量子力學100歲了：一場顛覆物理學的“速戰速決”｜Nature

百年回顧1925年

原標題：量子力學100歲了：一場顛覆物理學的“速戰速決”｜Nature
文章來源：量子位
內容字數：9668字

量子力學百年：幾個月誕生的偉大理論

1925年，量子力學的現代時代正式開啟。這篇文章回顧了量子力學在短短幾個月內誕生的驚人歷程，以及它對物理學和整個世界的深遠影響。

1. 量子力學誕生前的物理學

   20世紀初，經典物理學無法解釋亞原子現象，舊量子理論的核心是玻爾-索末菲模型。該模型成功解釋了氫原子的光譜，但在處理更復雜的原子時遇到了問題，這為量子力學的誕生埋下了伏筆。

2. 海森堡的突破

   海森堡發現玻爾-索末菲模型的局限性，并意識到需要從根本上重建物理學的概念體系。他決定拋棄經典力學中不可觀測的量，例如電子的軌道，并基于可觀測量建立新的理論。

3. 矩陣力學的誕生

   1925年7月，海森堡寫下具有決定性意義的信件，標志著他與經典力學的決裂。他發表了論文《學和力學關系的量子力學重新詮釋》，提出了矩陣力學，用矩陣來描述量子力學中的物理量。玻恩和約爾當隨后完善了該理論。

4. 波動力學的出現

   薛定諤對矩陣力學持批評態度，他提出了波動力學，用波動方程來描述電子的。盡管海森堡對波動力學持保留意見，但它很快成為解決問題的首選數學形式。

5. 兩大理論的融合與發展

   1926年春天，矩陣力學和波動力學的等價性得到確立，這推動了量子力學理論的快速發展。玻恩解釋了波函數振幅的平方表示概率，狄拉克提出了變換理論。短短幾年內，量子力學相關的論文大量涌現，并迅速應用于解釋各種現象。

6. 量子力學的影響與爭議

   量子力學解決了諸多經典物理學無法解釋的問題，例如化學鍵的本質、金屬的導電性等。但其對個別基本過程的解釋仍然存在爭議，愛因斯坦等物理學家對量子力學的詮釋提出了質疑，但量子力學最終成為了現代物理學的基石。

一百年來，量子力學不斷發展，其深層次的哲學思考仍在繼續。它不僅徹底改變了物理學，也深刻地影響了我們對世界的理解。

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