量子是现代物理的重要概念。最早是由德国物理学家M·普朗克在1900年提出的。(在量子力学出现之前,人们普遍相信牛顿三定律和万有引力定律是整个宇宙的终极真理。这也是我们所说经典力学。)
1900年德国 普朗克
1900年普朗克发现:物体热辐射所发出的光,其能量并不连续,而是一份份的,大小等于光的频率乘以一个很小的常数,也就是我们所说的普朗克常数。我们所说的“量子化”,其实就是指这种物理量本身不连续、总是一份份分布的特性。换言之,在量子世界里,物理量总是存在着一个最小值,无法像在经典世界中那样,直接趋于零。这个伟大的发现开启了通往量子世界的大门,普朗克因此获得了1918年的诺贝尔物理学奖。
爱因斯坦
人类历史上有两位最著名的科学家。其中一位是牛顿,另一位就是爱因斯坦。
1905年,大物理学家爱因斯坦在人类理解量子世界的道路上又向前迈进了一步。他指出,光其实也是一种粒子,叫作光子。在1905年爱因斯坦发表了三项重大发现 狭义相对论、布朗运动和光电效应。(1905年被称为“爱因斯坦奇迹年) 爱因斯坦也因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖。
玻尔
原子、原子核和电子,到底是经典的还是量子的? 答案是量子的。
最早指出这一点的人,是著名的丹麦物理学家玻尔。玻尔是一个伟大的科学家,同时也是个非常有人格魅力的领导者。他在母校哥本哈根大学创建了著名的玻尔研究所,曾经有32位诺贝尔奖获得者在这里工作、学习和交流,这让玻尔研究所在二十世纪二三十年代成了国际物理学研究的圣地。玻尔提出了一个能与实验高度吻合的氢原子模型。这项工作也使玻尔获得了1922年的诺贝尔物理学奖。
海森堡
既然量子不遵循金典力学,那它到底遵循什么规律呢?
答案是不确定性原理。这是由德国物理学家海森堡在1927年发现的。他是1932年的诺贝尔物理学奖获得者。不确定性就是你不知道量子具体的位置会在那,它更调皮,喜欢到处跑。
·埃尔温·薛定谔(Erwin Schrodinger)提出了量子力学的第二种形式,波动力学。在波动力学中,体系的状态用薛定谔方程的解——波函数来描述。矩阵力学和波动力学貌似矛盾,实质上是等价的。
·电子被证明遵循一种新的统计规律,费米-狄拉克统计。人们进一步认识到所有的粒子要么遵循费米-狄拉克统计,要么遵循玻色-爱因斯坦统计,这两类粒子的基本属性很不相同。
·海森堡阐明测不准原理。
·保尔·A·M·狄拉克(Paul A. M. Dirac)提出了相对论性的波动方程用来描述电子,解释了电子的自旋并且预测了反物质。
·狄拉克提出电磁场的量子描述,建立了量子场论的基础。
·玻尔提出互补原理(一个哲学原理),试图解释量子理论中一些明显的矛盾,特别是波粒二象性。
沃尔夫刚·泡利(Wolfgang Pauli)提出了不相容原理,为周期表奠定了理论基础。