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【交流】[转帖]量子物理史话（序）,（1）,（2）,（3）,（4）,（5） 已有5人参与
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量子那些事儿（序） 量子理论是关于自然界的最基本的科学理论，它被认为是人类所创造的最完美、最成功的科学艺术品。它优美的数学形式令人赞叹，它精确的预言与实验惊人地符合，而它的成功应用更是遍及了世界的每个角落。从激光、核能到计算机、互联网，以至最新的量子计算机，无不留下量子的足迹。可以说，是量子引领人们迈入了现代社会，让人们享受到丰富多彩的现代生活。 然而，令人不可思议的是，人们至今仍未能理解量子理论的含义，并一直为此争论不休，一些科学家甚至认为这个理论根本没有意义。它的神秘更增添了它的美丽。爱因斯坦无疑是20世纪最伟大的科学家，但是，尽管他对量子理论的思索比相对论多一百倍，晚年仍坦然承认，“整整50年有意识的思考仍没有使我更接近‘光量子是什么’这个问题的答案”。爱开玩笑的物理学家费曼同样对此困惑不已，并断言“没有人理解量子理论”。的确，我们生活在经典世界中，我们所看到的都是宏观物体和它们的连续运动。然而，这一切对于量子世界中的粒子和运动都不再适用，每个人都会有一种脚下的土地突然被抽去的感觉。 那么，量子究竟是什么呢？应当如何理解量子理论呢？很多人根本没听说过量子，而初学者无不感到困惑不解，更多的实用科学家则只管利用它进行计算、获得结果。然而，越困难、越具有挑战性的问题就越让人类的好奇心无法割舍。人类志在理解自然的本性，并最终理解自己。我们相信，只要保持开放的思维，并乐于去理解，我们就会逐渐认识这个陌生但更为真实的量子世界，并最终窥见它的神秘和美丽。 人们将量子理论的建立称为人类科学和思想领域中的一场革命，因为它会让所有第一次试图接近它的人感到从未有过的心灵震撼。现代人所缺少的正是这种真正的心灵震撼，他们太沉迷于感性的快乐，而忽视了理性的尊严和威力。今天，对于每一个仍然对自然充满好奇的人来说，不理解量子，就无法理解身边的世界，就不能真正成为一个有理性的、思想健全的人。令人欣喜的是，物理学家和哲学家们正在接近量子谜题的最终答案。 在本文后续的故事中，我将向你讲述贯穿整个20世纪的惊心动魄的量子思想革命，并突出描述人们为理解量子所作的各种努力，他们的困惑和领悟，他们的痛苦与欢乐。敬请期待！ 转自“高山的博客” http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=348857 [ Last edited by opt-comm on 2010-8-17 at 18:22 ] |
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量子物理史话（6）：思想领域的最高音乐神韵
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1913年3月6日，玻尔在哥本哈根的家中致信卢瑟福，信中附寄了他那篇著名的原子论文的第一章，请求卢瑟福将稿件发表在《哲学杂志》上。在这篇论文中，玻尔从原子所奏出的光谱音乐中聆听到了量子的声音，这便开启了通往原子世界的大门。 20世纪初，关于原子结构的问题同样引起了物理学家们的极大关注。1911年，英国实验物理学家卢瑟福根据他的散射实验结果提出了原子的行星模型。根据这一模型，原子由原子核和电子组成，电子在原子核外绕核转动，正如行星绕太阳运转一样。然而，这一直观模型却与经典理论之间存在尖锐的矛盾。根据经典理论的预言，这样的系统无法稳定存在，电子很快就会辐射掉能量而落入核中，但人们在实验上并没有发现这种坍缩现象，原子系统是稳定的！ 时势造英雄，这时年轻的丹麦博士玻尔出场了，他将普朗克的能量子概念大胆地应用到卢瑟福的原子模型中，出人意料地“解决了”稳定性问题。1913年，玻尔发表了长篇论文《论原子结构和分子结构》，其中他提出了新的原子图像。根据这一图像，电子只在一些具有特定能量的轨道上（这些轨道由一定的量子化条件决定）绕核作圆周运动，其间原子不发射也不吸收能量，这些轨道称为定态；当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射和吸收的辐射的频率符合普朗克的能量量子化关系E＝hv。 这样，玻尔便给出了普朗克能量量子化假设的一种新解释，即能量量子起源于原子核外的电子只能处于具有分立能量的定态这一事实。当电子在这些定态之间跃迁时，原子的能量改变就自然是分立的了，而且它所发射或吸收的光辐射也自然具有分立的能量。 玻尔的理论成功地说明了氢原子的光谱线规律，它的出现大大扩展了量子概念的影响。爱因斯坦后来将这一理论赞誉为“思想领域的最高音乐神韵”。1916年，爱因斯坦利用玻尔原子理论和统计学方法分析了物体吸收和发射辐射的过程，并重新导出了普朗克定律。爱因斯坦的这一工作巧妙地将普朗克、他自己和玻尔三人的工作综合起来，可以称得上是一首美妙的量子协奏曲。 [高山评论] 玻尔理论的核心是定态与跃迁概念。定态是原子唯一可以存在的状态，在这些状态中原子具有分立的能量，而跃迁是原子唯一可以进行的运动，它在定态之间进行跃迁，能量只能分立地改变。尽管玻尔的理论成功地说明了氢原子的光谱线规律，但它无疑需要进一步的解释，例如，原子为什么只能处于这些定态之中？跃迁过程又是如何发生的？这些问题将要等到量子力学的出现才能真正解决。 转自高山的博客 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=355894 |
11楼2010-08-26 17:02:34
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那么，量子究竟是什么呢？ 本文来自: 小木虫论坛 http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=2268008&fpage=1 |
3楼2010-08-04 14:21:18
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量子物理史话（1）：生于1900
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原名“量子那些事（1）：生于1900” --------------------------------------------------- 1900年对于科学来说无疑是一个新的开端。这一年，诺贝尔基金委员会成立，从此代表科学界最高荣誉的诺贝尔奖开始颁发；这一年，希尔伯特在国际数学家大会上提出了著名的23个问题，为新世纪勾勒了一幅美丽的数学画卷；也正是在这一年，普朗克发现了量子，人类从此迈入了辉煌的量子时代。 1900年10月的一个秋日的午后，在柏林近郊一条幽静的林间小路上，普朗克和他的儿子正在散步。秋天将整个柏林染成了梦幻般的金黄色，小路两边已积了一层厚厚的落叶。普朗克有些激动地说道，“埃尔文，你知道吗？爸爸可能已经做出了可与牛顿力学相媲美的伟大发现。”这正是量子的发现。 那么量子是什么呢？简单地说，它就是自然的一种本性---分立性或非连续性，而量子的历史就是人们发现和研究这种非连续性规律的探索历程。日常经验告诉我们，物体的运动是连续的，物体性质的变化也是连续的。而经典理论---牛顿力学和麦克斯韦电磁场理论也正基于这样的假设，并且它们的预测已经被大量的实验所证实。然而，自然并不轻易显露她的神秘和美丽，尽管她会在你付出执著和热情之后给你意想不到的惊喜。（待续） 转自高山的博客 http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=349161 |
4楼2010-08-04 20:29:27