曹天元:量子力学的发展史

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导读:如果要评选物理学发展史上最伟大的那些年代,那么有两个时期是一定会入选的:17世纪末和20世纪初。前者以牛顿《自然哲学之数学原理》的出版为标志,宣告了近代经典物理学的正式创立;而后者则为我们带来了相对论和量子论,并彻底地推翻和重建了整个物理学体系。
如果要评选物理学发展史上最伟大的那些年代,那么有两个时期是一定会入选的:17世纪末和20世纪初。前者以牛顿《自然哲学之数学原理》的出版为标志,宣告了近代经典物理学的正式创立;而后者则为我们带来了相对论和量子论,并彻底地推翻和重建了整个物理学体系。所不同的是,今天当我们再次谈论起牛顿的时代,心中更多的已经只是对那段光辉岁月的怀旧和祭奠;而相对论和量子论却仍然深深地影响和困扰着我们至今,就像两颗青涩的橄榄,嚼得越久,反而更加滋味无穷。
我在这里要给大家讲的是量子论的故事这个故事更像一个传奇:由一个不起眼的线索开始,曲径通幽,渐渐地落英缤纷,乱花迷眼,正在没个头绪处,突然间峰回路转,天地开阔,如河出伏流,一泻汪洋。然而还未来得及一览美景,转眼又大起大落,误入白云深处不知归路……量子力学的发展史是物理学上最激动人心的篇章,我们会看到物理大厦在狂风暴雨下轰然坍塌,却又在熊熊烈焰中得到了洗礼和重生。我们会看到最革命的思潮席卷大地,带来了让人惊骇的电闪雷鸣,同时却又展现出震撼人心的美丽。我们会看到科学如何在荆棘和沼泽中艰难地走来,却更加坚定了对胜利的信念。
量子理论是一个极为复杂而又难解的谜题。她像一个神秘的少女,我们天天与她相见,却始终无法猜透她的内心世界。今天,我们的现代文明,从电脑到激光,从核能到生物技术,几乎没有哪个领域不依赖于量子论。但量子论究竟意味着什么?这个问题至今却依然难以回答。在自然哲学观上,量子论带给了我们前所未有的冲击和震动,甚至改变了整个物理世界的基本思想。它的观念是如此地革命,乃至最不保守科学家都在潜意识里对它怀有深深的惧意。现代文明的繁盛是理性的胜利,而量子论无疑是理性的最高成就之一,但是它被赋予的力量太过强大,以致连它的创造者本身都难以驾驭,以致量子论的奠基人之一玻尔(NielsBohr)都要说:"如果谁不为量子论而感到困惑,那他就是没有理解量子论。"
掐指算来,量子概念的诞生已经超过整整100年,但不可思议地是,它的一些基本思想却至今不为普通的大众所熟知。那么,就让我们再次回到那个伟大的年代,去回顾一下那场史诗般壮丽的革命吧。我们将沿着量子论当年走过的道路展开这次探险,我们将和20世纪最伟大的物理天才们同行,去亲身体验一下他们当年曾经历过的那些困惑、激动、恐惧、狂喜和震惊。这将注定是一次奇妙的旅程,我们将穿越幽深的森林和广袤的沙漠,飞越迷雾重重的峡谷和惊涛骇浪的狂潮。你也许会感到晕眩,可是请千万跟紧我的步伐,不要随意观光而掉队,否则很有可能陷入沼泽中无法自拔。请记住我的警告。
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