張凌義

摘 要：量子物理學是現代物理學的一種分支，與普通的物理學研究的宏觀領域不同，量子物理學研究的是微觀世界，也因此人稱為量子物理學未研究量子現象的物理學。量子物理學始于20世紀初，顯微鏡與望遠鏡不斷發(fā)展，物理學家門通過對微觀世界中粒子組成與運動規(guī)律的研究逐步講量子物理學建立起來。量子物理學的現象并不同于在日常生活中所觀察到的物理現象，其理論極其抽象，其數學工具比較艱深，要想對量子物理學有一個深入研究與了解，必須對量子物理學的發(fā)展進行研究。文章基于高中生視角，以多元化客觀化的態(tài)度分析研究問題，對量子物理學的發(fā)展史作一個淺析。

關鍵詞：量子物理學；發(fā)展史；高中生視角；非連續(xù)性的微觀世界世界

量子力學史上著名的“上帝擲骰子嗎”一直是一道傳奇的不解之謎，愛因斯坦認為上帝是不可能擲骰子的，即因果律，但波爾認為愛因斯坦無理取鬧，上帝肯定是擲骰子的，即混沌體系，而霍金結合二者的觀點，認為上帝將骰子擲到人們看不見的地方。這些觀點最后誰都無法說服誰，因為沒有任何人可以用實驗的方式得到有用的結論，但量子力學爭論的意義是至關重要的，正如德布羅意所說，物理學的上半生閉著眼，現在已經醒了。

一、量子物理學發(fā)展史概述

盡管量子力學相對于其他物理學版塊研究時間較晚，然而它的研究過程更為曲折，因為一直以來人們沒有發(fā)明出能夠直視微觀世界的高科技，因此對微觀世界并不了解，量子物理學的發(fā)展史也是一個爭議史。量子物理學的發(fā)展史經過了許多的階段，人們對微觀物理的研究從淺顯到深入，并不斷地發(fā)展，最后物理學家們對量子力學的研究取得了舉世矚目的巨大成就。量子物理學的發(fā)展史分為多個階段，每個階段都有不同的探索，將這三個階段分別加以敘述：

（1）量子物理學第一階段，關于光本性的爭論。自古希臘以來關于光本性的猜測就分為粒子說和波動說。胡克認為光是一種光波，從泊松亮斑等波動性體現的實驗結果看似乎確實如此；但牛頓卻依據光的色散實驗用微粒說作為前提提出了一套理論，他認為光就是一種經典粒子，擁有球體特性。盡管惠更斯的光學理論同樣足夠自洽，但無奈牛頓身后是質子力學這一龐然大物，因此微粒說暫時獲勝。托馬斯.楊的楊氏雙縫干涉實驗卻重新把這一問題拋到了物理學爭端中，當時對機械波特性的研究已經足夠深入，人們意識到光具有非常常見的波動性，但此后康普頓實驗，拉普拉斯的微粒折射理論讓這場爭論難以決出對錯真理。經典物理學體系顯然已經不足以解決這場貫穿物理學史的爭端。

（2）量子物理學第二階段，關于量子學說的提出。時光飛逝，十九世紀的爭議隨著下一個世紀的鐘聲敲響而宣告終結。僅僅源自數學對黑體輻射規(guī)律的兩種歸納：維恩輻射能量分布公式與瑞利-金斯公式同樣陷入了尷尬，都僅在一定波段準確。普朗克結合兩人結論得出公式，卻在正式大膽地提出“量子”的概念，通過假設黑體能量的不連續(xù)解釋了公式中奇妙的常數h，這與經典力學有著最本質的區(qū)別！像是打開了潘多拉的魔盒，經典物理學的基石被顛覆，量子學說之離經叛道使得連普朗克自己都不愿相信。

（3）量子物理學第三階段，量子世界正式打開。愛因斯坦可以說是最具有自我顛覆勇氣的科學家，可即便是他，也一生至死都站在量子說的反面。但他卻為量子說的真正成形做出了巨大貢獻，先是光電效應方程再次掀起光性爭論，后來又有光子盒理想實驗與波爾巔峰對決，都最終推動了新理論的誕生。后來，又一個傳奇人物薛定諤用量子糾纏態(tài)把概率波的概念拋出，與德布羅意當初的物質波概念一樣對波動與粒子的界限發(fā)起了沖擊。

二、量子物理學發(fā)展的意義

盡管量子物理學的發(fā)展歷經曲折，物理學家們曾經因為對量子物理學的不了解而爭論不休，但量子物理學的發(fā)展對于人類認識這個世界改變這個世界具有至關重要的意義，人類終于突破了僅限研究肉眼所見的一切這種尷尬局面，微觀世界的大門已經敞開。量子物理學發(fā)展給人類帶來的意義在許多個方面，以下無法一一詳盡，只能選取以下三個方面作為案例以供參考：

（1）為人類打開了微觀世界的大門。量子物理學的發(fā)展為人們打開了微觀世界的大門，揭開了自然更深的奧秘，人們不再局限于宏觀世界的研究，也不再固守因果律對科學的束縛，對這個世界的理解與認知邁向了全新的領域，這對于全人類而言，無疑是巨大的福音。此后人們不再局限于宏觀世界的研究，通過對原子、電子、質子、中子的本質發(fā)現世界的本質，宇宙的本質，探索地球的誕生，宇宙的起源，不斷以科學理性的發(fā)生解讀這個世界，智慧的光照亮未知的領域，人類文明將更近一步。

（2）促進了社會生產力的發(fā)展。量子物理學的發(fā)展促進了人類世界生產力的發(fā)展，人們通過對微觀世界的研究，在宏觀世界里運用這些研究成果促進生產力的發(fā)展譬如量子物理學對計算機技術革新提供的可能，讓人類運算能力進入新層次有了基礎；量子物理學對超距通信的推測和啟發(fā)，讓世界開始了對夢幻一般通訊技術的落實；量子物理學與經典電子科技結合，研發(fā)以量子說為基礎的網絡密鑰，大幅提升網絡安全，凡此爾爾。這些都對實際生活的改變做出了卓越貢獻。

（3）帶動人類對意識與物質的哲學問題的更深層思考。量子理論源于數學推導，物理衍化，但最終得出的結果卻極富哲學魅力，譬如關于意識，人們明白了認識是主體與客體相互作用的整體行為，不可能把主體干擾排除在外獲得一個純粹的客觀全面的認識。極端理論甚至提出了多宇宙多主體的可能性，引人深思。

綜上所述，量子物理學的發(fā)展史并非一帆風順，毫無波折，而是物理學家們經過了幾個世紀的爭議與實驗與猜想一點一滴累積成果最后在眾人的合力下推開了微觀世界的大門，量子物理學的研究成果為人們帶來的翻天覆地的變化，人類開始有依據地深入研究與探索這個世界，并通過這個世界的規(guī)律一點一滴地改變這個世界，量子物理學運用在生活中能夠極大提高社會的生產力，也為科技的革新提供了理論依據，讓我們再次向那些偉大的物理學家們致敬，量子物理學必將被后人繼承與完善，讓這個世界在人類的改造之下輝煌而美好！

參考文獻：

[1]宮翠晴.從諾貝爾物理學獎觀量子物理學的“前世今生”[J].中學物理教學參考，2015-06-10.

[2]曹天元.上帝擲骰子嗎[M].京華出版社，2013.