在經(jīng)典物理學(xué)的理論中能量是連續(xù)變化的，可以取任意值。19世紀(jì)后期，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)很多物理現(xiàn)象無(wú)法用這一理論解釋。1900年12月14日，德國(guó)物理學(xué)家普朗克（M.Planck，1858－1947）提出：像原子作為一切物質(zhì)的構(gòu)成單元一樣，“能量子”（量子）是能量的最小單元，原子吸收或發(fā)射能量是一份一份地進(jìn)行的。后來(lái)，這一天被認(rèn)為是量子理論的誕生日。

　　1905年，德國(guó)物理學(xué)家愛(ài)因斯坦（A.Einstein，1879－1955）把量子概念引進(jìn)光的傳播過(guò)程，提出“光量子”（光子）的概念，并提出光同時(shí)具有波動(dòng)和粒子的性質(zhì)，即光的“波粒二象性”。

　　20世紀(jì)20年代，法國(guó)物理學(xué)家德布羅意（P.L.de Broglie，1892－1987）提出“物質(zhì)波”概念，即一切物質(zhì)粒子均具備波粒二象性；德國(guó)物理學(xué)家海森伯（W.K.Heisenberg，1901－1976）等人建立了量子矩陣力學(xué)；奧地利物理學(xué)家薛定諤（E.Schr?dinger，1887－1961）建立了量子波動(dòng)力學(xué)。量子理論的發(fā)展進(jìn)入了量子力學(xué)階段。

　　1928年，英國(guó)物理學(xué)家狄拉克（P. A.M.Dirac，1902－1984）完成了矩陣力學(xué)和波動(dòng)力學(xué)之間的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，對(duì)量子力學(xué)理論進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，并將兩大理論體系——相對(duì)論和量子力學(xué)成功地結(jié)合起來(lái)，揭開(kāi)了量子理論發(fā)展的第三階段——量子場(chǎng)論的序幕。

　　量子理論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石之一，為從微觀理解宏觀提供了理論基礎(chǔ)。

　　1900年普朗克為了克服經(jīng)典理論解釋黑體輻射規(guī)律的困難，引入了能量子概念，為量子理論奠下了基石。隨后，愛(ài)因斯坦針對(duì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)與經(jīng)典理論的矛盾，提出了光量子假說(shuō)，并在固體比熱問(wèn)題上成功地運(yùn)用了能量子概念，為量子理論的發(fā)展打開(kāi)了局面。

　　1913年，玻爾在盧瑟福有核模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用量子化概念，提出玻爾的原子理論，對(duì)氫光譜作出了滿意的解釋，使量子論取得了初步勝利。隨后，玻爾、索末菲和其他物理學(xué)家為發(fā)展量子理論花了很大力氣，卻遇到了嚴(yán)重困難。舊量子論陷入困境。

　　1923年，德布羅意提出了物質(zhì)波假說(shuō)，將波粒二象性運(yùn)用于電子之類的粒子束，把量子論發(fā)展到一個(gè)新的高度。1925年-1926年薛定諤率先沿著物質(zhì)波概念成功地確立了電子的波動(dòng)方程，為量子理論找到了一個(gè)基本公式，并由此創(chuàng)建了波動(dòng)力學(xué)。

　　幾乎與薛定諤同時(shí)，海森伯寫(xiě)出了以“關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)關(guān)系的量子論的重新解釋”為題的論文，創(chuàng)立了解決量子波動(dòng)理論的矩陣方法。1925年9月，玻恩與另一位物理學(xué)家約丹合作，將海森伯的思想發(fā)展成為系統(tǒng)的矩陣力學(xué)理論。不久，狄拉克改進(jìn)了矩陣力學(xué)的數(shù)學(xué)形式，使其成為一個(gè)概念完整、邏輯自洽的理論體系。

　　1926年薛定諤發(fā)現(xiàn)波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué)從數(shù)學(xué)上是完全等價(jià)的，由此統(tǒng)稱為量子力學(xué)，而薛定諤的波動(dòng)方程由于比海森伯的矩陣更易理解，成為量子力學(xué)的基本方程。

　　1900年，Planck假定能量是由獨(dú)立的微粒組成的，或者說(shuō)量子。

　　1905年，愛(ài)因斯坦把能量和輻射用同樣的方式進(jìn)行了系統(tǒng)的量子化工作。

　　1924年，Louis de Broglie 指出在能量和物質(zhì)的構(gòu)成和行為方面沒(méi)有本質(zhì)上的差別，在原子或亞原子級(jí)別上的行為像微?；蛘呦癫?。這里理論被稱為波-粒二元性原理。能量和物質(zhì)的基本微粒的行為，依賴于周圍環(huán)境，可能像微粒也可能像波。

　　1927年，Werner Heisenberg 提出精確的、同時(shí)測(cè)量兩個(gè)互補(bǔ)的值，像亞原子微粒的位置和能量，是不可能的。與傳統(tǒng)物理學(xué)原理不同，對(duì)他們同時(shí)進(jìn)行測(cè)量一定會(huì)出錯(cuò)：較精確的值被正確的測(cè)量了，易出錯(cuò)的值成了測(cè)成了其它值得。這一理論就是著名的不確定性原理，由此也產(chǎn)生了愛(ài)因斯坦的著名論斷，“上帝不賭博?！?

　　維恩（Wilhelm Wien）

　　瑞利（Lord Rayleigh）

　　普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck）

　　狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac）

　　尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）

　　路易·德布羅意（Prince Louis-victor de Broglie）

　　薛定諤（Erwin Schr?dinger）

　　海森伯（Werner Karl Heisenberg）

　　玻恩（Max Born）

　　里查德·費(fèi)恩曼（Richard Phillips Feynman）

　　H.赫茲（Heinrich Rudolf Hertz）

　　密立根（Robert Andrews Millikan）

　　愛(ài)因斯坦

　　波爾

　　量子力學(xué)雖然建立了，但關(guān)于它的物理解釋卻總是很抽象，大家的說(shuō)法也不一致。波動(dòng)方程中的所謂波究竟是什么？

　　玻恩認(rèn)為，量子力學(xué)中的波實(shí)際上是一種幾率，波函數(shù)表示的是電子在某時(shí)某地出現(xiàn)的幾率。1927年，海森伯提出了微觀領(lǐng)域里的不確定關(guān)系，他認(rèn)為任何一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量，要準(zhǔn)確測(cè)量其中的一個(gè)，另一個(gè)就將是不確定的。這就是所謂的“不確定原理”。它和玻恩的波函數(shù)幾率解釋一起，奠定了量子力學(xué)詮釋的物理基礎(chǔ)。玻爾敏銳地意識(shí)到不確定原理正表征了經(jīng)典概念的局限性，因此在此基礎(chǔ)上提出了“互補(bǔ)原理”。玻爾的互補(bǔ)原理被人們看成是正統(tǒng)的哥本哈根解釋，但愛(ài)因斯坦不同意不確定原理，認(rèn)為自然界各種事物都應(yīng)有其確定的因果關(guān)系，而量子力學(xué)是統(tǒng)計(jì)性的，因此是不完備的，而互補(bǔ)原理更是一種權(quán)宜之計(jì)。于是在愛(ài)因斯坦與玻爾之間進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)三四十年的爭(zhēng)論，直到他們?nèi)ナ酪矝](méi)有作出定論。

　　如果說(shuō)光在空間的傳播是相對(duì)論的關(guān)鍵，那么光的發(fā)射和吸收則帶來(lái)了量子論的革命。我們知道物體加熱時(shí)會(huì)放出輻射，科學(xué)家們想知道這是為什么。

　　為了研究的方便，他們假設(shè)了一種本身不發(fā)光、能吸收所有照射其上的光線的完美輻射體，稱為“黑體”。研究過(guò)程中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)按麥克斯韋電磁波理論計(jì)算出的黑體光譜紫外部分的能量是無(wú)限的，顯然發(fā)生了謬誤，這為“紫外線災(zāi)難”提供了依據(jù)。1900年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出了物質(zhì)中振動(dòng)原子的新模型。他從物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)理論中借用不連續(xù)性的概念，提出了輻射的量子論。

　　關(guān)于量子論中的不連續(xù)性，我們可以這樣理解：如溫度的增加或降低，我們認(rèn)為是連續(xù)的，從一度升到二度中間必須經(jīng)過(guò)0.1.度0.1度之前必定有0.01度。但是量子論認(rèn)為在某兩個(gè)數(shù)值之間例如1度和3度之間可以沒(méi)有2度，就像我們花錢買東西一樣，一分錢是最小的量了，你不可能拿出0.1分錢，雖然你可以以厘為單位計(jì)算錢數(shù)。這個(gè)一分錢就是錢幣的最小的量。而這個(gè)最小的量就是量子。他認(rèn)為各種頻率的電磁波，包括光只能以各自確定分量的能量從振子射出，這種能量微粒稱為量子，光的量子稱為光量子，簡(jiǎn)稱光子。根據(jù)這個(gè)模型計(jì)算出的黑體光譜與實(shí)際觀測(cè)到的相一致。這揭開(kāi)了物理學(xué)上嶄新的一頁(yè)。

　　量子論不僅很自然地解釋了灼熱體輻射能量按波長(zhǎng)分布的規(guī)律，而且以全新的方式提出了光與物質(zhì)相互作用的整個(gè)問(wèn)題。量子論不僅給光學(xué)，也給整個(gè)物理學(xué)提供了新的概念，故通常把它的誕生視為近代物理學(xué)的起點(diǎn)。

　　量子假說(shuō)與物理學(xué)界幾百年來(lái)信奉的“自然界無(wú)跳躍”直接矛盾，因此量子理論出現(xiàn)后，許多物理學(xué)家不予接受。普朗克本人也十分動(dòng)搖，后悔當(dāng)初的大膽舉動(dòng)，甚至放棄了量子論繼續(xù)用能量的連續(xù)變化來(lái)解決輻射的問(wèn)題。但是，歷史已經(jīng)將量子論推上了物理學(xué)新紀(jì)元的開(kāi)路先鋒的位置，量子論的發(fā)展已是銳不可當(dāng)。

　　第一個(gè)意識(shí)到量子概念的普遍意義并將其運(yùn)用到其它問(wèn)題上的是愛(ài)因斯坦。他建立了光量子理論解釋光電效應(yīng)中出現(xiàn)的新現(xiàn)象。光量子論的提出使光的性質(zhì)的歷史爭(zhēng)論進(jìn)入了一個(gè)新的階段。自牛頓以來(lái)，光的微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)此起彼伏，愛(ài)因斯坦的理論重新肯定了微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)對(duì)于描述光的行為的意義，它們均反映了光的本質(zhì)的一個(gè)側(cè)面：光有時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)出粒子性，但它既非經(jīng)典的粒子也非經(jīng)典的波，這就是光的波粒二象性。主要由于愛(ài)因斯坦的工作，使量子論在提出之后的最初十年里得以進(jìn)一步發(fā)展。

　　在1911年，盧瑟福提出了原子的行星模型，即電子圍繞一個(gè)位于原子中心的微小但質(zhì)量很大的核，即原子核的周圍運(yùn)動(dòng)。在此后的20年中，物理學(xué)的大量研究集中在原子的外圍電子結(jié)構(gòu)上。這項(xiàng)工作創(chuàng)立了微觀世界的新理論，量子物理，并為量子理論應(yīng)用于宏觀物體奠定了基礎(chǔ)。但是原子中心微小的原子核仍然是個(gè)謎。原子核是微觀世界中的重要層次，量子力學(xué)是研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論，是現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)之一，是探索原子核奧秘所不可缺少的工具。

　　在原子量子理論被提出后不久，物理學(xué)家開(kāi)始探討原子中微小的質(zhì)量核--原子核。在原子中，正電原子核在靜態(tài)條件下吸引負(fù)電子。但是什么使原子核本身能聚合在一起呢？原子核包含帶正電質(zhì)子和不帶電的中子，兩者之間存在巨大的排斥力，而且質(zhì)子彼此排斥（不帶電的中子沒(méi)有這種排斥力）。使原子核聚合在一起，并且克服質(zhì)子間排斥力的是一種新的強(qiáng)大的力，它只在原子核內(nèi)部起作用。原子彈的巨大能量就來(lái)自這種強(qiáng)大的核力。原子核和核力性質(zhì)的研究對(duì)20世紀(jì)產(chǎn)生了巨大的影響，放射現(xiàn)象、同位素、核反應(yīng)、裂變、聚變、原子能、核武器和核藥物都是核物理學(xué)的副產(chǎn)品。

　　丹麥物理學(xué)家玻爾首次將量子假設(shè)應(yīng)用到原子中，并對(duì)原子光譜的不連續(xù)性作出了解釋。他認(rèn)為，電子只在一些特定的圓軌道上繞核運(yùn)行。在這些軌道上運(yùn)行時(shí)并不發(fā)射能量，只當(dāng)它從一個(gè)較高能量的軌道向一個(gè)較低軌道躍遷時(shí)才發(fā)射輻射，反之吸收輻射。這個(gè)理論不僅在盧瑟福模型的基礎(chǔ)上解決了原子的穩(wěn)定性問(wèn)題，而且用于氫原子時(shí)與光譜分析所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全符合，因此引起了物理學(xué)界的震動(dòng)。

　　玻爾指導(dǎo)了19世紀(jì)20到年代的物理學(xué)家理解量子理論聽(tīng)起來(lái)自相矛盾的基本結(jié)構(gòu)，他實(shí)際上既是這種理論的“助產(chǎn)師”又是護(hù)士。玻爾的量子化原子結(jié)構(gòu)明顯違背古典理論，同樣招致了許多科學(xué)家的不滿。但它在解釋光譜分布的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律方面意外地成功，使它獲得了很高的聲譽(yù)。不過(guò)玻爾的理論只能用于解決氫原子這樣比較簡(jiǎn)單的情形，對(duì)于多電子的原子光譜便無(wú)法解釋。

　　舊量子論面臨著危機(jī)，但不久就被突破。在這方面首先取得突破的是法國(guó)物理學(xué)家德布羅意。他在大學(xué)時(shí)專業(yè)學(xué)的是歷史，但他的哥哥是研究X射線的著名物理學(xué)家。受他的影響，德布羅意大學(xué)畢業(yè)后改學(xué)物理，與兄長(zhǎng)一起研究X射線的波動(dòng)性和粒子性的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期思考，德布羅意突然意識(shí)到愛(ài)因斯坦的光量子理論應(yīng)該推廣到一切物質(zhì)粒子，特別是電子。1923年9月到10月，他連續(xù)發(fā)表了三篇論文，提出了電子也是一種波的理論，并引入了“駐波”的概念描述電子在原子中呈非輻射的靜止?fàn)顟B(tài)。駐波與在湖面上或線上移動(dòng)的行波相對(duì)，吉它琴弦上的振動(dòng)就是一種駐波。這樣就可以用波函數(shù)的形式描繪出電子的位置。不過(guò)它給出的不是我們熟悉的確定的量，而是統(tǒng)計(jì)上的“分布概率”，它很好地反映了電子在空間的分布和運(yùn)行狀況。德布羅意還預(yù)言電子束在穿過(guò)小孔時(shí)也會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象。

　　1924年，他寫(xiě)出博士論文“關(guān)于量子理論的研究”，更系統(tǒng)地闡述了物質(zhì)波理論，愛(ài)因斯坦對(duì)此十分贊賞。不出幾年，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家真的觀測(cè)到了電子的衍射現(xiàn)象，證實(shí)了德布羅意的物質(zhì)波的存在。

　　沿著物質(zhì)波概念繼續(xù)前進(jìn)并創(chuàng)立了波動(dòng)力學(xué)的是奧地利物理學(xué)家薛定諤。他從愛(ài)因斯坦的一篇論文中得知了德布羅意的物質(zhì)波概念后立刻接受了這個(gè)觀點(diǎn)。他提出，粒子不過(guò)是波動(dòng)輻射上的泡沫。1925年，他推出了一個(gè)相對(duì)論的波動(dòng)方程，但與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不完全吻合。1926年，他改而處理非相對(duì)論的電子問(wèn)題，得出的波動(dòng)方程在實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí)。

　　1925年，德國(guó)青年物理學(xué)家海森伯格寫(xiě)出了一篇名為《關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)關(guān)系的量子論重新解釋》的論文，創(chuàng)立了解決量子波動(dòng)理論的矩陣方法。玻爾理論中的電子軌道、運(yùn)行周期這樣古典的然而是不可測(cè)量的概念被輻射頻率和強(qiáng)度所代替。經(jīng)過(guò)海森伯格和英國(guó)一位年輕的科學(xué)家狄喇克的共同努力，矩陣力學(xué)逐漸成為一個(gè)概念完整、邏輯自洽的理論體系。波動(dòng)力學(xué)與矩陣力學(xué)各自的支持者們一度爭(zhēng)論不休，指責(zé)對(duì)方的理論有缺陷。到了1926年，薛定諤發(fā)現(xiàn)這兩種理論在數(shù)學(xué)上是等價(jià)的，雙方才消除了敵意。從此這兩大理論合稱量子力學(xué)，而薛定諤的波動(dòng)方程由于更易于掌握而成為量子力學(xué)的基本方程。

　　海森伯格不確定原則是量子論中最重要的原則之一。它指出，不可能同時(shí)精確地測(cè)量出粒子的動(dòng)量和位置，因?yàn)樵跍y(cè)量過(guò)程中儀器會(huì)對(duì)測(cè)量過(guò)程產(chǎn)生干擾，測(cè)量其動(dòng)量就會(huì)改變其位置，反之亦然。量子理論跨越了牛頓力學(xué)中的死角。在解釋事物的宏觀行為時(shí)，只有量子理論能處理原子和分子現(xiàn)象中的細(xì)節(jié)。但是，這一新理論所產(chǎn)生的似是而非的矛盾說(shuō)法比光的波粒二重性還要多。牛頓力學(xué)以確定性和決定性來(lái)回答問(wèn)題，量子理論則用可能性和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)回答。傳統(tǒng)物理學(xué)精確地告訴我們火星在哪里，而量子理論讓我們就原子中電子的位置進(jìn)行一場(chǎng)賭博。海森伯格不確定性使人類對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)受到了絕對(duì)的限制，并告訴我們要想絲毫不影響結(jié)果，我們就無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。

　　量子力學(xué)的奠基人之一薛定諤在1935年就意識(shí)到了量子力學(xué)中不確定性的問(wèn)題，并假設(shè)了一個(gè)著名的貓思維實(shí)驗(yàn)：“一只貓關(guān)在一鋼盒內(nèi)，盒中有下述極殘忍的裝置（必須保證此裝置不受貓的直接干擾）：在蓋革計(jì)數(shù)器中有一小塊輻射物質(zhì)，它非常小，或許在1小時(shí)中只有一個(gè)原子衰變。在相同的幾率下或許沒(méi)有一個(gè)原子衰變。如果發(fā)生衰變，計(jì)數(shù)管便放電并通過(guò)繼電器釋放一個(gè)錘，擊碎一個(gè)小小的氰化物瓶。如果人們使這整個(gè)系統(tǒng)自在1個(gè)小時(shí)，那么人們會(huì)說(shuō)，如果在此期間沒(méi)有原子衰變，這貓就是活的。第一次原子衰變必定會(huì)毒殺了這只貓?！背ＷR(shí)告訴我們那只貓是非死即活的，兩者必居其一?？墒前凑樟孔恿W(xué)的規(guī)則，盒內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)處于兩種態(tài)的疊加之中，一態(tài)中有活貓，另一態(tài)中有死貓。但是有誰(shuí)在現(xiàn)實(shí)生活中見(jiàn)過(guò)一個(gè)又活又死的貓呢？貓應(yīng)該知道自己是活還是死，然而量子理論告訴我們，這個(gè)不幸的動(dòng)物處于一種懸而未決的死活狀態(tài)中，直到某人窺視盒內(nèi)看個(gè)究竟為止。此時(shí)，它要么變得生氣勃勃，要么立刻死亡。如果把貓換成一個(gè)人，那么詳謬變得更尖銳了，因?yàn)檫@樣一來(lái)，監(jiān)禁在盒內(nèi)的那位朋友會(huì)自始至終地意識(shí)到他是健康與否。如果實(shí)驗(yàn)員打開(kāi)盒子，發(fā)現(xiàn)他仍然是活的，那時(shí)他可以問(wèn)他的朋友，在此觀察前他感覺(jué)如何，顯然這位朋友會(huì)回答在所有的時(shí)間中他絕對(duì)活著。可這跟量子力學(xué)是相矛盾的，因?yàn)榱孔永碚撜J(rèn)為在盒內(nèi)的東西被觀察之前那位朋友仍處在活-死迭加狀態(tài)中。

　　玻爾敏銳地意識(shí)到它正表征了經(jīng)典概念的局限性，因此以此為基礎(chǔ)提出“互補(bǔ)原則”，認(rèn)為在量子領(lǐng)域總是存在互相排斥的兩種經(jīng)典特征，正是它們的互補(bǔ)構(gòu)成了量子力學(xué)的基本特征。玻爾的互補(bǔ)原則被稱為正統(tǒng)的哥本哈根解釋，但愛(ài)因斯坦一直不同意。他始終認(rèn)為統(tǒng)計(jì)性的量子力學(xué)是不完備的，而互補(bǔ)原理是一種綏靖哲學(xué)，因而一再提出假說(shuō)和實(shí)驗(yàn)責(zé)難量子論，但玻爾總能給出自洽的回答，為量子論辯護(hù)。愛(ài)因斯坦與玻爾的論戰(zhàn)持續(xù)了半個(gè)世紀(jì)，直到他們兩人去世也沒(méi)有完結(jié)。

　　薛定諤貓實(shí)驗(yàn)告訴我們，在原子領(lǐng)域中實(shí)在的佯謬性質(zhì)與日常生活和經(jīng)驗(yàn)是不相關(guān)的，量子幽靈以某種方式局限于原子的陰影似的微觀世界之中。如果遵循量子理論的邏輯到達(dá)其最終結(jié)論，則大部分的物理宇宙似乎要消失于陰影似的幻想之中。愛(ài)因斯坦決不愿意接受這種邏輯結(jié)論。他反問(wèn)：沒(méi)有人注視時(shí)月亮是否實(shí)在？科學(xué)是一項(xiàng)不帶個(gè)人色彩的客觀的事業(yè)，將觀察者作為物理實(shí)在的一個(gè)關(guān)鍵要素的思想看來(lái)與整個(gè)科學(xué)精神相矛盾。如果沒(méi)有一個(gè)“外在的”具體世界供我們實(shí)驗(yàn)與測(cè)量，全部科學(xué)不就退化為追逐想象的一個(gè)游戲了嗎？量子理論革命性的特點(diǎn)，一開(kāi)始就引起了關(guān)于它的正確性及其解釋內(nèi)容的激烈爭(zhēng)論，在20世紀(jì)中這個(gè)爭(zhēng)論一直進(jìn)行著。自然法則從根本上將是否具有隨機(jī)性？在我們的觀察中是否存在實(shí)體？我們又是否受到了觀察的現(xiàn)象的影響？

　　愛(ài)因斯坦率先從幾個(gè)方面對(duì)量子理論提出質(zhì)疑。他不承認(rèn)自然法則是隨機(jī)的。他不相信“上帝在和世界玩骰子”。在和玻爾的一系列著名的論戰(zhàn)中，愛(ài)因斯坦又一次提出了批判，試圖解釋量子理論潛在的漏洞、錯(cuò)誤和缺點(diǎn)。玻爾則巧妙地挫敗了愛(ài)因斯坦的所有攻擊。在1935年的一篇論文中，愛(ài)因斯坦提出了一個(gè)新證據(jù)：斷言量子理論無(wú)法對(duì)自然界進(jìn)行完全的描述。根據(jù)愛(ài)因斯坦的說(shuō)法，一些無(wú)法被量子理論預(yù)見(jiàn)的物理現(xiàn)象應(yīng)該能被觀測(cè)到。這一挑戰(zhàn)最終導(dǎo)致阿斯派特做了一系列著名的試驗(yàn)，準(zhǔn)備用這些試驗(yàn)解決這一爭(zhēng)論。阿斯派特的實(shí)驗(yàn)詳盡地證明了量子理論的正確性。阿斯派特認(rèn)為，量子理論能夠預(yù)見(jiàn)但無(wú)法解釋一些奇妙的現(xiàn)象，愛(ài)因斯坦斷言這一點(diǎn)是不可能的。由此似乎信息傳播地比光速還快--很明顯地違背了相對(duì)論和因果律。

　　阿斯派特的實(shí)驗(yàn)結(jié)論仍有爭(zhēng)議，但它們已促成了關(guān)于量子論的更多的奇談怪論。由玻爾和海森伯格發(fā)展起來(lái)的理論和哥本哈根派的觀點(diǎn)，盡管仍有爭(zhēng)論，卻逐漸在大多數(shù)物理學(xué)家中得到認(rèn)可。按照該學(xué)派的觀點(diǎn)，自然規(guī)律既非客觀的，也非確定的。觀察者無(wú)法描述獨(dú)立于他們之外的現(xiàn)實(shí)。就象不確定律和測(cè)不準(zhǔn)定律告訴我們的一樣，觀察者只能受到觀察結(jié)果的影響。按自然規(guī)律得出的實(shí)驗(yàn)性預(yù)見(jiàn)總是統(tǒng)計(jì)性的而非確定性的。沒(méi)有定規(guī)可尋，它僅僅是一種可能性的分布。電子在不同的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出的波動(dòng)性和粒子性這一表面上的矛盾是互補(bǔ)性原理的有關(guān)例子。量子理論能夠正確地、連續(xù)地預(yù)測(cè)電子的波動(dòng)性或粒子性，卻不能同時(shí)對(duì)兩者進(jìn)行預(yù)測(cè)。按照玻爾的觀點(diǎn)，這一矛盾是我們?cè)趯?duì)電子性質(zhì)的不斷探索中，在我們的大腦中產(chǎn)生的，它不是量子理論的一部分。而且，從自然界中只能得到量子理論提供的有限的、統(tǒng)計(jì)性的信息。量子理論是完備的：該理論未能告訴我們的東西或許是有趣的猜想或隱喻。但這些東西既不可觀測(cè)，也不可測(cè)量，因而與科學(xué)無(wú)關(guān)。哥本哈根解釋未能滿足愛(ài)因斯坦關(guān)于一個(gè)完全客觀的和決定性的物理定律應(yīng)該是什么樣的要求。

　　幾年后，他通過(guò)一系列思維推理實(shí)驗(yàn)向玻爾發(fā)起挑戰(zhàn)。這些實(shí)驗(yàn)計(jì)劃用來(lái)證明在量子理論中的預(yù)測(cè)中存在著不一致和錯(cuò)誤。愛(ài)因斯坦用兩難論或量子理論中的矛盾向玻爾發(fā)難。玻爾把問(wèn)題稍微思考幾天，然后就能提出解決辦法。愛(ài)因斯坦難免過(guò)分地看重了一些東西或者忽略了某些效應(yīng)。有一次，具有諷刺意味的是愛(ài)因斯坦忘記了考慮他自己提出的廣義相對(duì)論。最終，愛(ài)因斯坦承認(rèn)了量子理論的主觀一致性，但他仍固執(zhí)地堅(jiān)持一個(gè)致命的批判：EPR思維實(shí)驗(yàn)。

　　1935年，愛(ài)因斯坦和兩個(gè)同事普多斯基和羅森合作寫(xiě)了一篇駁斥量子理論完備性的論文，在物理學(xué)家和科學(xué)思想家中間廣為流傳。該論文以三個(gè)人姓氏的第一個(gè)字母合稱EPR論文。他們假設(shè)有兩個(gè)電子：電子1和電子2發(fā)生碰撞。由于它們帶有相同的電荷，這種碰撞是彈性的，符合能量守衡定律，碰撞后兩電子的動(dòng)量和運(yùn)動(dòng)方向是相關(guān)的。因而，如果測(cè)出了電子1的位置，就能推知電子2的位置。假設(shè)在碰撞發(fā)生后精確測(cè)量電子1的位置，然后測(cè)量其動(dòng)量。由于每次只測(cè)量了一個(gè)量，測(cè)量的結(jié)果應(yīng)該是準(zhǔn)確的。由于電子1、2之間的相關(guān)性，雖然我們沒(méi)有測(cè)量電子2，即沒(méi)有干擾過(guò)它，但仍然可以精確推測(cè)電子2的位置和動(dòng)量。換句話說(shuō)，我們經(jīng)過(guò)一次測(cè)量得知了電子的位置和動(dòng)量，而量子理論說(shuō)這是不可能的，關(guān)于這一點(diǎn)量子理論沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到。

　　愛(ài)因斯坦及其同事由此證明：量子理論是不完備的。玻爾經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的思考，反駁說(shuō)EPR實(shí)驗(yàn)非但沒(méi)有證否量子理論，而且還證明了量子理論的互補(bǔ)性原理。他指出，測(cè)量?jī)x器、電子1和電子2共同組成了一個(gè)系統(tǒng)，這是一個(gè)不可分割的整體。在測(cè)量電子1的位置的過(guò)程中會(huì)影響電子2的動(dòng)量。因此對(duì)電子1的測(cè)量不能說(shuō)明電子2的位置和動(dòng)量，一次測(cè)量不能代替兩次測(cè)量。這兩個(gè)結(jié)果是互補(bǔ)的和不兼容的，我們既不能說(shuō)系統(tǒng)中一個(gè)部分受到另一個(gè)部分的影響，也不能試圖把兩個(gè)不同實(shí)驗(yàn)結(jié)果互相聯(lián)系起來(lái)。EPR實(shí)驗(yàn)假定了客觀性和因果關(guān)系的存在而得出結(jié)論認(rèn)為量子理論是不完備的，事實(shí)上這種客觀性和因果性只是一種推想和臆測(cè)。

　　雖然上個(gè)世紀(jì)很多科學(xué)家在量子理論面前停滯不前，其中包括Planck和Einstein，但這一理論的基本原理已經(jīng)頻繁的得到了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持，雖然有些科學(xué)家還試圖證明他們是錯(cuò)誤的。量子理論和愛(ài)因斯坦的相對(duì)論形成了現(xiàn)在物理學(xué)的基礎(chǔ)。量子物理學(xué)的原理正在被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，包括量子光學(xué)、量子化學(xué)、量子計(jì)算和量子密碼學(xué)。

　　盡管人們對(duì)量子理論的含義還不太清楚，但它在實(shí)踐中獲得的成就卻是令人吃驚的。尤其在凝聚態(tài)物質(zhì)--固態(tài)和液態(tài)的科學(xué)研究中更為明顯。用量子理論來(lái)解釋原子如何鍵合成分子，以此來(lái)理解物質(zhì)的這些狀態(tài)是再基本不過(guò)的。鍵合不僅是形成石墨和氮?dú)獾纫话慊衔锏闹饕?，而且也是形成許多金屬和寶石的對(duì)稱性晶體結(jié)構(gòu)的主要原因。用量子理論來(lái)研究這些晶體，可以解釋很多現(xiàn)象，例如為什么銀是電和熱的良導(dǎo)體卻不透光，金剛石不是電和熱的良導(dǎo)體卻透光？而實(shí)際中更為重要的是量子理論很好地解釋了處于導(dǎo)體和絕緣體之間的半導(dǎo)體的原理，為晶體管的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

　　1948年，美國(guó)科學(xué)家約翰·巴丁、威廉·肖克利和瓦爾特·布拉頓根據(jù)量子理論發(fā)明了晶體管。它用很小的電流和功率就能有效地工作，而且可以將尺寸做得很小，從而迅速取代了笨重、昂貴的真空管，開(kāi)創(chuàng)了全新的信息時(shí)代，這三位科學(xué)家也因此獲得了1956年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。另外，量子理論在宏觀上還應(yīng)用于激光器的發(fā)明以及對(duì)超導(dǎo)電性的解釋。而且量子論在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景也十分美好?？茖W(xué)家認(rèn)為，量子力學(xué)理論將對(duì)電子工業(yè)產(chǎn)生重大影響，是物理學(xué)一個(gè)尚未開(kāi)發(fā)而又具有廣闊前景的新領(lǐng)域。目前半導(dǎo)體的微型化已接近極限，如果再小下去，微電子技術(shù)的理論就會(huì)顯得無(wú)能為力，必須依靠量子結(jié)構(gòu)理論。

　　科學(xué)家們預(yù)言，利用量子力學(xué)理論，到2010年左右，人們能夠使蝕刻在半導(dǎo)體上的線條的寬度小到十分之一微米（一微米等于千分之一毫米）以下。在這樣窄小的電路中穿行的電信號(hào)將只是少數(shù)幾個(gè)電子，增加一個(gè)或減少一個(gè)電子都會(huì)造成很大的差異。美國(guó)威斯康星大學(xué)材料科學(xué)家馬克斯·拉加利等人根據(jù)量子力學(xué)理論已制造了一些可容納單個(gè)電子的被稱為“量子點(diǎn)”的微小結(jié)構(gòu)。這種量子點(diǎn)非常微小，一個(gè)針尖上可容納幾十億個(gè)。研究人員用量子點(diǎn)制造可由單個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)來(lái)控制開(kāi)和關(guān)狀態(tài)的晶體管。他們還通過(guò)對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行巧妙的排列，使這種排列有可能用作微小而功率強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)的心臟。此外，美國(guó)得克薩斯儀器公司、國(guó)際商用機(jī)器公司、惠普公司和摩托羅拉公司等都對(duì)這種由一個(gè)個(gè)分子組成的微小結(jié)構(gòu)感興趣，支持對(duì)這一領(lǐng)域的研究，并認(rèn)為這一領(lǐng)域所取得的進(jìn)展“必定會(huì)獲得極大的回報(bào)”。科學(xué)家對(duì)量子結(jié)構(gòu)的研究的主要目標(biāo)是要控制非常小的電子群的運(yùn)動(dòng)即通過(guò)“量子約束”以使其不與量子效應(yīng)沖突。量子點(diǎn)就有可能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

　　量子點(diǎn)由直徑小于20納米的一團(tuán)團(tuán)物質(zhì)構(gòu)成，或者約相當(dāng)于60個(gè)硅原子排成一串的長(zhǎng)度。利用這種量子約束的方法，人們有可能制造用于很多光盤播放機(jī)中的小而高效的激光器。這種量子阱激光器由兩層其他材料夾著一層超薄的半導(dǎo)體材料制成。處在中間的電子被圈在一個(gè)量子平原上，電子只能在兩維空間中移動(dòng)。這樣向電子注入能量就變得容易些，結(jié)果就是用較少的能量就能使電子產(chǎn)生較多的激光。美國(guó)電話電報(bào)公司貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在對(duì)量子進(jìn)行更深入的研究。他們?cè)O(shè)法把量子平原減少一維，制造以量子線為基礎(chǔ)的激光器，這種激光器可以大大減少通信線路上所需要的中繼器。美國(guó)南卡羅來(lái)納大學(xué)詹姆斯·圖爾斯的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室用單個(gè)有機(jī)分子已制成量子結(jié)構(gòu)。采用他們的方法可使人們將數(shù)以十億計(jì)分子大小的裝置擠在一平方毫米的面積上。一平方毫米可容納的晶體管數(shù)可能是目前的個(gè)人計(jì)算機(jī)晶體管數(shù)的1萬(wàn)倍。紐約州立大學(xué)的物理學(xué)家康斯坦丁·利哈廖夫已用量子存儲(chǔ)點(diǎn)制成了一個(gè)存儲(chǔ)芯片模型。從理論上講，他的設(shè)計(jì)可把1萬(wàn)億比特的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大約與現(xiàn)今使用的芯片大小相當(dāng)?shù)男酒?，而容量是目前芯片?chǔ)量的1·5萬(wàn)倍。有很多研究小組已制出了利哈廖夫模型裝置所必需的單電子晶體管，有的還制成了在室溫條件下工作的單電子晶體管。科學(xué)家們認(rèn)為，電子工業(yè)在應(yīng)用量子力學(xué)理論方面還有很多問(wèn)題有待解決。因此大多數(shù)科學(xué)家正在努力研究全新的方法，而不是仿照目前的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)量子裝置。

　　類似10維或11維的“弦論”＝振動(dòng)的弦、震蕩中的象弦一樣的微小物體。霍金膜上四維世界的量子理論的近代詮釋（鄧宇等，80年代）：振動(dòng)的量子（波動(dòng)的量子＝量子鬼波）＝平動(dòng)微粒子的振動(dòng)；振動(dòng)的微粒子；震蕩中的象量子（粒子）一樣的微小物體。量子論

　　波動(dòng)量子＝量子的波動(dòng)＝微粒子的平動(dòng)+振動(dòng)＝平動(dòng)+振動(dòng)＝矢量和量子鬼波的DENG'S詮釋：微粒子（量子）平動(dòng)與振動(dòng)的矢量和粒子波、量子波＝粒子的震蕩（平動(dòng)粒子的震動(dòng)）

　　《上帝知道粒子在何處》

　　無(wú)論你是相信上帝，還是不相信，這并不重要。不過(guò)上帝有時(shí)候，的確能幫助我們認(rèn)識(shí)一下世界。在這里，上帝不再是萬(wàn)能的神。他作為一種假設(shè)的存在，沒(méi)有任何一個(gè)人能替代他，并在宇宙之外觀測(cè)宇宙。換句話講，上帝在這里只是一種準(zhǔn)科學(xué)的假設(shè)，你可以完全不必在乎他，這并不影響要描述的思想。偉大的物理學(xué)家——牛頓，在發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力之后，覺(jué)得我們所生活的宇宙，是一種機(jī)械的模型，他構(gòu)想了靜態(tài)的宇宙，所有星系都靜止的鑲嵌在空間中，星體的運(yùn)轉(zhuǎn)靠推動(dòng)的作用完成，就像一塊機(jī)械表，靠齒輪的推動(dòng)完成。齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)需要能量，靠一根發(fā)條，而宇宙呢？牛頓把這個(gè)問(wèn)題交給了上帝，是上帝提供了能量，推動(dòng)了宇宙的運(yùn)轉(zhuǎn)。上帝的出現(xiàn)的確解決了問(wèn)題，不過(guò)宇宙是動(dòng)態(tài)的，牛頓的模型本身就是一個(gè)錯(cuò)誤，因而，借助于上帝解決問(wèn)題就形同虛設(shè)。

　　量子世界里存在不確定性，根據(jù)海森堡的不確定原理可知，粒子在某一時(shí)刻的位置與動(dòng)量，是不能同時(shí)準(zhǔn)確給出的。對(duì)粒子的位置進(jìn)行一次精確測(cè)量，會(huì)影響到粒子動(dòng)量的精確性，位置測(cè)量的越精確，它的動(dòng)量就會(huì)越不精確，反之亦然。提出'上帝粒子'說(shuō)的彼得·希格斯對(duì)粒子實(shí)現(xiàn)測(cè)量會(huì)影響其它特性，量子內(nèi)部存在模糊性。因此，關(guān)于量子的行為通常用幾率來(lái)表示，例如，一個(gè)粒子在某一時(shí)刻，在某一位置出現(xiàn)的幾率是多大。幾率是不確定性的表現(xiàn)，一般指一個(gè)事件發(fā)生的可能性。比如，一枚硬幣拋向空中，落在地面上是正面，還是背面，我們不是什么先知，只能用幾率來(lái)解決。我們說(shuō)這枚硬幣落在地面上，出現(xiàn)正面的幾率是百分之五十，反面的可能性也占了百分之五十。量子的特性與這十分近似，上帝好像在玩骰子。愛(ài)因斯坦曾持懷疑的態(tài)度說(shuō)：“上帝決不跟宇宙玩骰子。”正好與量子理論相悖，無(wú)疑一個(gè)量子思想者決不會(huì)接受這樣的觀點(diǎn)。量子行為不允許我們以經(jīng)典的方式描述它，對(duì)粒子的一次測(cè)量會(huì)直接影響其量子行為。我們只能選擇這樣的描述，而不是別的方式。這種描述方式對(duì)我們是正確的，也是惟一的。然而，上帝的量子世界又是如何？假設(shè)上帝作為一個(gè)觀測(cè)者存在于宇宙之外，他無(wú)需進(jìn)行測(cè)量，就能知道粒子的具體位置。屬于他的描述，不是以幾率的形式，而是經(jīng)典的。這一點(diǎn)我們無(wú)法做到，因?yàn)槲覀円M(jìn)了測(cè)量，為了了解量子特性，我們不的不這樣做。上帝的確不玩骰子，他可以不經(jīng)過(guò)測(cè)量知道粒子的位置，而我們確無(wú)法做到。我們只能堅(jiān)持屬于我們的描述方式。

　　量子理論提供了精確一致地解決關(guān)于原子、激光、X射線、超導(dǎo)性以及其他無(wú)數(shù)事情的能力，幾乎完全使古老的經(jīng)典物理理論失去了光彩。但我們?nèi)耘f在日常的地面運(yùn)動(dòng)甚至空間運(yùn)動(dòng)中運(yùn)用牛頓力學(xué)。在這個(gè)古老而熟悉的觀點(diǎn)和這個(gè)新的革命性的觀點(diǎn)之間一直存在著沖突。

　　宏觀世界的定律保持著頑固的可驗(yàn)證性，而微觀世界的定律具有隨機(jī)性。對(duì)拋射物和彗星的動(dòng)態(tài)描述具有明顯的視覺(jué)特征，而對(duì)原子的描述不具有這種特征，桌子、凳子、房屋這樣的世界似乎一直處于我們的觀察中，而電子和原子的實(shí)際的或物理性狀態(tài)沒(méi)有緩解這一矛盾。如果說(shuō)這些解釋起了些作用的話，那就是他們加大了這兩個(gè)世界之間的差距。

　　對(duì)大多數(shù)物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，這一矛盾解決與否并無(wú)大礙，他們僅僅關(guān)心他們自己的工作，過(guò)分忽視了哲學(xué)上的爭(zhēng)議和存在的沖突。畢竟，物理工作是精確地預(yù)測(cè)自然現(xiàn)象并使我們控制這些現(xiàn)象，哲學(xué)是不相關(guān)的東西。

　　廣義相對(duì)論在大尺度空間、量子理論在微觀世界中各自取得了輝煌的成功?；?a target="_blank" >粒子遵循量子論的法則，而宇宙學(xué)遵循廣義相對(duì)論的法則，很難想象它們之間會(huì)出現(xiàn)大的分歧。很多科學(xué)家希望能將這兩者結(jié)合起來(lái)，開(kāi)創(chuàng)一門將從宏觀到微觀的所有物理學(xué)法則統(tǒng)一在一起的新理論。但迄今為止所有謀求統(tǒng)一的努力都遭到失敗，原因是這兩門20世紀(jì)物理學(xué)的重大學(xué)科完全矛盾。