量子物理(Quantum Physics),是研究
物质世界
微观粒子
运动规律的
物理学
分支,主要研究
原子
、
分子
、
凝聚态
物质,以及
原子核
和
基本粒子
的结构、性质的基础理论,它与
相对论
一起构成现代物理学的理论基础。
量子物理包括两个部分:一是
量子力学
,它是原子层次的物理理论,是解释微观世界物质运动规律的理论;二是
量子场论
,它是研究场的基本规律,揭示了与物质本质相关的一些深刻问题。
[1]
量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一,而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用
[2]
。20世纪,量子力学给我们提供了一个物质和场的理论,它改变了我们的世界;展望21世纪,量子力学将继续为所有的科学提供基本的观念和重要的工具。
尽管
量子力学
是为描述远离我们的日常生活经验的抽象原子世界而创立的,但它对我们日常生活的影响无比巨大。没有量子力学作为工具,就不可能有化学、生物、医学以及其他每一个关键学科的引人入胜的进展。没有量子力学就没有全球经济可言,因为作为量子力学的产物的电子学革命将我们带入了计算机时代
[3]
。同时,光子学的革命也将我们带入
信息时代
。量子物理的杰作改变了我们的世界,
科学革命
为这个世界带来了的福音,也带来了潜在的威胁。
量子的概念如此的令人困惑以至于在引入它以后的20年中几乎没有什么根本性的进展,后来一小撮物理学家花了三年时间创立了量子力学。这些
科学家
为自己所做的事情所困扰,甚至有时对自己的所作所为感到失望。或许用下面的一段观察资料能最好地描述这个至关重要但又难以捉摸的理论的独特地位:量子理论是科学史上能最精确地被实验检验的理论,是科学史上最成功的理论。量子力学深深地困扰了它的创立者,然而,直到它本质上被表述成通用形式75年后的今天,一些科学界的精英们尽管承认它强大的威力,却仍然对它的基础和基本阐释不满意。
1918年诺贝尔物理学奖得主
马克斯·普朗克
(Max Planck)在1900年提出了
普朗克辐射定律
,量子论由此诞生。在他关于热辐射的经典论文中,普朗克假定振动系统的总能量不能连续改变,而是以不连续的能量子形式从一个值跳到另一个值。能量子的概念太激进了,普朗克后来将它搁置下来。随后,爱因斯坦在1905年(这一年对他来说是非凡的一年)认识到光量子化的潜在意义。不过量子的观念太离奇了,后来几乎没有根本性的进展。现代量子理论的创立则是崭新的一代物理学家花了20多年时间的结晶。
通过量子学理论诞生前后物理学领域的对比,我们可以体会到量子物理对物理学产生了革命性影响。1890年到1900年间的物理期刊论文基本上是关于原子光谱和物质其他一些基本的可以测量的属性的文章,如粘性、弹性、电导率、热导率、膨胀系数、折射系数以及热弹性系数等。由于维多利亚型的工作机制和精巧的实验方法的发展的刺激,知识以巨大的速度累积。然而,在同时代人看来最显著的事情是对于物质属性的简明描述基本上是经验性的。成千上万页的光谱数据罗列了大量元素波长的精确值,但是谁都不知光谱线为何会出现,更不知道它们所传递的信息。对热导率和电导率的模型解释仅符合大约半数的事实。虽有不计其数的经验定律,但都很难令人满意。比如说,Dulong-Petit定律建立了比热和物质的原子重量的简单关系,但是它有时好使,有时不好使。在多数情况下同体积气体的质量比满足简单的整数关系。
元素周期表
尽管为化学的繁荣提供了关键的组织规则,但也无任何理论基础。
[2] 沈鑫甫等.中学教师实用化学辞典:[M].北京:北京科学技术出版社,
[3] 赵凯华,罗蔚茵 . 新概念物理教程.量子物理[M]// 新概念物理教程,量子物理. 2008.
[4] 曾谨言. 量子物理学百年回顾[J]. 物理, 2003, 32(10):0-3.
[5] 孙鼎国.西方文化百科:[M].长春:吉林人民出版社,
[6] 雅默,秦克诚. 量子力学的哲学: 量子力学诠释的历史发展[M]// 量子力学的哲学:量子力学诠释的历史发展. 1989.