量子力学100岁了:一场颠覆物理学的“速战速决”|Nature

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百年回顾1925年

量子力学100岁了:一场颠覆物理学的“速战速决”|Nature

原标题:量子力学100岁了:一场颠覆物理学的“速战速决”|Nature
文章来源:量子位
内容字数:9668字

量子力学百年:几个月诞生的伟大理论

1925年,量子力学的现代时代正式开启。这篇文章回顾了量子力学在短短几个月内诞生的惊人历程,以及它对物理学和整个世界的深远影响。

  1. 量子力学诞生前的物理学

    20世纪初,经典物理学无法解释亚原子现象,旧量子理论的核心是玻尔-索末菲模型。该模型成功解释了氢原子的光谱,但在处理更复杂的原子时遇到了问题,这为量子力学的诞生埋下了伏笔。

  2. 海森堡的突破

    海森堡发现玻尔-索末菲模型的局限性,并意识到需要从根本上重建物理学的概念体系。他决定抛弃经典力学中不可观测的量,例如电子的轨道,并基于可观测量建立新的理论。

  3. 矩阵力学的诞生

    1925年7月,海森堡写下具有决定性意义的信件,标志着他与经典力学的决裂。他发表了论文《学和力学关系的量子力学重新诠释》,提出了矩阵力学,用矩阵来描述量子力学中的物理量。玻恩和约尔当随后完善了该理论。

  4. 动力学的出现

    薛定谔对矩阵力学持批评态度,他提出了波动力学,用波动方程来描述电子的。尽管海森堡对波动力学持保留意见,但它很快成为解决问题的首选数学形式。

  5. 两大理论的融合与发展

    1926年春天,矩阵力学和波动力学的等价性得到确立,这推动了量子力学理论的快速发展。玻恩解释了波函数振幅的平方表示概率,狄拉克提出了变换理论。短短几年内,量子力学相关的论文大量涌现,并迅速应用于解释各种现象。

  6. 量子力学的影响与争议

    量子力学解决了诸多经典物理学无法解释的问题,例如化学键的本质、金属的导电性等。但其对个别基本过程的解释仍然存在争议,爱因斯坦等物理学家对量子力学的诠释提出了质疑,但量子力学最终成为了现代物理学的基石。

一百年来,量子力学不断发展,其深层次的哲学思考仍在继续。它不仅彻底改变了物理学,也深刻地影响了我们对世界的理解。


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版权声明:atcat 发表于 2025-01-10 10:20:11。
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