目的巨大成就。量子物理學(xué)的發(fā)展史分為多個(gè)階段，每個(gè)階段都有不同的探索，將這三個(gè)階段分別加以敘述：

（1）量子物理學(xué)第一階段，關(guān)于光本性的爭論。自古希臘以來關(guān)于光本性的猜測就分為粒子說和波動(dòng)說。胡克認(rèn)為光是一種光波，從泊松亮斑等波動(dòng)性體現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看似乎確實(shí)如此；但牛頓卻依據(jù)光的色散實(shí)驗(yàn)用微粒說作為前提提出了一套理論，他認(rèn)為光就是一種經(jīng)典粒子，擁有球體特性。盡管惠更斯的光學(xué)理論同樣足夠自洽，但無奈牛頓身后是質(zhì)子力學(xué)這一龐然大物，因此微粒說暫時(shí)獲勝。托馬斯.楊的楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)卻重新把這一問題拋到了物理學(xué)爭端中，當(dāng)時(shí)對(duì)機(jī)械波特性的研究已經(jīng)足夠深入，人們意識(shí)到光具有非常常見的波動(dòng)性，但此后康普頓實(shí)驗(yàn)，拉普拉斯的微粒折射理論讓這場爭論難以決出對(duì)錯(cuò)真理。經(jīng)典物理學(xué)體系顯然已經(jīng)不足以解決這場貫穿物理學(xué)史的爭端。

（2）量子物理學(xué)第二階段，關(guān)于量子學(xué)說的提出。時(shí)光飛逝，十九世紀(jì)的爭議隨著下一個(gè)世紀(jì)的鐘聲敲響而宣告終結(jié)。僅僅源自數(shù)學(xué)對(duì)黑體輻射規(guī)律的兩種歸納：維恩輻射能量分布公式與瑞利-金斯公式同樣陷入了尷尬，都僅在一定波段準(zhǔn)確。普朗克結(jié)合兩人結(jié)論得出公式，卻在正式大膽地提出“量子”的概念，通過假設(shè)黑體能量的不連續(xù)解釋了公式中奇妙的常數(shù)h，這與經(jīng)典力學(xué)有著最本質(zhì)的區(qū)別！像是打開了潘多拉的魔盒，經(jīng)典物理學(xué)的基石被顛覆，量子學(xué)說之離經(jīng)叛道使得連普朗克自己都不愿相信。

（3）量子物理學(xué)第三階段，量子世界正式打開。愛因斯坦可以說是最具有自我顛覆勇氣的科學(xué)家，可即便是他，也一生至死都站在量子說的反面。但他卻為量子說的真正成形做出了巨大貢獻(xiàn)，先是光電效應(yīng)方程再次掀起光性爭論，后來又有光子盒理想實(shí)驗(yàn)與波爾巔峰對(duì)決，都最終推動(dòng)了新理論的誕生。后來，又一個(gè)傳奇人物薛定諤用量子糾纏態(tài)把概率波的概念拋出，與德布羅意當(dāng)初的物質(zhì)波概念一樣對(duì)波動(dòng)與粒子的界限發(fā)起了沖擊。

二、量子物理學(xué)發(fā)展的意義

盡管量子物理學(xué)的發(fā)展歷經(jīng)曲折，物理學(xué)家們?cè)?jīng)因?yàn)閷?duì)量子物理學(xué)的不了解而爭論不休，但量子物理學(xué)的發(fā)展對(duì)于人類認(rèn)識(shí)這個(gè)世界改變這個(gè)世界具有至關(guān)重要的意義，人類終于突破了僅限研究肉眼所見的一切這種尷尬局面，微觀世界的大門已經(jīng)敞開。量子物理學(xué)發(fā)展給人類帶來的意義在許多個(gè)方面，以下無法一一詳盡，只能選取以下三個(gè)方面作為案例以供參考：

（1）為人類打開了微觀世界的大門。量子物理學(xué)的發(fā)展為人們打開了微觀世界的大門，揭開了自然更深的奧秘，人們不再局限于宏觀世界的研究，也不再固守因果律對(duì)科學(xué)的束縛，對(duì)這個(gè)世界的理解與認(rèn)知邁向了全新的領(lǐng)域，這對(duì)于全人類而言，無疑是巨大的福音。此后人們不再局限于宏觀世界的研究，通過對(duì)原子、電子、質(zhì)子、中子的本質(zhì)發(fā)現(xiàn)世界的本質(zhì)，宇宙的本質(zhì)，探索地球的誕生，宇宙的起源，不斷以科學(xué)理性的發(fā)生解讀這個(gè)世界，智慧的光照亮未知的領(lǐng)域，人類文明將更近一步。

（2）促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。量子物理學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了人類世界生產(chǎn)力的發(fā)展，人們通過對(duì)微觀世界的研究，在宏觀世界里運(yùn)用這些研究成果促進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展譬如量子物理學(xué)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)革新提供的可能，讓人類運(yùn)算能力進(jìn)入新層次有了基礎(chǔ)；量子物理學(xué)對(duì)超距通信的推測和啟發(fā)，讓世界開始了對(duì)夢(mèng)幻一般通訊技術(shù)的落實(shí)；量子物理學(xué)與經(jīng)典電子科技結(jié)合，研發(fā)以量子說為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)密鑰，大幅提升網(wǎng)絡(luò)安全，凡此爾爾。這些都對(duì)實(shí)際生活的改變做出了卓越貢獻(xiàn)。

（3）帶動(dòng)人類對(duì)意識(shí)與物質(zhì)的哲學(xué)問題的更深層思考。量子理論源于數(shù)學(xué)推導(dǎo)，物理衍化，但最終得出的結(jié)果卻極富哲學(xué)魅力，譬如關(guān)于意識(shí)，人們明白了認(rèn)識(shí)是主體與客體相互作用的整體行為，不可能把主體干擾排除在外獲得一個(gè)純粹的客觀全面的認(rèn)識(shí)。極端理論甚至提出了多宇宙多主體的可能性，引人深思。

綜上所述，量子物理學(xué)的發(fā)展史并非一帆風(fēng)順，毫無波折，而是物理學(xué)家們經(jīng)過了幾個(gè)世紀(jì)的爭議與實(shí)驗(yàn)與猜想一點(diǎn)一滴累積成果最后在眾人的合力下推開了微觀世界的大門，量子物理學(xué)的研究成果為人們帶來的翻天覆地的變化，人類開始有依據(jù)地深入研究與探索這個(gè)世界，并通過這個(gè)世界的規(guī)律一點(diǎn)一滴地改變這個(gè)世界，量子物理學(xué)運(yùn)用在生活中能夠極大提高社會(huì)的生產(chǎn)力，也為科技的革新提供了理論依據(jù)，讓我們?cè)俅蜗蚰切﹤ゴ蟮奈锢韺W(xué)家們致敬，量子物理學(xué)必將被后人繼承與完善，讓這個(gè)世界在人類的改造之下輝煌而美好！

參考文獻(xiàn)：

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[2]曹天元.上帝擲骰子嗎[M].京華出版社，2013.