数学物理齐创新

许多人都曾经设想过，如果有一天，摩擦定律突然发了脾气，不起作用了，地面上将发生什么现象？如果有一天万有引力定律突然发了脾气，不起作用了，那么地面上将发生什么现象？我们也不妨设想下，如果有一天量子力学突然发了脾气，不起作用了，那么将会发生什么现象？

如果真的量子力学突然不起作用，那么地面上的一切物体，从花草树木到人类，从棉花到最硬的金刚石，包括地球本身，都要解体变成一个个的分子，分子又要解体变成一个个原子，而原子的电子说不定一齐掉到原子核上……

那么，什么是量子力学呢？

量子力学是微观世界的规律，特别是微观世界的成员如何组成宏观世界的规律。有了量子力学，才有我们周围的一切，才有我们人类本身，才有生命。当然，量子力学是不会突然不起作用的。量子力学是微观世界的根本规律，正如牛顿定律和库仑定律等等是宏观世界的根本规律一样。量子力学是微观世界中能量不太高的微观粒子，特别是电子所服从的运动规律。不同的原子核和电子构成各种原子，其中有很复杂的规律。几种原子又能构成千百万种形形色色的分子，有很复杂的规律，原子或分子构成各种各样的固体物质，也有很复杂的规律，而这许多复杂的规律统统要受量子力学的支配。所以说量子力学是微观世界中低能量的微观粒子运动的根本规律。

量子力学是如何创立的呢？概括来讲，量子力学是数学物理齐创新的结果。

量子力学诞生于1925年末和1926年初，是由两组物理学家相互独立地通过不同途径达到同一结果的。一组以德国的海森伯格和美籍奥地利科学家泡利为代表，他们主要根据原子的离散能级，希望改造当时的经典力学，找到一种新的力学，去解释能级离散的规律。另一组由奥地利人薛定谔（图1-7）为代表，他主要根据电子的波动性，给这种波找一个波动方程来表示电子运动的规律。结果两组几乎在同时达到了各自的目的。海森伯格等人建立了矩阵力学，薛定谔建立了波动力学。但是这两种理论看起来完全不同，看不到有什么联系，他们分别用自己的理论去计算氢原子的能级，结果得到了完全一致的、符合实验的结果，这就是第一个关于微观世界的理论的诞生。

（图1-7）薛定谔

不久之后，薛定谔证明了这两种外貌很不相同的理论实际上是等价的，是同一种物理规律的两种不同的数学表现。又经过英国人狄托克从理论上的整理加工，成为一门完整的、关于低能量的微观粒子的运动规律，这就是量子力学。

科学小链接

电子的波性

1887年发现电子之后，人们一直认为电子是有一定质量、带一定负电荷的一粒一粒的东西。但在20世纪初确定了光不仅有波动性，还具有粒子性（光子）之后，法国物理学家德布罗意在1924年提出，光子既然又有波性又有粒子性，那么我们一直认为是粒子的东西，如电子，是否也会有波性呢？三年之后，果然在实验上证实了这想法是正确的。