量子力学的建立的背景及原因分析






19世纪末，许多物理学家对黑体辐射非常感兴趣。黑体是一个理想化了的物体，它可以吸收，所有照射到它上面的辐射，并将这些辐射转化为热辐射，这个热辐射的光谱特征仅与该黑体的温度有关。使用经典物理这个关系无法被解释。通过将物体中的原子看作微小的谐振子，马克斯·普朗克得以获得了一个黑体辐射的普朗克公式。但是在引导这个公式时，他不得不假设这些原子谐振子的能量，不是连续的（这与经典物理学的观点相违背），而是离散的： En=nhν这里n是一个整数，h是一个自然常数。（后来证明正确的公式，应该以n+1/2来代替n，参见零点能量）。

1900年，普朗克在描述他的辐射能量子化的时候非常地小心，他仅假设被吸收和放射的辐射能是量子化的。今天这个新的自然常数被称为普朗克常数来纪念普朗克的贡献。其值： 由于紫外线照射，大量电子从金属表面逸出。经研究发现，光电效应呈现以下几个特点：

a. 有一个确定的临界频率，只有入射光的频率大于临界频率，才会有光电子逸出。

b. 每个光电子的能量只与照射光的频率有关。

c. 入射光频率大于临界频率时，只要光一照上，几乎立刻观测到光电子。

以上3个特点，c是定量上的问题，而a、b在原则上无法用经典物理来解释。光谱分析积累了相当丰富的资料，不少科学家对它们进行了整理与分析，发现原子光谱是呈分立的线状光谱而不是连续分布。

量子力学发展史上的著名实验

1814-1825年，夫琅禾费向慕尼黑科学院展示自己编绘的太阳光谱，光谱学是后来发展原子物理学的基础。

1884年，巴尔末发现了氢光谱公式，这个公式及更一般的里德堡公式可以由著名的玻尔模型推出来。

1879年，迈克尔逊利用旋转镜法精确地测量了光速，得到的数值是299910公里每秒，随之在1887年，迈克尔逊和莫雷完成了著名的“迈克尔逊-莫雷”实验。

1897年，汤姆逊测量了阴极射线（电子）的荷质比（e/m），发现比质子（氢离子）的荷质比大很多，说明电子的质量比氢离子的质量小上千倍。1899年，汤姆逊还证明光电子就是电子。

1923年，德布罗意提出了量子力学中的核心概念——物质波，德布罗意认为电子必须被描述为一种波动，并用驻波来解释量子力学中的定态。

1926年薛定谔写出了著名的薛定谔方程，薛定谔方程就是一个偏微分方程，但薛定谔的这个方程并没有考虑狭义相对论。

1928年，狄拉克完成了相对论性量子力学（狄拉克方程），解释了自旋，并预言了反粒子（正电子）。狄拉克是量子力学的最终完成者。除了狄拉克方程，狄拉克δ函数，表象理论，正则量子化等都是量子力学中的核心概念。

1967年，傅立诰与曼德尔完成实验演示，使用两个激光源，可以产生“双源干涉”，假若探测器获得光子是从哪个激光器发射出来的路径信息，则在探测屏不会显示出干涉图样；假若不存在路径信息，则在探测屏会显示出干涉图样。这意味着当探测屏显示出干涉图样时，无法得知光子的发射源是哪个激光器。

1972年，理查德·西利托与凯瑟琳·威克斯将双缝实验做修改，在任何时间，只有一条狭缝是开放的，另外一条狭缝是关闭的。参与干涉作用的光子的平均密度超小于 1 ，在任何时间，光子只能经过两条狭缝中的一条狭缝。虽然如此，假若路径程差允许抵达探测屏的光子可以来自任意一条狭缝，干涉图样仍旧能被观察到.。

2012年，内布拉斯加大学林肯分校的物理系研究团队实现了理查·费曼所描述的双缝思想实验。该实验使用最新仪器，可以随意控制每一条真正狭缝的关闭与开放。该实验检试电子在以下三种状况所出现的物理行为：第一条狭缝开放与第二条狭缝关闭、第一条狭缝关闭与第二条狭缝开放、两条狭缝都开放。实验结果符合量子力学的量子叠加原理，演示出电子的波动性。该实验还实际探测到电子一个一个的抵达探测屏，演示出电子的粒子性。

量子纠缠是否将开启下一场科学大门

量子纠缠是量子力学领域的基本现象之一，指两个粒子相互作用并瞬间共享其物理状态。所谓“量子纠缠”，是指一对粒子属性完全相反，如一个粒子自旋向上，则另一个自旋向下，并且当一个粒子的属性改变时，另一个粒子无论距离多远，都会立即变成相反的属性。

量子力学太神奇了，量子纠缠的属性又将开启下一场科学大门。