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換句話說,如果缺了其中一位的貢獻,量子力學很可能就不是今天這個樣子。
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  • 1 # 工學腦洞

    整個量子力學體系的建立離不開幾大重要的關鍵現象,按照時間分類,可以很好的解答你的問題。

    1.黑體輻射 代表人物:馬克斯.普朗克

    簡單來說,黑體輻射指的是處於熱力學平衡態時由黑體所發出的電磁輻射,而黑體則是一個理想化的概念,指的是能夠吸收全部的電磁輻射而不發生反射和透射的物體。

    圖 地球溫度的黑體輻射

    歷史性的一刻發生在1900年12月4日(後世也將此日定為量子力學的誕辰),在柏林科學院的一次報告中,馬克斯·普朗克首先得出了一個公式可以完美契合實驗資料來描述黑體輻射,該公式就是著名的普朗克公式。普朗克在解釋這個公式時,首次提出量子諧振子和能量離散化的概念,為量子力學體系的建立畫上了濃墨重彩的一筆。

    圖 普朗克定律(綠)、維恩定律(藍)和瑞利-金斯定律(紅)在頻域下的比較

    2.光電效應 代表人物:海因裡希·赫茲和愛因斯坦

    1887年,海因裡希·赫茲在實驗中首次發現,紫外光照在金屬表面上,會有電子從金屬表面發射出來,這也就是著名的光電效應

    1905年,愛因斯坦進一步提出光量子的概念用來解釋光電效應,愛因斯坦認為,光是由一群離散的粒子構成,這些粒子即為愛因斯坦所提的光量子,後世稱之為光子。不過求其本質,是因為在普朗克理論的基礎上,愛因斯坦將其延伸,提出不僅電磁輻射可以進行量子化,量子化更應該是一個基本的物理特性,正是因為這個大膽的奇思妙想,愛因斯坦得以完美解釋光電效應。

    圖 光電效應示意圖

    3.原子結構 代表人物:尼爾斯.波爾

    1913年,玻爾提出了著名的玻爾模型,在這個模型中,波爾首次引入量子化的概念來解釋了原子結構和光譜線。打破了人們當時所公認的原子模型,即盧瑟福模型。

    這個模型的核心思想為,電子只能在對應的特定的軌道上進行運動。這個模型可以很好的解釋氫原子的結構。同時,對於很多類氫原子的結構,可以透過改善的玻爾模型進行解釋。

    圖 波爾模型

    時間回到1924年,那年,在路易·德布羅意的博士論文中提出,粒子也有波動性,並且其波長與動量成反比。這個理論就是著名的德布羅意假說,按照這個假說,電子也應具有波動性。

    但是,德布羅意的理論仍然停留在假說階段,急需理論來證明。

    於是,在1927年,驚人的戴維森-革末實驗問世了。在該實驗中,利用低速的電子射入Ni晶體,得到了電子衍射圖案。電子衍射圖案不僅直接證實了電子是一種物質波,更加證實了德布羅意的假說。

    圖 電子雙縫實驗得到的干涉圖樣

  • 2 # 物理思維

    我選以下5位:海森堡,玻恩,薛定諤,狄拉克和費曼。

    一般來說量子力學有兩種形式體系,一個是海森堡,玻恩和約旦搞出來的矩陣力學,一個是薛定諤,德布羅意等建立的波動力學。

    這兩種形式體系後來在狄拉克的表象理論下完美地融合為一體了。打個比方,就好像是海森堡等人看到了量子力學的“前檢視”,而薛定諤等人看到了量子力學的“側檢視”。

    矩陣力學和波動力學各揭示了量子力學的一個側面(表象)。

    狄拉克除了證明波動力學和矩陣力學就是一回事外,還把量子力學推廣到了相對論情形,換句話說以前的量子力學只能計算低速運動的電子,而狄拉克則發展出了相對論性量子力學,適用於高速運動的電子。這為後來的量子場論打開了大門。

    從左到右:海森堡的母親,薛定諤的老婆,狄拉克的母親,狄拉克,海森堡和薛定諤。這張照片是他們在瑞典領獎的時候拍的,換句話說當海森堡和狄拉克得獎的時候,他們倆還都是寶寶。

    狄拉克是量子力學體系的最終建立者,他打通了量子力學算符對易式與經典力學中泊松括號的關係,建立了量子力學的表象理論,猜測量子力學中傳播子的相位可能與經典作用量S除以約化普朗克常數有關。

    狄拉克的思想後來被費曼發展為量子力學的第三種形式體系——路徑積分。

    按照路徑積分的思想,粒子將沿所有可能的路徑由1運動到2,最終我們在2找到粒子的機率幅依賴於粒子沿所有路徑貢獻出的相位的求和,當約化普朗克常數趨於0的時候,量子力學退化為經典力學。

    費曼,背後黑板上的傳播子K(x,x")就是我們這裡的機率幅<x|x">。

    以上名單中海森堡,薛定諤,狄拉克和費曼大家的意見可能出入不大。

    那麼我們為什麼不用玻爾,德布羅意,而選玻恩作為“第五人”呢?

    玻恩是海森堡的老師,當海森堡寫出矩陣力學的第一篇論文的時候,這篇論文寫的並不是很清晰,換句話說海森堡本人對裡面蘊含的東西並不自知,幸虧玻恩思維敏銳,發現海森堡論文裡蘊含著矩陣結構,於是找來了數學更好的約旦,三人一起合作才完成了量子力學的矩陣形式。

    谷歌為玻恩135歲誕辰所作的卡通畫,我們今天學的量子力學和玻恩關係很大,很多人認為玻恩是量子力學發展史上最被低估的科學家。

    換句話說,如果我們強調誰對量子力學今天的樣子貢獻更大,玻恩要比玻爾和德布羅意更有資格入選。玻爾和德布羅意搞的量子力學在今天看來是不大成熟的,當然他們的工作在歷史上貢獻很大。

    同時,玻恩還是量子力學機率解釋的提出者,這是我們今天理解量子力學的最主要的概念框架。

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