量子理論的奠基者

量子理論是二十世紀創立的最重要物理理論之一,另一項是相對論(包括狹義和廣義)。跟相對論幾乎是愛因斯坦單槍匹馬所創立不同,量子理論的創立者,或者按所提問題的說法——奠基者,卻是一大群。這些人當中,有些是直接的貢獻者,有些是間接的。本文結合量子論的創立歷史過程,認為主要的奠基者大約有14個人。根據其歷史發展過程,量子理論的建立過程大概可以分為三個階段,即:初步引入量子概念階段;用量子化來解釋一些實驗事實、建立初步理論及提出基本原理階段;最後是全面建立並完成量子力學理論的階段。

量子理論的奠基者

1927年在布魯塞爾召開的第五屆索爾維會議合影。其中沒有包括索末菲、約爾丹、烏倫貝克和古茲密特。

第一階段涉及兩位人物,一是普朗克,二是愛因斯坦。先是普朗克在1900年,發現如若不將能量在物質內部的傳遞看做連續譜,或者說,能量的交換是一份一份傳遞的話,則長久以來存在於黑體輻射公式中的所謂“紫外災難”就可迎刃而解。普朗克把這樣的一份能量稱為一個“能量子”,並給出了能量子的表達式及所謂“普朗克常數”。但這個概念並沒有獲得多數人的贊同,這時候,愛因斯坦登場了。他在1905年解釋光電效應時,提出光的能量傳遞也是量子化的,其份額就是“光量子”,或簡稱“光子”。 這種解釋,一方面說明了電子為什麼會從金屬表面逸出,另一方面也復活了牛頓曾經主張的光“微粒”說。

量子理論的奠基者

索末菲

第二階段的主要人物包括玻爾、索末菲、德布羅意、康普頓、泡利、烏倫貝克和古茲密特。玻爾在1913到1922年間提出自己的原子模型,解釋氫原子特徵光譜的特異性,亦即原子核外電子軌道的選擇性,同時提出了量子躍遷概念,並最後解釋各種原子電子軌道的分佈。索末菲在1919年修正了玻爾的理論,提出所謂“精細結構常數”。德布羅意則在1922年提出量子性和波動的關聯性概念,即物質波。康普頓是在1923到1924年通過X光散射實驗進一步證明了光的粒子性。泡利1924年提出“不相容原理”,烏倫貝克和古茲密特1925年建議了電子自旋假設。這階段一方面是量子化概念開始深入人心,另方面是建立了一些新的概念和基本原理,比如波粒二象性、量子態的不相容原理和電子自旋。量子理論的最後形式——量子力學已經是呼之欲出。

量子理論的奠基者

烏倫貝克、克拉默斯、古茲密特

第三階段,亦即量子力學創立階段的主要人物是海森堡、約爾丹、玻恩、薛定諤和狄拉克。1925年,海森堡在約爾丹和玻恩的協助下創立了“矩陣力學”,此後不久,又改稱“量子力學”。1926年,薛定諤創立“波動力學”並提出“波動方程”以及“波函數”,之後不久他又證明波動力學與矩陣力學在數學上的等價性。之後,1927年,海森堡提出“測不準原理”,統一的量子力學就此基本大功告成。這個理論還有個bug,即未與相對論聯繫起來,這個最後的本壘打,由狄拉克在1928年完成。其後,就是關於量子理論的統計性解釋和完備性問題了,但這些應該都屬於對量子理論大廈的最後裝修而已。

量子理論的奠基者

約爾丹

綜上所述,量子論的基本奠基者包括:德國人普朗克、愛因斯坦、海森堡、玻恩、約爾丹和索末菲;丹麥人玻爾;奧地利人薛定諤和泡利;荷蘭人烏倫貝克和古茲密特;法國人德布羅意;英國人狄拉克;美國人康普頓等14人(有些資料認為奠基者還包括勞厄、希爾伯特、費米、諾依曼、維恩、費曼和玻色等人。見仁見智吧)。其中愛因斯坦、泡利、烏倫貝克和古茲密特等後來都移居美國。

上述奠基人名單若再簡化一些,即以最直接的貢獻為取捨,則可得到一個包括普朗克、愛因斯坦、玻爾、泡利、海森堡、薛定諤和狄拉克等七人的最簡名單。

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