那是一段群星璀璨、人辈出的历史。普朗克、爱因斯坦、玻尔、德布罗意、玻恩、薛定谔、泡利、海森堡、狄拉克、贝尔……一个个闪光的名字！有开天辟地的老前辈、有思想深邃的大师、有初出茅庐的年轻学子、有奇思妙想的幻想者，也有埋头苦干的“书呆子”……
量子物理的发展历史可谓惊心动魄，曲折而艰辛，本书用讲故事的方式展示那段群星闪耀的历史，一路领略激动人心的科学发现、耀眼的科学巨匠、停滞不前的幽暗时刻、不容忽略的失败者等，体会其中的兴奋、欣喜和失落，读者应该能看到人类精英智慧的体现、科学家是如何思考的、我们该如何认知这个世界。

张天蓉，女，科普作家，美国得克萨斯州奥斯汀大学理论物理博士，现住美国芝加哥。研究课题包括广义相对论、黑洞辐射、费曼路径积分、亳微微秒激光、集成电路EDA软件等。发表专业论文三十余篇。2012年开始，出版一系列科普著作，其文风深入浅出，趣味盎然，亦保持科学的严谨性，深得读者喜爱。是第六版《十万个为什么》物理卷参编者之一。已出版科普读物：《蝴蝶效应之谜：走近分形与混沌》《世纪幽灵：走近量子纠缠》《电子，电子！谁来拯救摩尔定律？》《上帝如何设计世界：爱因斯坦的困惑》《数学物理趣谈：从无穷小开始》。

第一篇 萌芽期（旧量子论）
1 黑体辐射叛逆经典 普朗克释放量子妖精
2 爱因斯坦破解光电效应 波粒二象概念创新
3 互补性原理玻尔模型 年轻人齐聚哥本哈根
4 贵族公子转行攻科学 德布罗意提出物质波
5 桃李满天下为大师之师 无缘于诺贝尔奖成无冕之王
第二篇 创建期（量子力学）
6 建矩阵力学奠基新量子论 不确定原理颠覆经典概念
7 唇枪加舌剑众人称“上帝鞭子” 不相容原理泡利探物质奥秘
8 风流倜傥薛定谔建立方程 思想实验虚拟猫纠缠世人
9 协建矩阵力学奠基量子论 提出概率诠释解释波函数
10 把玩数学狄拉克惜字如金 假设能海正电子预言成真
第三篇 伟人纠缠（玻爱辩论）
11 玻尔兹曼创统计力学 得意门生步大师后尘
12 概率解释量子力学 玻尔对决爱因斯坦
13 玻色因错误发现量子统计 费米被誉为理论实验通才
14 出光子盒难题难倒玻尔 用相对论反击爱因斯坦
15 布洛赫应用量子力学 伽莫夫提出穿隧效应
16 “爱神”使出EPR撒手锏 玻尔反驳经典哲学观
第四篇 实验、哲学、数学
17 玻姆思考隐变量 贝尔导出不等式
18 费曼是物理顽童 惠勒为一代宗师
19 鬼魅作用量子纠缠 实验验证贝尔定理
20 量子启迪了思考 物理联想到哲学
21 玩游戏的数学大师 证电子有自由意志
参考文献
附录 量子大事记
后记

超越经典
如今，人们经常提到量
子，量子到底是什么呢？有
人说：“量子不就是电子、
光子什么的，很小很小的粒
子吗？”这句话不全对：量
子不是任何粒子，但的确和
“很小”有关！
一般地说，量子不是实
物，而只是一种理论，一种
说法，一种概念。固然，历
史上也用过“光量子”一词，
但实际上它就是光子。所以
，一般不将“量子”看作粒子
，而用它代表对量子力学、
量子理论、量子现象等这些
描述微观世界之物理概念的
一种泛称。
量子一词来源于拉丁语
，原意是不可分割，指的是
物理量的不连续性，表征微
观粒子运动状态的物理量只
能采取某些分离的数值，也
叫作被“量子化”。
可以用日常生活中的例
子，如斜坡和楼梯，来比喻
量子化。斜坡代表连续的高
度变化，而楼梯则是“量子
化”了的高度变化。
20世纪初期的物理学，
接连经历了两次革命——相
对论和量子力学。它们在人
类科学发展史上，写下了浓
墨重彩的一笔。相对论描述
高速运动，量子力学描述微
观规律，这两场革命突破了
牛顿力学及麦克斯韦电磁场
理论的经典观念，在许多方
面改变了人类对大自然，对
物质、时空、因果性等的基
本认识，带动了20世纪整个
自然科学和技术的发展，为
人类文明开辟了新纪元。
然而，这两次物理学革
命有一个显著不同的特点：
相对论的建立几乎是爱因斯
坦一个人的功劳，或者加上
其他几个人的少量贡献。而
量子力学却是群体的产物，
它是当年最出色和最富激情
的一代物理学家们集体努力
的成果，是由众多耀眼的群
星共同创建起来的丰碑。量
子力学的建立及发展过程不
愧为一个奇迹，其历时之久
、人物之众、概念之深、争
论之剧，都是科学史上前所
未有的。
回顾当年量子力学创建
的历史，那是一段群星璀璨
、人才辈出的年代。普朗克
、爱因斯坦、玻尔、德布罗
意、玻恩、薛定谔、泡利、
海森堡、狄拉克、贝尔……
一个个闪光的名字！其中有
开天辟地的老前辈，有思想
深邃的大师，有初出茅庐的
年轻学子，有奇思妙想的幻
想者，也有埋头苦干的书呆
子……
那一代物理人的共同特
点中，最令人瞩目的是他们
的年龄。看看当年那一批争
奇斗艳、光彩夺目的科学明
星们吧，当他们对量子力学
做出重要贡献时，大多数是
20～30岁的年龄。
爱因斯坦1905年提出光
量子假说，26岁。
玻尔1913年提出原子结
构理论，28岁。
德布罗意1923年提出德
布罗意波，31岁。
海森堡1925年创立矩阵
力学，24岁；1927年提出
不确定性原理，26岁。
还有更多的年轻人：泡
利25岁，狄拉克23岁，乌
仑贝克25岁，古德施密特
23岁，约尔当23岁……和他
们比起来，36岁的薛定谔，
43岁的玻恩，42岁的普朗
克，该算是叔叔们了。
因此，量子力学是一首
少年英雄们谱成且奏响了
100多年的宏伟交响曲！
当我们回望量子论的历
史，就像远航的水手回望当
年给他（或他的祖先）指点
航道的一座座灯塔。灯塔上
的灯光忽明忽暗。年轻的水
手们一个个航行远去，后方
的灯塔越来越多，远处灯塔
的灯光显得越来越暗淡，最
后水手自己也变成了一盏灯
，隐藏在历史的灯海中……
漫漫百余年，量子物理
学跨越了一个又一个里程碑
，成果斐然，而又百般不易
，每前进一步似乎都举步维
艰。
量子力学的建立和发展
分为几个阶段。开始20多年
是萌芽阶段，从经典物理碰
到了与实验不符合的困难，
晴朗天空上出现小乌云开始
。1900年，普朗克在经典
框架下引进“量子化”的想法
来解决黑体辐射问题，之后
，爱因斯坦、玻尔、索末菲
等人继承其方法，解决了许
多诸如此类的问题。这段时
间之学说被称为“旧量子论”
，标志着尚未建立系统的理
论，只是对经典物理的某种
“修补”方法。这是本书第一
篇所描述的人物和时间段。
德布罗意提出的物质波
思想，大大启发了物理学家
们的灵感。海森堡一马当先
，和玻恩、约尔当一起创建
了矩阵力学；不久后，薛定
谔波动方程问世，并且被证
明与海森堡等创建的矩阵力
学是完全等效的；又过了几
年，英国物理学家狄拉克导
出了将相对论和电子自旋包
括在内的狄拉克方程。因此
，在不到10年的时间内，量
子理论如井喷似地创建和发
展起来。有别于普朗克时代
的旧量子论，人们将这一时
期的理论称为“新量子论”，
也就是如今我们所说的量子
力学。量子力学的创建是本
书第二篇的主要内容。
如何解释波粒二象性？
如何诠释波函数？玻恩提出
的概率解释，以及玻尔的互
补原理、海森堡的不确定性
原理等，共同构成了当年物
理学界主流的“哥本哈根诠
释”的理论基础。但这种观
点却遭到了爱因斯坦的强烈
反对。本书第三篇便围绕玻
尔和爱因斯坦的几次论战，
介绍两位创始人对量子力学
的不同观点。玻爱之争中谁
也说服不了谁，直到爱因斯
坦去世，甚至可以说延续到
现在，物理大师们对量子力
学的理解仍然未能统一。
狄拉克为了解决从他的
方程得到的负

本书对开创时期的人物着墨更多一些，因为那是一个蓬勃发展、英雄辈出的时代。
写不完道不尽科学家们在崎岖科学路上披荆斩棘、辛勤攀登得到的成果和心路历程。
读者从本书中不仅可以了解到量子力学诞生和发展的来龙去脉，也能学到量子力学的基本概念和知识。

迄今为止已有100多年历
史的量子力学，不愧是科学
史上的一座丰碑。即使对量
子力学的诠释还有若干问题
尚存，也掩盖不了几代物理
学家前仆后继的贡献和成果
。本书对开创时期的人物着
墨更多一些，因为那是一个
蓬勃发展、英雄辈出的时代
。但即便如此，也只能蜻蜓
点水式地画上几笔粗线条，
写不完道不尽科学家们在崎
岖科学路上披荆斩棘、辛勤
攀登得到的成果和心路历程
。
20世纪20年代开始，量
子力学创立后不久，量子场
论的框架便逐步形成。之后
又在场论的基础上发展了粒
子物理、标准模型、超弦理
论等。此外，固体物理及凝
聚态物理的研究和发展，以
及近年来量子计算机和量子
信息的研究，既是量子力学
的应用，也反过来促进和推
动量子理论的完善和进步。
这其中有大批的人物和大事
可记可写，也应属于量子物
理史话的范畴，但我们并没
有将这些内容包括到本书中
，特此说明。

1 黑体辐射叛逆经典普朗克释放量子妖精
1.1 量子学之父，已垂垂老矣
1946年夏天的英国剑桥，弯弯曲曲的剑河两岸，既有壮观的哥特式建筑，又有柳绿草青的田园风光。一位老者，步履蹒跚地徘徊于一条田间小路，若有所思，若有所忆，不经意间撞到一个正在玩耍的小男孩。
男孩金发碧眼，看似八九岁的样子，观此身着西装之老者：饱满的前额，几根稀疏的头发纹丝不乱地贴在光秃秃的大脑门上。眼镜下透出的目光，虽沉稳却显无力，使男孩感觉他不似当地人，于是张口便问：“老爷爷何方人士？”
老者见孩子聪明可爱，布满皱纹的脸上浮起一丝难得的笑容，仿孩子的语气答曰：“在下德国人普朗克也！”不料男孩眼睛一亮：“莫非是那位打开潘多拉魔盒，放出了量子小妖精的马克斯·普朗克？”
老者道：“正是敝人……”
孩子喜出望外：“啊，原来你就是前辈们常提起的量子之父！久仰久仰！”
男孩立即兴奋地拉住老者不放，要听他讲量子妖精的故事……
刚才的对话是笔者杜撰的，但场景和年代却是真实的。那年刚刚停止战乱，大局方定。已经88岁的普朗克，支撑着虚弱不堪的病体，从柏林来到英国，参加英国皇家学会举办的、因战乱而推迟了4年的牛顿诞生300周年纪念会。在所有与会科学家中，普朗克是唯一被邀请的德国人，这固然是基于他在科学界的崇高地位。
让我们来回答男孩的疑问：普朗克何许人也？为何人们称他为“量子之父”？他打开了什么样的潘多拉魔盒？又放出了何种妖精？
田间漫步的普朗克，当年的确是到了行思坐忆的年龄，往事一桩桩浮上脑际……
这次来参加他毕生崇拜的物理学祖师爷牛顿之300年诞辰纪念会，他能不回忆自己“理解和质疑同在，保守与创新共存”的学术生涯吗？皇家学会邀请的专家遍布世界各地，中国人中也有周培源、钱三强、何泽慧等物理天文量子高手被邀。当年的德国人中不乏有名的物理学家，纪念会却独请他一人。悲情伟人，以国以民为先！作为一个热爱德意志的战败国国民，他是否会反思他那盲目的爱国情怀？他又怎能不缅怀自己坎坷磨难的一生呢？还有他破碎的家庭以及在两次世界大战中失去的亲人。
况且，他来参加会议的目的之一，仍然是企图于战后重建德国科学界的地位……
马克斯·普朗克（Max P1anck，1858-1947）出身于一个学术家庭，曾祖父和祖父都是神学教授，父亲是法律教授。普朗克是他们这个大家庭中的第6个孩子，在德国北部之城基尔出生（图1-1、图1-2）。
普朗克从小就是科学的信徒！牛顿的信徒！经典物理的信徒！虽然他从小有音乐天赋，唱歌弹琴都很在行，还曾经准备攻读音乐，但最后仍然舍弃不了更为钟爱的物理。
他的大学数学老师亦尝劝之：弃物理，学别的！因为物理那儿已经有了牛顿和麦克斯韦之理论，经典物理学的大厦完美无缺，凡事皆有路可循、有道可通，似乎已经无题可究、无经可修了，剩下的只是打扫垃圾、填补漏洞而已！
普朗克则淡然答之：“吾并非期待发现任何新大陆，仅望深入理解已存的物理学基础，知足也。”
爱因斯坦于1918年4月在柏林物理学会举办的普朗克60岁生日庆祝会上发表演讲曰：“科学殿堂各式各样人物多矣，或求智力快感者，或欲追名逐利者。普朗克却非此二类人士，纯粹为虔诚物理之信徒，此吾所以深爱之也。”
1877年，普朗克转学到柏林洪堡大学，在著名物理学家亥姆霍兹和基尔霍夫、数学家卡尔·魏尔施特拉斯门下学习。普朗克在学术上受益匪浅，但对他们的教学态度却不以为然。例如，普朗克如此评论亥姆霍兹：“他让学生觉得上课很无聊，因为不好好准备，讲课时断时续，计算时经常出现错误。”这些经验，促使普朗克自己后来成为一名严肃认真、从不出错的好老师。
1879年，年仅21岁的普朗克获得了慕尼黑大学的博士学位，论文题目是“论热力学第二定律”。之后，在度过了相对平静的十几年教职生涯后，从1894年开始，普朗克被黑体辐射的问题困惑住了。
P3-6