|
主要的原因来自实验。 量子理论不是理论家们加在我们身上的预言，大多数理论家是被无可奈何地被赶到这一个在哲学的许多方面不满意的、奇怪的世界观上去。其根本的原因在于两种物理现象必须共存: 粒子，每一粒子只由很少的有限数目(6)的参数(3个位置和3个动量)来描述; 还有场，它需要无限多的参数来描。 在粒子和场处于平衡的系统中，所有粒子的能量都会被场抽走。(即″能量均分'现象的结果:系统处于平衡时，能量被公平地分布在所有的自由度上。由于场具有无限多自由度，所以根本就没有给可怜的粒子留下任何能量!) 尤其是，经典原子不能是稳定的，粒子的所有运动都转移到场的波动模式中去。 另一种场和粒子不能共存的不稳定性的呈现是″黑体辐射″现象。(具有某个确定温度的物体，电磁辐射和粒子处于平衡态，所有能量都会被场吸光一一没有极限! 这些迷惑如何得到解决? 1900年，才气横缢的、但又保守谨慎的普郎克提出了一个革命性的思想用以压制'黑体'的高频率的模式: 电磁振动只能以'量子'的形式发生，量子的能量E和频率v之间有一确定的关系 E=hv h为一自然的基本常数(现被称为普郎克常数，约为6.6ⅹ10^-34焦耳秒)，令人叹为观止的是，普郎克利用这个'荒谬绝伦'的因素，能够在理论上得到和观察一致的作为频率函数的强度(普郎克辐射定律)。普郎克凭此壮举揭示了量子理论光临的曙光。 某些实验事实很清楚地显示光是粒子，而另一些事实则指出光为波动。 1923年，富有洞察力的德布罗意提出物体的粒子本身有时应像波动那样行为!任何质量为m的粒子的频率v也满足普郎克关系式。这与爱因斯坦的E=mc²相结合: hⅴ=E=mc² 1913年，玻尔再次极其漂亮地利用了普郎克关系。一个绕核公转的电子角动量只能为h′/2π的整数倍(即玻尔规则)。后来狄拉克为了省事引进了符号h′: 这样，绕着任何轴的角动量的可允许值为:
我们今天所知道的量子理论是由后来的两套独立的方案产生的。一位是海森堡(矩阵力学)，另一位是薛定谔(波动力学)。 在初始时上述两套方案显得完全不同，但很快被狄拉克发现它们是等同的，并且很快就被狄垃克包摄到一个更合理、更一般的框架中去。 双缝实验
一束电子或光或其他种类的'粒子-波'通过双窄缝射到后面的屏幕上(如上图所示)。 为了确定起见，我们用光做实验。按照通常的命名法，光量子称为'光子'。光作为粒子(即光子)的呈现最清楚地发生在屏幕上。光以分立的定域性的能量单位到达那里，这能量按照普郎克公式E=hⅴ恒定地和频率相关。从未接收到'半个'(或任何部分)光子的能量。光接收是以光子单位的完全有或完全没有的现象。只有整数个光子才被观察到。 然而，光子通过缝隙时似乎产生了类似波动的行为。先假定只有一条缝是开的。光通过该缝后就被散开来，这是被称作光衍射的波动传播的一个特征。但是，这些对于粒子的图像仍是成立的。可以想象缝隙的边缘附近的某种影响使光子随机地偏折到两边去。当相当强的光子(大量的)通过缝隙时，屏幕上的亮度显得非常均匀。但是如果降低光强度，则其亮度分布由单独的斑点组成(和粒子图像相一致)
然而，当我们打开另一条缝隙时就出现了粒子图像的关键问题! 假设光子是来自于一个黄色的钠灯(单色的)，此处波长约为5x10^-7m，缝隙宽约0.001mm，而且两缝隙相距0.15mm左右，屏幕大概在1m那么远。在相当强的光源照射下，我们仍然得到了规则的亮度模式。但是现在我们在屏幕中心附近可看到大约3mm宽的干涉模式的条纹的波动形状: 量子水平就是分子、原子及次原子粒子的水平。这通常被认为是非常″小尺度'现象的水平，但是这个″小'实际上并非是指物理尺度。我们将会看到量子效应能在许多米甚至一光年的距离上发生。如果认为只牵涉到非常小的能量差，这才有点接近于认为某种东西是'处于量子水平上'的特征。 |
|
|
