267 物理学之量子力学2 (1/1)

1924年夏天，出现了又一个前奏。（ 无弹窗广告）萨地扬德拉.n.玻色提出了一种全新的方法来解释普朗克辐射定律。他把光看作一种无（静）质量的粒子（现称为光子）组成的气体，这种气体不遵循经典的玻耳兹曼统计规律，而遵循一种建立在粒子不可区分的性质（即全同性）上的一种新的统计理论。爱因斯坦立即将玻色的推理应用于实际的有质量的气体从而得到一种描述气体中粒子数关于能量的分布规律，即著名的玻色-爱因斯坦分布。然而，在通常情况下新老理论将预测到原子气体相同的行为。爱因斯坦在这方面再无兴趣，因此这些结果也被搁置了10多年。然而，它的关键思想――粒子的全同性，是极其重要的。

沃尔夫刚.泡利（wlfgangpauli）提出了不相容原理，为周期表奠定了理论基础。

韦纳.海森堡（berg）、马克斯.玻恩（abrn）和帕斯库尔.约当（pasualjrdan）提出了量子力学的第一个版本，矩阵力学。人们终于放弃了通过系统的方法整理可观察的光谱线来理解原子中电子的运动这一历史目标。

埃尔温.薛定谔（erwinshrdinger）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..狄拉克（paula..dira）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。

量子理论的主要创立者都是年轻人。1925年。泡利25岁，海森堡和恩里克.费米（feri）24岁，狄拉克和约当23岁。薛定谔是一个大器晚成者，36岁。玻恩和玻尔年龄稍大一些，值得一提的是他们的贡献大多是阐释性的。爱因斯坦的反应反衬出量子力学这一智力成果深刻而激进的属性：他拒绝自己发明的导致量子理论的许多关键的观念，他关于玻色-爱因斯坦统计的论文是他对理论物理的最后一项贡献，也是对物理学的最后一项重要贡献。

创立量子力学需要新一代物理学家并不令人惊讶，开尔文爵士在祝贺玻尔1913年关于氢原子的论文的一封书信中表述了其中的原因。他说。玻尔的论文中有很多真理是他所不能理解的。开尔文认为基本的新物理学必将出自无拘无束的头脑。

1928年，革命结束，量子力学的基础本质上已经建立好了。后来，abrahapais以轶事的方式记录了这场以狂热的节奏发生的革命。其中有一段是这样的：1925年，sauelgudsit和k就提出了电子自旋的概念，玻尔对此深表怀疑。10月玻尔乘火车前往荷兰的莱顿参加亨德里克.a.洛伦兹（z）的50岁生日庆典，泡利在德国的汉堡碰到玻尔并探询玻尔对电子自旋可能性的看法；玻尔用他那著名的低调评价的语言回答说，自旋这一提议是“非常，非常有趣的”。后来，爱因斯坦和fest在莱顿碰到了玻尔并讨论了自旋。玻尔说明了自己的反对意见。但是爱因斯坦展示了自旋的一种方式并使玻尔成为自旋的支持者。在玻尔的返程中，遇到了更多的讨论者。当火车经过德国的哥挺根时，海森堡和约当接站并询问他的意见。泡利也特意从汉堡格赶到柏林接站。玻尔告诉他们自旋的发现是一重大进步。（按：看到欧洲科学家之间坦诚而热烈的交流，我们会得到什么启示吗？）

量子力学的创建触发了科学的淘金热。早期的成果有：1927年海森堡得到了氦原子薛定谔方程的近似解，建立了原子结构理论的基础；，和k随后又提出了原子结构的一般计算技巧；和rheitler解决了氢分子的结构，在此基础上，linuspauling建立了理论化学；rfeld和泡利建立了金属电子理论的基础h创立了能带结构理论；海森堡解释了铁磁性的起因。1928年w解释了a放射性衰变的随机本性之谜，他表明a衰变是由量子力学的隧道效应引起的。随后几年中he建立了核物理的基础并解释了恒星的能量来源。随着这些进展，原子物理、分子物理、固体物理和核物理进入了现代物理的时代。

要点

伴随着这些进展。围绕量子力学的阐释和正确性发生了许多争论。玻尔和海森堡是倡导者的重要成员，他们信奉新理论。爱因斯坦和薛定谔则对新理论不满意。

基本描述：波函数。系统的行为用薛定谔方程描述，方程的解称为波函数。系统的完整信息用它的波函数表述，通过波函数可以计算任意可观察量的可能值。在空间给定体积内找到一个电子的概率正比于波函数幅值的平方，因此，粒子的位置分布在波函数所在的体积内。粒子的动量依赖于波函数的斜率，波函数越陡，动量越大。斜率是变化的，因此动量也是分布的。这样，有必要放弃位移和速度能确定到任意精度的经典图象，而采纳一种模糊的概率图象，这也是量子力学的核心。

对于同样一些系统进行同样精心的测量不一定产生同一结果，相反，结果分散在波函数描述的范围内，因此，电子特定的位置和动量没有意义。这可由测不准原理表述如下：要使粒子位置测得精确，波函数必须是尖峰型的，然而，尖峰必有很陡的斜率，因此动量就分布在很大的范围内；相反，若动量有很小的分布，波函数的斜率必很小，因而波函数分布于大范围内，这样粒子的位置就更加不确定了。(未完待续)