光的微粒说和波动说:三次波粒战争
第一次:17世纪,胡克和牛顿之争,1704年牛顿出版《光学》,微粒说完胜告终;
第二次:一百年后,双缝干涉、泊松亮斑、光速的测定让波动说占优势,麦克斯韦的电磁理论被赫兹证明——光是一种电磁波,光的波动说胜利,经典物理学达到巅峰;
第三次:1905年开始,主要是量子理论的波动力学和矩阵力学之争,最终以波粒二象性收场;
经典物理学
黄金时代:19世纪末,经典力学、经典电动力学和经典热力学(加上统计力学)形成了物理世界的三大支柱
乌云:《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》(1900年,开尔文男爵),在物理学阳光灿烂的天空中漂浮着两朵小小的乌云(光以太和黑体辐射),这两朵小乌云,一朵催生了相对论,另一朵则催生了量子力学,两朵乌云后来劈下的闪电愣是把经典物理学的大厦砸了个稀巴烂,新的物理学则在废墟中浴火重生。
量子力学发展
○ 早期
1900年12月14日,普朗克论文《黑体光谱中的能量分布》,黑体辐射公式假定,能量在发射和吸收的时候,不是连续不断,而是分成一份一份的;
1905年爱因斯坦基于普朗克的量子假设,提出光量子方程解释光电效应,光以量子的形式吸收能量,一个光量子激发出一个对应的电子
1913年玻尔的有轨电子模型,在卢瑟福原子核模型中引入了量子理论,提出电子跃迁
○ 波动力学
1923年,德布罗意提出相波公式,电子运动时也是一种波,即波粒二相性;
1926年,薛定谔从德布罗意方程推出了波动方程,创建了波动力学,提出概率波;
1935年,薛定谔既死又活的猫
○ 哥本哈根学派
1925年,海森堡将矩阵的规则运动到经典动力学公式,推导出量子化的原子能级和辐射频率
1927年,海森堡发表不确定性原理,玻尔推出互补原理
○ 爱因斯坦与玻尔的量子辩论:爱因斯坦笃信“因果论”,玻尔秉承量子非决定论(从1927年的索尔维会议辩论开始,直到1955年爱因斯坦逝世)
1927-1930年,爱因斯坦提出多个理想实验来质疑粒子的塌缩概率说
1931年以后,爱因斯坦继续提出实在性和定域性原理来证明根本哈根学派的不完备
○ 后期发展
1955年以后发展了隐变量理论和多种隐变量模型,多物理和多历史世界,一度还出现了意识论
80-90年代提出了超弦理论,试图解决引力波和量子力学不相容的问题