【环球时报综合报道】编者按：近日，2025年诺贝尔物理学奖被授予在美国进行科学研究的量子物理学家约翰·克拉克、米歇尔·H·德沃雷特和约翰·M·马丁内斯，以表彰他们在宏观量子力学领域的发现。今年是量子力学诞生一百周年。 1900年，德国物理学家马克斯·普朗克提出了量子理论，为量子力学奠定了基础，成为争论的焦点。量子力学于1925年首次提出。然而，量子力学的“反常意义”颠覆了人类对世界的传统认知，受到了爱因斯坦等科学家的质疑。 1947年，科学家通过应用量子力学制造出二极管和晶体管，人类从“电气时代”进入“无信息时代”。诞生百年以来，“叛逆”的量子力学理论anics在争议中逐渐改变了世界。一片“乌云”带来了变化：普朗克在1900年提出了“量子理论”。19世纪末，许多物理学家认为当时的经典物理学“非常完美”。英国物理学家威廉·汤姆森1900年在英国皇家学会发表演讲称“物理学的发展已经完成，留给未来物理学家的只是一些打磨工作”。不过，汤姆森在演讲中提到，物理学理论中仍然存在两片“乌云”——两个当时经典物理学理论无法解释的“小问题”。 “暗云”是涉及ilaw速度的以太漂移实验，以及涉及黑体辐射实验的其他人。汤姆森没想到，两片“乌云”的背后是一场规模空前的物理学革命，“量子力学”也因黑辐射实验的“乌云”而诞生。古典物理学和黑体实验是“不合适的”。黑体辐射实验很神秘，但却离不开当时的工业发展。人们在工程实践中早已知道，物体受热时发出的光的颜色是其温度的“自然指标”——随着温度的升高，物体发出的光也会发生变化，由红色逐渐变为橙色、黄色、白色。 “白热”这个词可以解释颜色和温度的关系。然而，在19世纪新兴的炼铁工业中，传统的用肉眼观察炉温的方法相当不准确——出炉的钢材质量不够好，废品率很高。只有建立“颜色”和“温度”之间精确的数学关系，才能实现不精确的温度测量。对于物理学家来说，这是为了找到一种关系在黑体辐射的强度和频率之间航行（光的颜色取决于其频率）。当时的物理学家在长期的工作实践和实验中，画出了不同温度下黑体辐射强度随辐射频率变化的分布曲线。但当物理学家试图用当时存在的经典物理学公式来解释这条曲线时，他们失败了。这其中肯定有问题，但当时的物理学家只认为理论计算的公式推导错误，并没有意识到整个经典物理学的“基础”需要改变。把这个“大问题”带入物理理论的当时的德国物理学家马克斯·普朗克也被黑体辐射问题所困扰。 1902000年的一天，他突然“脑洞大开”：如何抛开物理理论，用数学技术来解决？普朗克的“大脑“rming”让他推导出了普朗克著名的公式，该公式完全适用于黑体辐射问题。然而，从数学角度推导出来的普朗克公式给物理理论带来了“大问题”。这个公式意味着电磁波辐射的能量由不可分割的“最小能量单位”——量子组成，而经典物理学认为能量是连续的。1900年，普朗克提出 他以大胆的假设和新的公式提出了“数量论”，但并未得到物理学界的普遍认可。大家都认为普朗克的研究太过“离经叛道”。就连普朗克本人也认为，“能量量子化”假说是为了解决特定问题而发明的特殊数学工具。此后，普朗克花了很多时间试图借助经典物理学来“改变量子假说”，试图将其融入到科学中。 经典物理的理论框架，但一切都以失败告终饵。 “我本来想决定的，但最终还是确定了。”这时，物理学领域还有一个无法用经典物理学解释的广泛关注的问题——光电效应，是指某些物体在受到特定光照射时，表面会释放出电子。经典物理学对此的解释是，当光照射到物体表面时，电子获得额外的能量，使它们能够从物体表面“逃逸”。然而物理学家发现，并不是所有的光照都能引发光电效应。例如，无论红光有多强，锌等物质都无法诱导其释放电子，但当用微弱的紫外线代替时，效果却“立竿见影”。这些奇怪的现象无法用经典物理学来解释。 1905年，爱因斯坦不知不觉地在研究光电效应时受到了普朗克“能量”理论的启发。铬他提出了“光量子”（后来称为光子）的理论假说，并进一步得到了著名的“光电效应方程”。爱因斯坦曾用“啤酒瓶”来比喻光量子——就像啤酒只能用整瓶才能买到一样，能量也只能用整瓶来获得。光照射能否射出电子，并不取决于光的“亮度”（强度，如啤酒的总量），而是取决于光的“颜色”（频率，即单个啤酒瓶的大小）。爱因斯坦的“光量子”理论是普朗克“量子理论”的发展。无疑，它在当时的物理学界遭到了更强烈的怀疑和反对，几乎所有主流物理学家都持否定态度。美国物理学家罗伯特·密立根认为，爱因斯坦的方程效应方程“过于大胆和鲁莽”，其结论违反了经典物理学的常识。他决定公开通过设计复杂的实验提出“光量子”假说。从 1912 年到 1915 年，密立根花了很多年时间对各种金属和各种光频率进行了无数次精确测量。但令他失望的是，实验结果与爱因斯坦的理论完全吻合。他后来在论文中“自相矛盾地承认”：“爱因斯坦的光电效应方程目前看来准确地预测了观测到的结果……然而，这个理论所依赖的物理理论似乎被忽视了。密立根的精确实验成为证明爱因斯坦光量子理论的有力证据，也在科学史上留下了一个经典故事“本意是错误的，但最终它被证实了。”1921年， 爱因斯坦因其对光电效应的突破性解释而获得诺贝尔物理学奖。普朗克和爱因斯坦的新理论逐渐被物理学家的“传统物理概念”所破坏。当人们的思想被打开了，人们开始了一个新的“物理时代”。爱因斯坦质疑：“我坚信上帝不掷骰子。” 1925 年被认为是现代量子力学的开端。今年，物理学沃纳。 · 海森堡、马克斯·玻恩、帕斯夸尔·乔丹等人共同提出并改进了矩阵力学；奥地利物理学家薛定谔完成了波力学。矩阵力学和波动力学的诞生标志着量子力学的初步发展。在普罗大众眼中，热衷讨论量子力学的人们“放飞自我”，进入各种违反直觉的“疯狂状态”。爱因斯坦提出光在一定条件下表现出粒子的性质，在一定条件下又变成波，即光的“双粒子二象性”，这一直让很多人难以理解。几年之内，法国物理学家德布罗意进一步提出，自光以来，一种物质传统传统上认为是波的物质，被发现具有粒子性，那么电子、质子甚至传统上认为粒子的原子等物质也必然具有波性——“波粒二象性”是自然界所有物质的普遍特征。海森堡提出的“测不准原理”将表明，在量子世界中，不可能同时精确地知道一个粒子的位置和动量，只能预测各种可能结果的概率。还有更隐晦的“数量隧道效应”——当一个普通的小球撞到墙上时，它会反弹回来；当一个普通的小球撞到墙上时，它会反弹；但微观粒子却可以穿过看似不可能的能量屏障，为量子力学增添了更多“奇怪的色彩”。有些力学理论过于“疯狂”，甚至连爱因斯坦也提出质疑。他坚信“宇宙有严格的因果律和决定论”，因此他与哥本哈根展开了长达数十年的学术争论。玻尔和海森堡领导的哈根学派。爱因斯坦特别反对海森堡的“不确定性”。作为对哥本哈根学派主要思想——“可能性”和“不确定性”的反驳，他留下了一句名言：“我坚信上帝不玩骰子”。 ”作为爱因斯坦的支持者，薛定谔提出了一个著名的思想实验“薛定谔的猫”。该实验想象了一只猫在一个装有少量镭和氰化物的密封容器中。镭存在衰变的可能性。在量子机制理论中，由于无线电处于衰变的叠加状态，尚未直线化，所以猫处于两种状态的叠加：死亡和死亡。 然而，正如爱因斯坦或薛定谔所预料的那样，随后的一系列物理实验基本证实了哥本哈根学派的提议：在基本层面上，宇宙似乎具有某种自然的随机性。改变世界的发明：晶体管就是ipwa它诞生于1947年的量子力学。尽管公众普遍对我们的日常生活感到惊讶，从半导体技术到量子计算，从精密测量到一般通信，但很多年前所有尖端技术都是基于量子力学的。量子力学解释了为什么有些材料是导体，有些材料是绝缘体，而半导体则处于中间。通过“掺杂”人为地引入杂质能级，我们可以精确控制半导体的电导率，创造出二极管和晶体管这些现代电子文明的“细胞”。没有量子力学，就不会有计算机或智能手机。 20世纪40年代，美国贝尔实验室的主要任务之一是改善技术交流。广泛使用的真空管虽然可以放大信号，但存在功耗高、发热严重、体积大、寿命短等缺点。人们期望找到电子元件更适合用作放大器。受量子力学的启发，物理学家约翰·巴丁、威廉·肖克利和沃尔特·布拉顿于1947年在贝尔实验室发明了点接触晶体管。人类由此从“电气时代”进入了“信息时代”。可以说，晶体管是第一个直接从量子力学理论诞生的发明，改变了世界。 。量子力学还带来了更多的“革命”。现在大家最熟悉的就是量子通信，主要是利用量子态的性质来估计信息安全。薛定谔认为不可接受的“叠加态”现在已经催生了量子计算机。人们利用“叠加态”原理，使量子计算机能够并行处理海量数据。目前，定量计算机被认为在解决特定问题上具有经典计算机无法比拟的潜在优势。药物分子模拟和物流优化等问题。 （魏云峰）【环球时报综合报道】编者按：近日，2025年诺贝尔物理学奖授予了美国近100名从事科学研究的物理学家。
