仰望量子群星 20世纪量子力学发展史_数学物理化学

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前言

20世纪的物理学发生了翻天覆地的变化，它不仅改变了物理学的整体面貌，也促进了相关学科的大发展。物理学的变化主要来自两个方面。爱因斯坦分别于1905年和1915

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卷首语

20世纪，是一个由物理学引领的世纪。物理学家所提出的一系列新思想犹如一条河流，引导着人们的思想驶向神奇的顶峰，随即又坠向绝望的谷底。这是一个以世界绝对可知与可信

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第一章　玻尔——原子量子论的开创者，量子力学的哲学与对话大师

玻尔是把量子论引入原子的第一人，是探索原子世界奥秘的先行者。由于深度的哲学思考与强烈的判断意识，以及对科学的良知与坚持不懈，使他成为量子力学哥本哈根学派的领航人

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曼彻斯特之行

曼彻斯特是玻尔（Bohr）的成名地，他来到此地却有些曲折。 1911年9月，玻尔从哥本哈根大学毕业，在卡尔斯堡基金会的资助下，以一年交流学者的身份来到剑桥，在著

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揭开原子的量子秘密

1912年7月底，玻尔回到哥本哈根。8月1日，他与玛格里特（Margrethe Nolund）完婚。本来打算去挪威度蜜月，由于怕耽误关于α粒子论文的发表，玻尔临

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关于原子谱线研究

1850年，瑞士物理学家埃格斯特朗［Anders Angstrom，埃（A）就是纪念他的简称，波长单位，1埃是十分之一纳米］以非常惊人的精确度测量了氢光谱红、绿

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原子量子论三部曲

1913年是玻尔原子量子论研究取得大丰收的一年。这一年中，玻尔做了几个大胆的假设，在这些假设的基础上，解释了原子的量子结构，谱线的物理机制，并利用对氢原子的计算

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对玻尔原子量子论的反响

原子曾是一个古老的话题，经过千百年，直到1913年才找到探索原子的正确方向，玻尔的原子量子论就是这个探索的伟大开端。随后，经过欧洲一些顶级光物理学家们的不断研究

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玻尔原子模型的修正

玻尔理论很快又面临一个新的问题，这就是谱线的分裂现象。早在1892年，由于改进了实验装置，人们发现，在氢原子的巴尔末线系中，红a线和蓝b线并非单一谱线，它们都

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元素周期性的研究

1919年，玻尔在哥本哈根化学会的一次会议上讲道：“我希望而且确信，用不了多少年，它（指玻尔的原子量子论）就会硕果累累，在很多课题的研究中，包括在一些化学课题的

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玻尔研究所

玻尔一直希望能像卢瑟福那样，拥有一支丹麦的理论物理研究团队，也希望能像卢瑟福那样给这支团队带来一种创新精神，然而事情并不像他预想的那么简单。 1913年，从曼彻

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玻尔的国际影响

玻尔进入30岁时，来自国际国内的荣誉蜂拥而至。1918年，奥斯陆克里斯提阿尼亚大学授予他哥德堡奖章；1921年，获得伦敦皇家学会的休斯（Hughes）奖；192

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玻尔的研究方法

玻尔的研究方法很独特，有人称它为“玻尔法”（Bohrian），凡是与他合作过的人，都能很快了解他的研究方法。在与他的合作中，常能体味到一种哲学意味或“悖论”的乐

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获诺贝尔奖

1917年，玻尔被选为哥本哈根大学物理学教授，次年入选丹麦科学院成员。10位评选人一致认为，玻尔的成果“在物理学和化学的发展中具有相当深远的意义”。紧接着，更大

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关于互补性原理的思考

从20世纪10年代中期开始，物理学在相对论和量子理论两大领域发生了迅猛的发展，特别是随着一批物理新秀的加入，使物理学在20年代中期有了突破性的进展，量子理论从原

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互补性原理

1927年9月16日，在意大利科莫召开伏打（Volta）逝世100周年纪念大会。在这次大会上，玻尔第一次公开宣讲了互补性原理。大会讲演的手写原稿已经流失，在档案

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与薛定谔就两种量子力学的对话

这次对话是两种量子力学理论的第一次交锋，也可以看作以玻尔和爱因斯坦为代表的两大量子力学学派世纪之争的前奏。玻尔与薛定谔的这次争论的焦点是关于电子的波动性与电子的

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第五届索尔维物理大会与巴黎大会

1910年，比利时工业家索尔维（Solvay）决定出资举办科学讨论会。在当时的实业圈里，他的这个想法显得有些奇特，但这个主意并不是他想起来的。因为创造了工业制

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玻尔与爱因斯坦的第一次对话

玻尔与爱因斯坦是这场世纪大争辩的主角，他们是近代物理学两大支柱——量子力学和相对论理论的建树人，是物理学中哲学与对话的高手，也是量子物理两大学派的领航者。在了解

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玻尔与爱因斯坦的第二次对话——爱因斯坦的光盒子

1930年10月20日，第6届索尔维大会在丹麦首都布鲁塞尔召开，大会为期6天，主题是“关于物质的磁性”。在会上，有一系列关于磁性的报告，会后照例组织讨论会。朗之

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原子核研究

早在1911年去曼彻斯特时，玻尔对原子核问题就产生了兴趣。他很想知道α衰变的过程中，原子内部究竟发生了什么事。1913年，在研究β衰变时，他就想到过这是一个核过

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玻尔与爱因斯坦的第三次对话——EPR理论

索尔维大会以后，爱因斯坦移居美国。1933年10月到达普林斯顿，他受到了热烈的欢迎。向他介绍办公室的人问他需要什么。“一张书桌或普通桌子，一把椅子，再有纸和笔，

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救援行动与逃亡

20世纪30年代初期以前，除了物理、哲学和艺术以外，在玻尔研究所几乎很难找到其他的话题。聚集在玻尔研究所的除了来自本国和欧洲地区的学者以外，还有来自苏联、日本、

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加速器与核裂变研究

玻尔研究所曾一度位居核裂变研究的前沿。这一时期，弗里施和梅特纳的论文及弗里施关于核裂变碎片的离子化能量实验研究都产生了重要的影响。伴随核裂变出现的中子发射几率问

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海森堡造访研究所

海森堡与玻尔研究所有着不解之缘。虽然由于“二战”的爆发，以及海森堡和玻尔两个人的特殊身份，师徒间的关系疏离了，但在战争中的关键时刻，过去的情谊再度把他们牵合到一

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回到研究所

1945年8月初战争结束，8月底，玻尔夫妇回到了丹麦。第二天，玻尔像往常那样，骑着自行车上班了。在过去这些年中，玻尔为研究所在三个方面做出了非同寻常的贡献：一

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丹麦之子

玻尔度过的是忙碌的一生，最后半年更像是个陀螺。1962年4月到7月，他受洛克菲勒研究所（即后来的洛克菲勒大学）之邀再度访美，接受此生第30个博士头衔。在美国的3

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第二章　玻恩——确定性世界的终结者

玻恩，哥丁根理论物理研究所的创建者、哥丁根学派的掌门人、20世纪理论物理学科的领衔者、量子力学理论的构建者之一，9位诺贝尔奖得主的老师。他开启了近代科学的大门，

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青少年时期

1882年12月11日，玻恩（Born）生于德国普鲁士的布雷斯劳（Breslau，现波兰西南部的城市）的一个犹太家庭。父亲古斯塔夫（Gustav）是布雷斯劳大学

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进入布雷斯劳大学

父亲去世的第二年，玻恩通过了中学的结业考试，拿到了可以进入大学的毕业证书，他的继母大大地松了一口气。尽管还没有从伤痛中恢复过来，她还是决定为玻恩举行一次庆祝聚会

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