終于開始動筆了喂链，看完曹天元的?上帝擲骰子嗎？量子物理史話?之后就一直想做個摘抄彭谁，順便梳理一下脈絡(luò)。作為一本科普級別的書允扇，里面比較難的數(shù)學(xué)上的推導(dǎo)都省略了缠局，也就是在矩陣運(yùn)算法則和貝爾不等式的位置稍有敘述，其他的都一筆帶過考润。所以狭园，這些其實(shí)沒啥難的，再難也不會比數(shù)學(xué)更難糊治。

那就開始抄吧唱矛。

全書始于對光的本性的爭論。

古希臘的時候，有人認(rèn)為光的本性是一束粒子绎谦，因?yàn)樗闹本€運(yùn)動管闷、折射、反射都是經(jīng)典的粒子行為窃肠。到笛卡爾的時候包个，他在書中表示，光也可能是介質(zhì)的振動（這個介質(zhì)被后人稱作“以太”）冤留，就像聲波是介質(zhì)的震動一樣碧囊，光是波動。

十七世紀(jì)纤怒，胡克和惠更斯相繼出版了《顯微術(shù)》和《光論》支持光是一種波動的觀點(diǎn)（波動說）糯而，而牛頓在1704年出版了《光學(xué)》這一著作，支持光是一種粒子的觀點(diǎn)（粒子說）肪跋。在光的反射歧蒋、折射土砂、顏色混合州既、牛頓環(huán)等方面，這兩種學(xué)說都給出了一些解釋萝映，但是牛頓用他驚人的智慧吴叶，提出了很多波動說無法回答的問題，比如聲波能繞開障礙物序臂，光為什么不行蚌卤。這次爭論是微粒說占了上風(fēng)，和牛頓一起統(tǒng)治著物理學(xué)界奥秆。

1807年逊彭，托馬斯·楊在文章中描述了光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，也就是楊氏雙縫干涉构订，用波的相干與相消解釋雙縫后面出現(xiàn)的明暗相間的條紋侮叮。微粒說根本無法解釋，光的疊加為什么會產(chǎn)生陰影悼瘾。菲涅爾在此基礎(chǔ)上囊榜，用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)方法，推導(dǎo)出了一套光波理論亥宿，圓滿地解釋了光的衍射卸勺，并準(zhǔn)確預(yù)言了之后被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的“泊松亮斑”。他又提出光是橫波（而非縱波）烫扼，解決了光的偏振問題曙求。至此，這次爭論基本結(jié)束，波動說插上了紅旗悟狱。值得一提的是怎抛，這次勝利留下了個隱患，就是無法解決的以太芽淡。十九世紀(jì)中后期马绝，偉大的麥克斯韋方程組問世，預(yù)言光是一種電磁波挣菲，之后被赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)富稻。而赫茲的實(shí)驗(yàn)，也標(biāo)志著經(jīng)典物理學(xué)大廈的封頂白胀。

接下來的這場爭論的強(qiáng)度和復(fù)雜程度椭赋，是前兩場爭論所不能比擬的，對現(xiàn)代物理學(xué)產(chǎn)生了至關(guān)重要的影響或杠。

1881年和1886年的兩次邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)哪怔，發(fā)現(xiàn)以太根本不存在，在那之后相對論也給出了確定無疑的答案——以太不存在向抢。波動說出現(xiàn)了危機(jī)认境。另一方面，對于黑體輻射實(shí)驗(yàn)挟鸠，從分子熱力學(xué)（粒子）出發(fā)推導(dǎo)出的維恩公式叉信，在短波有效在長波無效；從電磁學(xué)（電磁波）推導(dǎo)出的瑞利-金斯公式艘希，在長波有效在短波無效硼身。這兩個公式擁有完全不同的出發(fā)點(diǎn)，各自在一段范圍內(nèi)有效覆享，到底哪個出發(fā)點(diǎn)才是正確的呢佳遂？普朗克對這兩個公式做了一個數(shù)學(xué)上的綜合，至少在形式上拼湊出了一個全波段有效的公式（普適公式）——普朗克黑體公式撒顿。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這個公式是正確的丑罪。在探究這個公式背后的意義時，普朗克發(fā)現(xiàn)核蘸，為了使這個公式成立巍糯，他

? ? ? ? ? 必須假定，能量在發(fā)射和吸收的時候客扎，不是連續(xù)不斷祟峦，而是分成一份一份的。

這個“一份一份的”最小能量就是量子徙鱼，E= h v 宅楞。這個假設(shè)破壞了能量的連續(xù)性针姿，而在經(jīng)典的物理學(xué)里，連續(xù)是當(dāng)然的厌衙，無論是時間距淫、空間還是能量。正是這個毀天滅地的假設(shè)婶希，打開了量子的大門榕暇。

我們回到電磁理論，赫茲證明光是電磁波的實(shí)驗(yàn)中喻杈，出現(xiàn)了一種“光電效應(yīng)”的現(xiàn)象彤枢，然而人們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與經(jīng)典麥?zhǔn)想姶爬碚摰念A(yù)言恰恰是反著的。實(shí)驗(yàn)證明筒饰，光的頻率決定能否打出電子缴啡，而光的強(qiáng)度決定了光電子的數(shù)量。年輕的愛因斯坦出現(xiàn)了瓷们，他假設(shè)光的能量是分立的业栅，最小的單位是光子，解決了這個問題谬晕，當(dāng)然也為他自己贏得了諾貝爾獎碘裕，這都是后話了。接著固蚤，康普頓做了X射線被自由電子散射的實(shí)驗(yàn)娘汞，發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)，再次提供了光子的證據(jù)夕玩。玻爾提出的氫原子模型，把電子軌道視作分立的（也就是電子的能量是不連續(xù)的）在解釋氫原子光譜時獲得了前所未有的成功惊豺。之后的波爾-索末菲模型提出燎孟，不僅是能量，連電子的方向也是量子化的尸昧。微粒說這次帶著更強(qiáng)大的證據(jù)揩页，重新回到了舞臺中央，除了上面的光電效應(yīng)烹俗、康普頓效應(yīng)和氫原子光譜外爆侣，還有威爾遜云室和著名的玻色子。

但是幢妄，波動說也有了新的證據(jù)兔仰，那就是德布羅意的電子波理論，認(rèn)為電子的本質(zhì)是波蕉鸳，并且給出了德布羅意波長公式（德布羅意在博士論文中首次提出這個觀點(diǎn)乎赴，這也是唯一一篇獲得諾貝爾獎的博士論文）忍法。而電子衍射光譜實(shí)驗(yàn)，竟然證明了這個觀點(diǎn)榕吼。那我們甚至可以推論饿序，不僅是電子，整個物質(zhì)世界都是波羹蚣。爆炸性的結(jié)果也將爭論帶入白熱化階段原探。

放下上面的那些紛擾，我們再換一個視角顽素，海森堡從量子的假設(shè)出發(fā)踢匣，推導(dǎo)出了矩陣力學(xué)，不僅包含了經(jīng)典的牛頓力學(xué)戈抄，還能對經(jīng)典力學(xué)無能為力的原子光譜問題作出很好的解釋离唬。在狄拉克將海森堡的理論與相對論結(jié)合之后，包括電子自旋和反常塞曼效應(yīng)等玻爾-索末菲模型無法解決的問題都得到了很好的回答划鸽。微粒說攻占了經(jīng)典力學(xué)的陣地输莺，上了一個新的臺階。

1925-1926年裸诽，波動給出了還擊嫂用，風(fēng)流的薛定諤連發(fā)六篇關(guān)于量子力學(xué)的文章，提出了大家耳熟能詳?shù)难Χㄖ@波動方程波函數(shù)丈冬。他從德布羅意公式和經(jīng)典力學(xué)的哈密頓-雅可比方程出發(fā)嘱函，優(yōu)美而通俗地解釋了為什么波是連續(xù)的，而能量是分立的埂蕊。這也被愛因斯坦譽(yù)為是“真正的天才”往弓。

經(jīng)過數(shù)學(xué)上的推導(dǎo)，證明二者在數(shù)學(xué)上來講是等價的蓄氧，波動力學(xué)和矩陣力學(xué)統(tǒng)稱為量子力學(xué)函似。但是這并不能緩解激烈的討論，我們又回到了上面的爭論喉童，出發(fā)點(diǎn)是波還是粒子撇寞，這是個問題。而且這個問題已經(jīng)不限于光的本質(zhì)的討論了堂氯，甚至是整個物質(zhì)世界的本質(zhì)的討論蔑担。

第一部分的最后，我們介紹的是玻恩對波函數(shù)意義的探討咽白，他認(rèn)為波函數(shù)ψ的意義是“波函數(shù)的二次方是電子在某個位置出現(xiàn)的概率”啤握。這意味著，波是概率局扶，而非確定恨统。我們既然都是波叁扫，那就都有可能穿墻而過，因?yàn)閴σ彩遣ㄐ舐瘢徊贿^概率小莫绣，但是我們不能說這是“Impossible”。接下來從海森堡的不確定性開始悠鞍，我們就要進(jìn)入一個似乎甚至不是物理學(xué)的部分对室，看看量子理論是如何開始顛覆人們的哲學(xué)觀的。