浅析量子物理学发展史

张凌义

摘 要：量子物理学是现代物理学的一种分支，与普通的物理学研究的宏观领域不同，量子物理学研究的是微观世界，也因此人称为量子物理学未研究量子现象的物理学。量子物理学始于20世纪初，显微镜与望远镜不断发展，物理学家门通过对微观世界中粒子组成与运动规律的研究逐步讲量子物理学建立起来。量子物理学的现象并不同于在日常生活中所观察到的物理现象，其理论极其抽象，其数学工具比较艰深，要想对量子物理学有一个深入研究与了解，必须对量子物理学的发展进行研究。文章基于高中生视角，以多元化客观化的态度分析研究问题，对量子物理学的发展史作一个浅析。

关键词：量子物理学；发展史；高中生视角；非连续性的微观世界世界

量子力学史上著名的“上帝掷骰子吗”一直是一道传奇的不解之谜，爱因斯坦认为上帝是不可能掷骰子的，即因果律，但波尔认为爱因斯坦无理取闹，上帝肯定是掷骰子的，即混沌体系，而霍金结合二者的观点，认为上帝将骰子掷到人们看不见的地方。这些观点最后谁都无法说服谁，因为没有任何人可以用实验的方式得到有用的结论，但量子力学争论的意义是至关重要的，正如德布罗意所说，物理学的上半生闭着眼，现在已经醒了。

一、量子物理学发展史概述

尽管量子力学相对于其他物理学版块研究时间较晚，然而它的研究过程更为曲折，因为一直以来人们没有发明出能够直视微观世界的高科技，因此对微观世界并不了解，量子物理学的发展史也是一个争议史。量子物理学的发展史经过了许多的阶段，人们对微观物理的研究从浅显到深入，并不断地发展，最后物理学家们对量子力学的研究取得了举世瞩目的巨大成就。量子物理学的发展史分为多个阶段，每个阶段都有不同的探索，将这三个阶段分别加以叙述：

（1）量子物理学第一阶段，关于光本性的争论。自古希腊以来关于光本性的猜测就分为粒子说和波动说。胡克认为光是一种光波，从泊松亮斑等波动性体现的实验结果看似乎确实如此；但牛顿却依据光的色散实验用微粒说作为前提提出了一套理论，他认为光就是一种经典粒子，拥有球体特性。尽管惠更斯的光学理论同样足够自洽，但无奈牛顿身后是质子力学这一庞然大物，因此微粒说暂时获胜。托马斯.杨的杨氏双缝干涉实验却重新把这一问题抛到了物理学争端中，当时对机械波特性的研究已经足够深入，人们意识到光具有非常常见的波动性，但此后康普顿实验，拉普拉斯的微粒折射理论让这场争论难以决出对错真理。经典物理学体系显然已经不足以解决这场贯穿物理学史的争端。

（2）量子物理学第二阶段，关于量子学说的提出。时光飞逝，十九世纪的争议随着下一个世纪的钟声敲响而宣告终结。仅仅源自数学对黑体辐射规律的两种归纳：维恩辐射能量分布公式与瑞利-金斯公式同样陷入了尴尬，都仅在一定波段准确。普朗克结合两人结论得出公式，却在正式大胆地提出“量子”的概念，通过假设黑体能量的不连续解释了公式中奇妙的常数h，这与经典力学有着最本质的区别！像是打开了潘多拉的魔盒，经典物理学的基石被颠覆，量子学说之离经叛道使得连普朗克自己都不愿相信。

（3）量子物理学第三阶段，量子世界正式打开。爱因斯坦可以说是最具有自我颠覆勇气的科学家，可即便是他，也一生至死都站在量子说的反面。但他却为量子说的真正成形做出了巨大贡献，先是光电效应方程再次掀起光性争论，后来又有光子盒理想实验与波尔巅峰对决，都最终推动了新理论的诞生。后来，又一个传奇人物薛定谔用量子纠缠态把概率波的概念抛出，与德布罗意当初的物质波概念一样对波动与粒子的界限发起了冲击。

二、量子物理学发展的意义

尽管量子物理学的发展历经曲折，物理学家们曾经因为对量子物理学的不了解而争论不休，但量子物理学的发展对于人类认识这个世界改变这个世界具有至关重要的意义，人类终于突破了仅限研究肉眼所见的一切这种尴尬局面，微观世界的大门已经敞开。量子物理学发展给人类带来的意义在许多个方面，以下无法一一详尽，只能选取以下三个方面作为案例以供参考：

（1）为人类打开了微观世界的大门。量子物理学的发展为人们打开了微观世界的大门，揭开了自然更深的奥秘，人们不再局限于宏观世界的研究，也不再固守因果律对科学的束缚，对这个世界的理解与认知迈向了全新的领域，这对于全人类而言，无疑是巨大的福音。此后人们不再局限于宏观世界的研究，通过对原子、电子、质子、中子的本质发现世界的本质，宇宙的本质，探索地球的诞生，宇宙的起源，不断以科学理性的发生解读这个世界，智慧的光照亮未知的领域，人类文明将更近一步。

（2）促进了社会生产力的发展。量子物理学的发展促进了人类世界生产力的发展，人们通过对微观世界的研究，在宏观世界里运用这些研究成果促进生产力的发展譬如量子物理学对计算机技术革新提供的可能，让人类运算能力进入新层次有了基础；量子物理学对超距通信的推测和启发，让世界开始了对梦幻一般通讯技术的落实；量子物理学与经典电子科技结合，研发以量子说为基础的网络密钥，大幅提升网络安全，凡此尔尔。这些都对实际生活的改变做出了卓越贡献。

（3）带动人类对意识与物质的哲学问题的更深层思考。量子理论源于数学推导，物理衍化，但最终得出的结果却极富哲学魅力，譬如关于意识，人们明白了认识是主体与客体相互作用的整体行为，不可能把主体干扰排除在外获得一个纯粹的客观全面的认识。极端理论甚至提出了多宇宙多主体的可能性，引人深思。

综上所述，量子物理学的发展史并非一帆风顺，毫无波折，而是物理学家们经过了几个世纪的争议与实验与猜想一点一滴累積成果最后在众人的合力下推开了微观世界的大门，量子物理学的研究成果为人们带来的翻天覆地的变化，人类开始有依据地深入研究与探索这个世界，并通过这个世界的规律一点一滴地改变这个世界，量子物理学运用在生活中能够极大提高社会的生产力，也为科技的革新提供了理论依据，让我们再次向那些伟大的物理学家们致敬，量子物理学必将被后人继承与完善，让这个世界在人类的改造之下辉煌而美好！

参考文献：

[1]宫翠晴.从诺贝尔物理学奖观量子物理学的“前世今生”[J].中学物理教学参考，2015-06-10.

[2]曹天元.上帝掷骰子吗[M].京华出版社，2013.