第一性原理刨根问底拦不住

dynamoliu

量子力学的诞生 （参考了北大李重生老师课件结合了自己的感受）



量子力学是描述微观粒子运动规律的理论。它是深入了解物质的结构及其各种特性的基础。量子力学和相对论是现代物理学的两大支柱。它们导致了物理学在观念和思想上的彻底变革，使物理学全面地改观，并左右了它的发展方向。近代物理学的许多分支，其基本理论几乎都依据量子力学的原理，如光谱理论、原子、分子结构及其化学的理论、原子核结构的理论、激光原理、固体物理理论等等。可以毫不夸张地说，当今如果对量子力学没有透彻了解，几乎无法深入认真地探讨物理学的任何一个分支。

量子力学是在许多实验事实和旧量子论---普朗克、玻尔量子论的基础上建立起来的。十九世纪末和二十世纪初，物理学的研究领域从宏观世界逐渐深入到微观世界。量子力学的出现之所以是颠覆性的是因为人们在经典理论的基础上加入一些假设（物理学研究的常用手段，假设-实验-修正三个环节相互促进。几乎所有理论的建立都要求对微观过程的合理建模）对新实验现象解释的失败，有必要建立新的微观理论，而这个新的微观理论中的能量离散化以及空间-动量的不确定性是最让人无法接受的。冒天下之大不韪提出光电效应的爱因斯坦在后来的日子里继续冒天下之大不韪怀疑量子理论的概率性的阐述方式。（请看该群组中“理想是顽固的”一文）

之所以爱因斯坦对量子论怀疑的坚持为大家所熟知，原因是：1、他是爱因斯坦；2、他怀疑的是自己提出别人发展的牛气哄哄的量子论，他思考的是光量子的实质。举个例子，气体扩散是因为一个位置x的浓度变化率与该处的浓度成正比关系，x+δx处也是如此，那么从x到x+δx的总扩散流就与两处的浓度差成正比，最终得出了扩散方程。如果用一辈子时间来思考某处的浓度变化率与该处的浓度为何成正比关系。那么，虽然肯定不会出名，但是结果和爱因斯坦是一样的，那就是没有结果。扯远了，意思就是说思考到微观就够了，接下来再考虑微观出现的机理那就风险太大了。
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量子力学诞生的背景和基础（结合刘建军教授教案和百度百科）：

量子力学是1925年诞生的，很快发展成为完整体系，若把旧量子论包括在内，应该说量子力学是1900年12月14日诞生的。

    大约是在1894年，普朗克开始研究黑体辐射问题，基尔霍夫在1859年曾将这一问题描述为：黑体在热力学平衡下的电磁辐射功率与辐射频率和黑体温度的关系。帝国物理技术学院（Physikalisch-Technischer Reichsanstalt）对这个问题进行了实验研究，但是经典物理学的瑞利-金斯定律无法解释高频率下的测量结果，威廉·维恩给出了维恩位移定律，可以正确反映高频率下的结果，但却又无法符合低频率下的结果。
　　普朗克从1896年开始对热辐射进行了系统的研究。他经过几年艰苦努力，对这两条定律使用一种熵列式进行内插，可以很好地描述测量结果，终于导出了一个和实验相符的公式（普朗克辐射定律）。他于1900年10月下旬在《德国物理学会通报》上发表一篇只有三页纸的论文，题目是《论维恩光谱方程的完善》，第一次提出了黑体辐射公式。
　　不久后的1900年12月14日，普朗克得出了辐射定律的理论推论，其中他使用了此前曾被他所否定的奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼的统计力学，热力学第二定律的每个纯统计学观点都让普朗克感到厌恶。普朗克於会议上提出了能量量子化的假说：
    在这个报告中，他激动地阐述了自己最惊人的发现。他说，为了从理论上得出正确的辐射公式，必须假定物质辐射（或吸收）的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍。这个最小数值就叫能量子，辐射频率是ν的能量的最小数值ε=hν。其中h，普朗克当时把它叫做基本作用量子，现在叫做普朗克常数。普朗克常数是现代物理学中最重要的物理常数，它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”。这样的假说调和了经典物理学理论研究热辐射规律时遇到的矛盾，圆满地解释了实验现象。普朗克的墓在哥廷根市公墓内，其标志是一块简单的矩形石碑，上面只刻着他的名字，下角写着:尔格·秒。 他的墓志铭就是一行字：h＝6.63×10^-34J·S，这也是对他毕生最大贡献：提出光量子假说的肯定。
　　这个成就揭开旧量子论与量子力学的序幕，因此12月14日成为了量子日，以作纪念。普朗克也此获得1918年诺贝尔物理学奖 （1919年，索末菲在他的《原子构造和光谱线》一书中最早将1900年12月14日称为“量子理论的诞辰”，后来的科学史家们将这一天定为了量子的诞生日）。尽管在后来的时间里，普朗克一直试图将自己的理论纳入经典物理学的框架之下，但他仍被视为近代物理学的开拓者之一。
    没有人愿意接受一个解释不通的假设，尤其是严肃的科学家。因此，即使普朗克为了说明物体热辐射的规律被迫假设能量量子的存在，但他内心却无法容忍这样一个近乎荒谬的假设。他需要理解它！就象人们理解牛顿力学那样。于是，在能量量子化假设提出之后的十余年里，普朗克本人一直试图利用经典的连续概念来解释辐射能量的不连续性，但最终归于失败。1931 年，普朗克在给好友伍德（Willias Wood）的信中真实地回顾了他发现量子的不情愿历程，他写道，“简单地说，我可以把这整个的步骤描述成一种孤注一掷的行动，因为我在天性上是平和的、反对可疑的冒险的，然而我已经和辐射与物质之间的平衡问题斗争了六年（从 1894 年开始）而没有得到任何成功的结果。我明白，这个问题在物理学中是有根本重要性的，而且我也知道了描述正常谱（即黑体辐射谱）中的能量分布的公式，因此就必须不惜任何代价来找出它的一种理论诠释，不管那代价有多高。”
　　不过在当时，这一假说与玻尔兹曼的理论相比，可谓无足轻重。“一个纯公式的假说，我其实并没有为此思考很多。”（德语原文：eine rein formale Annahme, ich dachte mir eigentlich nicht viel dabei.）如今这个与经典物理学相悖的假说被作为是量子物理学诞生的标志，和普朗克最大的科学成就。但是需要提及的是，玻尔兹曼于先前的大约1877年已经将一个物理学系统的能量级可以是不连续的作为其理论研究的前提条件。


（普朗克：Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858.4.23.―1947.10.3.）

阿平

对小人物而来只是个假想，对大人物就是个论断了