△殊途同归——量子力学的诞生 

1926年量子力学的建立,是现代科学技术取得的重大理论成果,它是众多物理学家共同探索的结果。寻找微观粒子的运动规律,是量子力学的根本任务。这个任务的解决,是沿着两条不同路线进行的。一条是由薛定格为代表;另一条是由海森堡为代表。他们两个殊途同归,用两种不同的方法创建了量子力学。

薛定谔的波动力学

薛定谔,奥地利著名物理学家,一生兴趣很广,知识渊博。他通晓四国外语,并擅长写诗。他富有超群的数学才能,敏锐而深邃的洞察力。他的著述涉及领域较广,但主要的著作还是在物理学方面,如《波动力学论》等,薛定谔在科学上的重大贡献是在量子力学方面作出了奠基性的工作。为此,他于1933年获得了诺贝尔物理学奖。

在德布罗依研究的基础上,薛定谔作了进一步研究。薛定谔积极地发展了德布罗依的科学思想,于1926年建立波动力学,提出“薛定谔方程”,确定了波函数的变化规律。这是量子力学中描述微观粒子运动状态的基本定律。

海森堡的矩阵力学和“测不准关系”

海森堡是公认的另一位量子力学的创始人,他是德国著名的现代物理学家。在大学期间,他已表现出非凡的才能。他的导师、著名物理学家索莫菲教授曾说:“这几年来,眼看着海森堡轻易地完成了他的学业和研究,真令人产生‘智者不难’的感觉,在理论上的造诣,我们却自愧不如。”1925年年底,海森堡只根据可以观察到的事实,即原子所吸收或发射的辐射,创建了量子力学新理论。后来他和玻尔、约丹尔等人一道迅速推进了这个理论,终于共同创立了量子力学的矩阵力学体系。这个理论在数学上与薛定谔方程等价。他们大胆地否定了古典轨道概念对微观世界的适用性,从形式上对经典力学加以改造,从而引进了一个能把微观世界那些特征现象联系起来的数学工具,这就是矩阵力学。1927年,海森堡在《量子论中运动学和力学的形象化内容》的著名论文中,第一次提出了“测不准关系”。这一原理对阐明量子力学的物理内容作出了重要贡献,是理论物理学的最伟大的成就之一。他也因此于1932年荣获诺贝尔物理学奖金。

海森堡在科学上的成就源于他勇于破旧,敢于创新,大胆思维。他曾说:“在每一个崭新的认识阶段,我们永远应该以哥伦布为榜样,他勇于离开他已熟悉的世界,怀着近乎狂热的希望到大洋彼岸找到了新的大陆。”

薛定谔、海森堡的量子力学,不能处理基本粒子的产生、消失和转化等高速微观的相对性问题,为了解决这个问题,1928年狄拉克提出了“狄拉克方程”。狄拉克发展并简化了海森堡的矩阵力学。1928年,他发表了他们的第一篇著作《电子的量子理论》。1930年,他出版了他的另一篇著《量子力学原理》。狄拉克的这些著作的发表,标志着量子力学基础的确立。物理学的发展又进入了一个新时代。