[科普][物理历史] 1900年—1959年经典物理学转向新时代量子物理学

本书适合于学习过高中以牛顿力学为代表的经典为物理学的people。经典力学带给人们的进步和信心是显而易见的，它们源自于对生活的观察，源自于我们眼睛所能看见的，手所能摸得到的以及耳朵可以听得到的规律的归纳总结。学习这些运动定律的成就感是很大的，我们可以解释生活中很多常见的现象了，我们惊讶于科学的伟大，沉醉于物理学的精确。一切正如20世纪初的物理学家所看到的一样，剩下的只是一些小修小补，这一切都从1687年牛顿在伦敦发表的《自然哲学的数学原理》开始，历经300多年日趋完善。 以上也是我学习过高中物理的感觉，甚至于在大学的普通物理学中力学，光学，电磁学还是基本上在1900年前建立起来的那杨。虽然接触过原子物理，接触过一点固体物理，甚至量子力学和相对论，不过自己的见识有限，并没有多少理解这些究竟有什么不同，也不理解为何如此翻天覆地的撼动了物理学的根基，天赋不佳，认知水平有限，没有很好学好相对论和量子物理。本书不是讲述公式和定理的，而是从经典物理的局限性一点点引出量子力学的重要性，为何有人把薛定谔方程说成是世界上最美妙的二阶偏微分方程，为何海森堡不确定关系如此重要，以及麦克斯韦电磁方程组的优雅，我都并未有很好的理解，尽管学习过电动力学和量子力学。本书很好的诠释了新理论的必要性，也会一定程度上吸引大家去学习这些艰深的物理理论。
1.现代物理学的两大基础？
-量子力学和相对论
2.三个主要的思考点？
-第一，物质是否可以无限分割下去，原子是怎样的，原子内部，原子核内部的结构；第二，光的速度问题；第三，观测到的天然放射现象；无论如何，经典物理无法回答；
3.黑体辐射——紫外灾难
-物体加热后会发出热量，试想一种全黑的物体，全部吸收辐射的能量。实验规律是，发射的能量正比于绝对温度的四次方，且温度越高，波长越短。抽象上述规律得到一个定律，热物体辐射强度正比于绝对温度，反比于发射光线波长的平方（瑞利金斯），但是在紫外线后不能成立，波长越短，强度应该就越大，但是实验不是这样。而且波长越来越短，辐射强度应该非常大，但是实验上观测不到。紫外灾难。后来普朗克写出了和实验符合很好的公式，但是无法从经典物理学推导出来，原因在于经典物理学认为能量是连续的。至此，人们发现能量是不连续的，E=hf。量子的概念第一次出现，指的是能量子。
4.光电效应
-为何会有截止频率，人们不能忍！爱因斯坦提出光量子的概念，光量子后被命名为光子。光是一束量子流，不是连续的。经典物理学无法解释，因为它们认为光是电磁波，不是粒子。
5.原子光谱（焰色反应）
-太阳光谱，三棱镜折射太阳光；NaoH光谱，火烧之后三棱镜分离，一条明亮的黄线。Na的光谱，陆陆续续，人们测得了很多元素的特征光谱。但是旧的物理学无法解释发光的机制。慢慢人们发现了原子的结构，原子核和核外电子。为什么只发现单一频率的光？为什么不是连续光谱？经典的电子轨道模型，原子是不稳定的？
6.波尔的理论
-上述问题被波尔以一种近似艺术家的直觉猜出来了，他假设了电子的轨道是固定的几个，无法去任意地方的轨道。轨道之间跃迁发射光子。现在看来大家觉得这没什么，但是当时能提出这种解释很了不起。同时和爱因斯坦的光量子联系到了一起。
7. 德布罗意的物质波
-lamda=h/mv 万物皆有波动性，不过宏观物体的波长实在太短，无法被检测到。只有微观直接的电子才有可能观测到其波动性，电子衍射被发现。
8.电子的衍射
-这个故事实在太有意思了，电子衍射，单个电子，几个粒子，大量粒子。结果很是有趣，反直觉，反常规，实在无法完全理解。波粒二象性。
9. 测不准原理
-现在想一下如何用仪器去看到电子，高速运动的电子，就像去看宏观物体一样。首先，仪器的分辨率达不到要求，然后，能看到是因为光子照上去然后到相机底片，然而对于一个电子来说，光子和它是要发生相互作用的，如何看得清，最后，也是问题的本质，电子是波和粒子的结合，波动性体现在，它的位置和速度没什么关系。我们用光子“确定“了他的位置，它的速度就发生了改变，无法测定其速度；假设它静止在一个位置上，速度是0，我们无法测得它的位置，因为我们用光子一去看它，它的速度就变了，也就是说它就飞出去了。位置和速度无法同时确定，能量和时间同样无法同时确定。海森堡从量子力学的普遍定律推导出了不确定关系。我们根本无法期望测定位置的同时测定速度。
10. 隧道效应
-另一个经典物理完全无法解释的，只有几率波才能解释。
11. 新的原子学说
-从薛定谔定态方程可以从容的解出类似波尔的原子模型，只不过电子无轨道，电子云的概念。同时本征值代表了容许能级，完美解释了原子光谱问题。在此之上，建立起了原子物理，分子和晶体结构的理论，固体物理，包括半导体理论的建立，为后续晶体管打下基础，化学键理论，化学的许多理论在此基础上建立起来了。
12. 原子核内部
-质子，中子，发现了介子，中微子，反粒子，各种基本粒子被发现，要去解释它们不那么容易，对于核力的认识也比较有限，但是量子力学还是成功的解释了很多现象。它成功解释了阿尔法，贝塔衰变的机理，预言了中微子和反粒子，
13. 实物和场
-场量子，自旋的概念，费米子和波色子。发现了轻子，介子，核子和超子组成的重子。分类了强相互作用，弱相互作用，电磁相互作用，根据作用的时间。发现了宇称守恒，奇异数守恒，后来左和右的不同，否认了宇称守恒。
14. 时间和空间
-是否存在时间量子和空间量子，新的问题困扰住了量子力学。正如当年经典力学的困境一样。我们无法严谨的定义那些似乎我们已经很熟悉了的物理量，包括质量，电荷，自旋，宇称，无法明确实物和场的关系，统一场论失败了，场不能统一实物，同样的，实物也无法解释场，能量和时间，质量和空间。

我们期待着更加完善的理论的出现。