關(guān)于量子的問題一個(gè)回答不能說的很全面，我在這里簡(jiǎn)單的回顧一下量子的提出。

十九世紀(jì)的最后一天，歐洲的物理學(xué)家齊聚一堂，迎接新世紀(jì)的來臨。著名的科學(xué)家開爾文爵士驚嘆于物理學(xué)的偉大成就，自豪的說：“物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，后世的物理學(xué)家只要做一些修修補(bǔ)補(bǔ)的工作就可以了。”

開爾文這么說，是因?yàn)樵谀莻€(gè)時(shí)代，經(jīng)典力學(xué)通過牛頓、拉格朗日、拉普拉斯等人的貢獻(xiàn)已經(jīng)清楚的解釋了物體之間的相互作用和天體運(yùn)行規(guī)律，麥克斯韋電磁方程組將電與磁完美的統(tǒng)一起來，熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理可以解釋分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，仿佛物理學(xué)已經(jīng)完全成熟了，沒有什么重大的理論問題需要解決。以后的物理學(xué)家只需要將物理常數(shù)的精度提高幾位就可以了。

但是，開爾文同時(shí)也說：“在物理學(xué)晴朗的天空中，還飄著兩朵令人不安的烏云。”他所說的這兩朵烏云其一是指黑體輻射問題中實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論不符合，另一朵是指尋找光的參考系-以太的麥克爾孫莫雷實(shí)驗(yàn)的失敗。

恰恰是這兩朵烏云，發(fā)展成為二十世紀(jì)物理學(xué)最偉大的兩個(gè)發(fā)現(xiàn)：量子力學(xué)和相對(duì)論的誕生。人類認(rèn)識(shí)到自己探索自然的道路還很漫長(zhǎng)。

我們首先介紹一下黑體。物理研究發(fā)現(xiàn)：一切物體都在吸收、反射和輻射電磁波。如果一個(gè)物體只吸收和輻射電磁波，不反射電磁波，這個(gè)物體就稱為黑體。比如太陽(yáng)就可以看作一個(gè)黑體，因?yàn)樘?yáng)的輻射特別強(qiáng)，輻射的電磁波強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反射的電磁波。

人們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，黑體輻射的情況與物體的溫度有關(guān)。

圖中縱坐標(biāo)是單位波長(zhǎng)單位面積輻射功率，橫坐標(biāo)是波長(zhǎng)。我們通過這個(gè)圖可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)結(jié)論：

第一：物體溫度越高，輻射強(qiáng)度越大。根據(jù)斯特番-波爾茲曼定律，黑體單位面積輻射能量與溫度的四次方成正比。人們根據(jù)這個(gè)規(guī)律及算了太陽(yáng)表面溫度。

第二，物體溫度越高，輻射強(qiáng)度最大處的波長(zhǎng)越短，滿足維恩位移定律。比如熾熱的鐵塊會(huì)發(fā)光，而且溫度不同時(shí)，顏色也不同。

但是，這兩個(gè)定律都是實(shí)驗(yàn)規(guī)律，如何從理論上解釋呢?

卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任瑞利從經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)出發(fā)，推導(dǎo)出一個(gè)黑體輻射公式，即瑞利-金斯公式。

不過，這個(gè)公式并不能符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。只有在波長(zhǎng)比較大的時(shí)候，公式才與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合，在波長(zhǎng)較小時(shí)，公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差很大。

最可怕的是：當(dāng)波長(zhǎng)趨近于零時(shí)，瑞利公式的結(jié)果發(fā)散，輻射強(qiáng)度無窮大，這顯然是很荒謬的。人們無法調(diào)和理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并把這個(gè)問題稱為“紫外災(zāi)難”（這是因?yàn)樽贤馐潜瓤梢姽獠ㄩL(zhǎng)更短的光，表示波長(zhǎng)短時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值不符）。

為了解釋這個(gè)問題，許多物理學(xué)家提出了自己的見解。最成功的是德國(guó)科學(xué)家普朗克。以下是普朗克學(xué)習(xí)物理過程中相貌變化圖。

普朗克在1900年提出：為了解釋黑體輻射現(xiàn)象，必須做出一定的假設(shè)，這些假設(shè)可能與人們熟悉的物理學(xué)規(guī)律不同。

振動(dòng)的帶電粒子能量是一份一份的，每一份的能量都與振動(dòng)頻率有關(guān)，稱為一個(gè)能量子，或簡(jiǎn)稱為量子。

按照這個(gè)假設(shè)，普朗克推導(dǎo)出了黑體輻射的普朗克公式。

這個(gè)公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合的非常好。十八年后，普朗克獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

能量子的概念提出后，許多物理學(xué)家借用這個(gè)概念得出了豐碩的成果。例如愛因斯坦，1905年愛因斯坦借用普朗克的觀點(diǎn)解釋了光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。愛因斯坦說：光的能量也是一份份的，每一份稱為一個(gè)光量子，或簡(jiǎn)稱光子，光子的能量與頻率的關(guān)系也滿足普朗克公式。從此人們認(rèn)識(shí)到光是具有波粒二象性的，愛因斯坦也因此獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

再往后，德布羅意指出所有的物質(zhì)都具有波粒二像性，波恩提出概率波的觀點(diǎn)，薛定諤提出波函數(shù)滿足的方程薛定諤方程，波爾利用量子觀點(diǎn)解釋了原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)，量子力學(xué)蓬勃發(fā)展起來。

現(xiàn)在人們認(rèn)識(shí)到：量子力學(xué)是統(tǒng)治微觀領(lǐng)域的物理規(guī)律，它與宏觀世界滿足的規(guī)律不同。