20世紀以來物理學革命大事記

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歷久不衰的量子力學重要論戰

不僅是物理學家大放異彩的年代，

更是人類科學史上光輝燦爛的一頁！

科普作家張天蓉再次重磅出擊，

帶你一窺當今所有科技文明發展的起源！

◎人們常說的量子，究竟是什麼？

有人說：「量子不就是電子、光子什麼的，很小很小的粒子嗎？」這句話不完全正確：量子不是任何粒子，但的確和「很小」有關！

一般來說，量子不是實物，而只是一種理論，一種說法，一種概念。固然，歷史上也用過「光量子」一詞，但實際上它就是光子。所以，一般不將「量子」看作粒子，而用它代表對量子力學、量子理論、量子現象等這些描述微觀世界之物理概念的一種泛稱。

量子一詞來源於拉丁語，原意是不可分割，指的是物理量的不連續性，象徵微觀粒子運動狀態的物理量只能採取某些分離的數值，也叫做被「量子化」。

可以用日常生活中的例子，如斜坡和樓梯，來比喻量子化。斜坡代表連續的高度變化，而樓梯則是「量子化」後的高度變化。

◎從物理學中的「小烏雲」到量子力學

量子力學的建立和發展主要分為幾個階段。起初20多年是萌芽期，經典物理漸漸碰到了與實驗結果不相符的困難。1900年，普朗克在經典框架下引進「量子化」的想法來解決黑體輻射問題；之後，愛因斯坦等人繼承其方法，解決了許多問題。這段時間之學說被稱為「舊量子論」，象徵著尚未建立系統的理論，只是對經典物理的某種「修補」。

德布羅意提出物質波思想，接著有海森堡和玻恩、約爾旦一起創建了矩陣力學；不久後，薛丁格波動方程式問世；又過了幾年，英國物理學家狄拉克導出了將相對論和電子自旋包括在內的狄拉克方程式。因此，在不到10年的時間內，量子理論飛速地創建和發展起來。有別於普朗克時代的舊量子論，人們將這一時期的理論稱為「新量子論」，也就是如今我們所說的量子力學。

◎不容錯過的「波愛之爭」，到底在吵什麼？

在經典物理學的框架中，不確定性是來自於我們知識的缺乏，是由於我們掌握的資訊不夠。一般認為，在不確定性的背後，隱藏著一些尚未發現的「隱變數」，一旦找出了它們，便能避免任何隨機性。或者說，隱變數是經典物理中機率的來源。

那麼，量子物理中的機率，是否也是由更深一層的「隱變數」所產生的呢？

這個問題又使得物理學家們分成了兩大派：一派是愛因斯坦為首的「隱變數」派，認為一定是某些隱變數在發揮作用，使得世界看起來表現出不確定性；另一派則是以波耳為首的「哥本哈根學派」，他們認為不確定性是世界的本質，沒有什麼更深層的隱變數！正是這個分歧，導致了愛因斯坦和波耳之間的「世紀之爭」。

本書特色

本書著重於介紹量子力學發展至今的歷程，涉及各個科學家的生平、研究成果及對物理學的重要貢獻。讀者能透過作者流暢生動的文筆，了解量子力學的基本知識及發展過程，並從中深刻體會科學研究的不易與艱辛。

超越經典（代序）
第一篇 萌芽期（舊量子論）
1 黑體輻射叛逆經典 普朗克釋放量子妖精
2 愛因斯坦破解光電效應 波粒二象性概念創新
3 互補性原理波耳模型 年輕人齊聚哥本哈根
4 貴族公子轉行攻科學 德布羅意提出物質波
5 桃李滿天下為大師之師 無緣於諾貝爾獎成無冕之王

第二篇 創建期（量子力學）
6 建矩陣力學奠基新量子論 不確定原理顛覆經典概念
7 唇槍加舌劍眾人稱「上帝鞭子」 不相容原理包立探物質奧祕
8 風流倜儻薛丁格建立方程式 思想實驗虛擬貓糾纏世人
9 協建矩陣力學奠基量子論 提出機率詮釋解釋波函數
10 把玩數學狄拉克惜字如金 假設能海正電子預言成真

第三篇 偉人糾纏（波愛辯論）
11 波茲曼創統計力學 得意門生步大師後塵
12 機率解釋量子力學 波耳對決愛因斯坦
13 玻色因錯誤發現量子統計 費米被譽為理論實驗通才
14 出光子盒難題難倒波耳 用相對論反擊愛因斯坦
15 布洛赫應用量子力學 伽莫夫提出穿隧效應
16 「愛神」使出EPR殺手鐧 波耳反駁經典哲學觀

第四篇 實驗、哲學、數學
17 玻姆思考隱變數 貝爾導出不等式
18 費曼是物理頑童 惠勒為一代宗師
19 鬼魅作用量子糾纏 實驗驗證貝爾定理
20 量子啟迪了思考 物理聯想到哲學
21 玩遊戲的數學大師 證電子有自由意志

參考文獻
附錄 量子大事記
後記