量子力学,相对论。它们一同被视为20世纪的两大最杰出的理论,但它们的发展历程却是如此不同。当年Einstein几乎凭借一己之力就掀翻了整座经典力学的地基,并且亲自构建起侠义相对论和广义相对论的大厦。然而,量子力学的发展却是历经坎坷,虽然众多才华横溢的物理学家们为此奋斗终生,然而目前的量子物理的体系仍然不太令人满意。尽管如此,那些伟人们的业绩还是值得我们去称颂的,他们的丰功伟绩不可磨灭。
Max Planck:我脑海中Planck的形象总是一个秃顶的老头。关于黑体辐射问题,原本有两套公式(一套适用于长波长的光,一套使用于短波长的光),1900年Planck硬是用数学方法凑出一个适用于所有情况的黑体辐射公式。自己还有点丈二和尚摸不着头脑,冥思苦想几年后提出了一个更让人丈二和尚摸不着头脑的假设:能量吸收和放出必须是一份一份的,而不是连续的。这是多么伟大的假设啊!潘多拉的魔盒就此被打开。
Albert Einstein:这位天才注定是20世纪物理学界的圣人。在那熠熠生辉的1905年,还是小爱的老爱发表了六篇论文,为物理学三大领域奠基。一是关于分子运动,一是讨论运动物体的电动力学(后来它被冠以那个如雷贯耳的名字“狭义相对论”),还有一个就是我要说的“光量子假说”。仅仅引入一个简单的概念——光子(photon),一个简单公式E=hν,就完美地解释了光电效应。尽管人们都不怎么喜欢这个假设,量子这个概念开始萌芽了。
Neils Bohr:当时人们对H原子那一条一条看似毫无规律的谱线毫无头绪,Balmer瞪着一大堆数据凑出了一个古怪的式子(Planck和Balmer的凑数字功夫有一拼)。而我们这位Bohr引入了量子的概念,改进了他的老师Ernest Rutherford的原子模型,不仅成功地解释H原子的谱线问题,并且在此基础上一举推出了Balmer凑出的经验公式。这次成功后,不少物理学家开始不由地逐渐转投到“量子”门下了。这个丹麦人在此后也成为了量子力学一个标志性的领军人物之一。
Arthur H Compton:1923年Compton做了那个著名的X射线散射实验,但是经典波动理论怎么也解释不通实验结果。山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村。引入光量子假设让他立刻看到了曙光,眼前一切豁然开朗。X射线散射实验肯定了量子假设的正确性,量子的概念深入人心。
W.E.Pauli:无庸置疑,他是一个天才,不过有些太过轻妄,对谁都骂骂咧咧。他提出了不相容原理(The Exclusion Principle),对量子物理的重要性不要而喻。也许是因为他的狂妄吧,这个重要的发现过了N多N多年后才被授予诺贝尔奖。
Louis de Broglie:他是物理学界少见的贵族出身。电磁波,也就是光,既然可以是粒子即光子,于是De Broglie极富想象力地设想电子作为一种粒子也会有波动,并且利用相对论和基本的量子假设导出了电子的频率公式,不久之后Davisson和Germer用实验证实了电子的波动性。原本关于光是粒子还是波的争论已经够麻烦了,现在电子也插进来搅和。多说一句,De Broglie也是历史上同样少见的仅凭博士论文就获得诺贝尔奖的人。
S.N.Bose:一位来自印度的神秘人物。1924年,老爱莫明其妙地收到了一封来自遥远印度的信。寄信的就是这位Bose,他假设光是不可区分的粒子的集合,从这个简单的假设出发一手推导出了Planck的黑体辐射公式。随后老爱发展了Bose的思想,发展出了在量子力学中具有举足轻重地位的Bose-Einstein统计方法,服从这种统计的粒子也被命名为玻色子(Bosen)。这个统计方法微粒在光领域取得的里程碑式的胜利。
Werner Heisenberg:Heisenberg给我的形象就是一个西部牛仔一般的大男孩。当时尽管Bohr的理论对H原子很成功,但是对多电子的原子却根本行不通。1925年,量子物理陷入一筹莫展的境地之际,Heisenberg天才般地想到了矩阵(Matrix),靠着Jordan(不是篮球天皇巨星乔丹,这是Jordan一个精通矩阵的数学家)的帮助,在把电子作为基本粒子地基础上构建起了“矩阵力学”的大厦。量子物理重新看到了曙光。
Max Planck:我脑海中Planck的形象总是一个秃顶的老头。关于黑体辐射问题,原本有两套公式(一套适用于长波长的光,一套使用于短波长的光),1900年Planck硬是用数学方法凑出一个适用于所有情况的黑体辐射公式。自己还有点丈二和尚摸不着头脑,冥思苦想几年后提出了一个更让人丈二和尚摸不着头脑的假设:能量吸收和放出必须是一份一份的,而不是连续的。这是多么伟大的假设啊!潘多拉的魔盒就此被打开。
Albert Einstein:这位天才注定是20世纪物理学界的圣人。在那熠熠生辉的1905年,还是小爱的老爱发表了六篇论文,为物理学三大领域奠基。一是关于分子运动,一是讨论运动物体的电动力学(后来它被冠以那个如雷贯耳的名字“狭义相对论”),还有一个就是我要说的“光量子假说”。仅仅引入一个简单的概念——光子(photon),一个简单公式E=hν,就完美地解释了光电效应。尽管人们都不怎么喜欢这个假设,量子这个概念开始萌芽了。
Neils Bohr:当时人们对H原子那一条一条看似毫无规律的谱线毫无头绪,Balmer瞪着一大堆数据凑出了一个古怪的式子(Planck和Balmer的凑数字功夫有一拼)。而我们这位Bohr引入了量子的概念,改进了他的老师Ernest Rutherford的原子模型,不仅成功地解释H原子的谱线问题,并且在此基础上一举推出了Balmer凑出的经验公式。这次成功后,不少物理学家开始不由地逐渐转投到“量子”门下了。这个丹麦人在此后也成为了量子力学一个标志性的领军人物之一。
Arthur H Compton:1923年Compton做了那个著名的X射线散射实验,但是经典波动理论怎么也解释不通实验结果。山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村。引入光量子假设让他立刻看到了曙光,眼前一切豁然开朗。X射线散射实验肯定了量子假设的正确性,量子的概念深入人心。
W.E.Pauli:无庸置疑,他是一个天才,不过有些太过轻妄,对谁都骂骂咧咧。他提出了不相容原理(The Exclusion Principle),对量子物理的重要性不要而喻。也许是因为他的狂妄吧,这个重要的发现过了N多N多年后才被授予诺贝尔奖。
Louis de Broglie:他是物理学界少见的贵族出身。电磁波,也就是光,既然可以是粒子即光子,于是De Broglie极富想象力地设想电子作为一种粒子也会有波动,并且利用相对论和基本的量子假设导出了电子的频率公式,不久之后Davisson和Germer用实验证实了电子的波动性。原本关于光是粒子还是波的争论已经够麻烦了,现在电子也插进来搅和。多说一句,De Broglie也是历史上同样少见的仅凭博士论文就获得诺贝尔奖的人。
S.N.Bose:一位来自印度的神秘人物。1924年,老爱莫明其妙地收到了一封来自遥远印度的信。寄信的就是这位Bose,他假设光是不可区分的粒子的集合,从这个简单的假设出发一手推导出了Planck的黑体辐射公式。随后老爱发展了Bose的思想,发展出了在量子力学中具有举足轻重地位的Bose-Einstein统计方法,服从这种统计的粒子也被命名为玻色子(Bosen)。这个统计方法微粒在光领域取得的里程碑式的胜利。
Werner Heisenberg:Heisenberg给我的形象就是一个西部牛仔一般的大男孩。当时尽管Bohr的理论对H原子很成功,但是对多电子的原子却根本行不通。1925年,量子物理陷入一筹莫展的境地之际,Heisenberg天才般地想到了矩阵(Matrix),靠着Jordan(不是篮球天皇巨星乔丹,这是Jordan一个精通矩阵的数学家)的帮助,在把电子作为基本粒子地基础上构建起了“矩阵力学”的大厦。量子物理重新看到了曙光。