群星闪耀:量子物理史话

张天蓉
作者简介 张天蓉,女,四川成都人。著名科普作家,美国得州奥斯汀大学理论物理博士。研究方向为黑洞辐射、费曼路径积分、毫微微秒激光、高频及微波通信的EDA集成电路软件等。发表专业论文三十余篇。所著科普著作《永恒的诱惑:宇宙之谜》入围2016中国好书奖,并获得科技部2017年全国优秀科普作品奖。 超越经典(代序) 如今,人们经常提到量子,量子到底是什么呢?有人说:“量子不就是电子、光子什么的,很小很小的粒子吗?”这句话不全对:量子不是任何粒子,但的确和“很小”有关! 一般地说,量子不是实物,而只是一种理论,一种说法,一种概念。固然,历史上也用过“光量子”一词,但实际上它就是光子。所以,一般不将“量子”看作粒子,而用它代表对量子力学、量子理论、量子现象等这些描述微观世界之物理概念的一种泛称。 量子一词来源于拉丁语,原意是不可分割,指的是物理量的不连续性,表征微观粒子运动状态的物理量只能采取某些分离的数值,也叫作被“量子化”。 可以用日常生活中的例子,如斜坡和楼梯,来比喻量子化。斜坡代表连续的高度变化,而楼梯则是“量子化”了的高度变化。 20世纪初期的物理学,接连经历了两次革命——相对论和量子力学。它们在人类科学发展史上,写下了浓墨重彩的一笔。相对论描述高速运动,量子力学描述微观规律,这两场革命突破了牛顿力学及麦克斯韦电磁场理论的经典观念,在许多方面改变了人类对大自然,对物质、时空、因果性等的基本认识,带动了20世纪整个自然科学和技术的发展,为人类文明开辟了新纪元。 然而,这两次物理学革命有一个显著不同的特点:相对论的建立几乎是爱因斯坦一个人的功劳,或者加上其他几个人的少量贡献。而量子力学却是群体的产物,它是当年最出色和最富激情的一代物理学家们集体努力的成果,是由众多耀眼的群星共同创建起来的丰碑。量子力学的建立及发展过程不愧为一个奇迹,其历时之久、人物之众、概念之深、争论之剧,…