量子力学英雄谱
玻爾茲曼 Ludwig Boltzmann,1844-1906,奧地利人
早在1877年,玻爾茲曼就假設(shè)原子的能量可取某個單位值的整數(shù)倍,則在粒子數(shù)和總能量一定的條件下,最可幾分布是每個能量Ei對應的粒子數(shù)
的分布狀態(tài),這就是所謂的玻爾茲曼分布。存在分立能級的思想對建立量子力學具有啟發(fā)性的意義。玻爾茲曼被譽為“篤信原子存在的人”。
巴爾莫 Johann Balmer,1825–1898,瑞士人
1885年,巴爾莫猜出氫原子在可見光部分的四條譜線的波長滿足相應的公式(巴爾末公式), 這是量子力學發(fā)展的第一步。
普朗克 Max Planck,1858-1947,德國人
1900年,普朗克用自己靈光一閃構(gòu)造的內(nèi)能-熵的關(guān)系,推導出了能描述黑體輻射的能量密度對輻射波長(頻率)依賴關(guān)系的公式。進一步地,他又想根據(jù)玻爾茲曼的那套經(jīng)典統(tǒng)計的把戲,即計算N個球放到P個盒子里共有多少種不同的放法,同樣推導出這個公式。這樣,他就必須假設(shè)某個頻率的輻射對應的內(nèi)能Uv,,必須是他此前引入的具有能量量綱的量,是hv的整數(shù)倍。這就是說,是頻率為v的輻射的基本能量單位。此一假設(shè)被看作是量子力學的開端, 而普朗克常數(shù)h也成了量子力學的標志。普朗克被譽為“把一生獻給熱力學的人”。
愛因斯坦Albert Einstein,1879-1955,德國人?
1905年,愛因斯坦利用hv是頻率為v的輻射的基本能量單位的假說,成功解釋了光電效應。愛因斯坦對量子力學的貢獻還包括引入玻色-愛因斯坦統(tǒng)計,引入諧振子零點能的概念,對量子力學完備性的討論,以及建立固體量子論等。
盧瑟福 Ernest Rutherford,1871-1937,新西蘭裔英國人
1911年,盧瑟福用a粒子轟擊金箔,基于這個散射實驗的結(jié)果提出了原子的有核模型。1917年他通過分裂原子的實驗發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。
玻爾 Niels Bohr,1885-1962,丹麥人
玻爾基于巴爾莫和里茲的光譜公式指出原子發(fā)光是電子在不同能級上躍遷造成的。1913年玻爾提出了氫原子的模型,首次給出了電子軌道的量子化條件。玻爾在哥本哈根建立的研究所后來成了量子力學開創(chuàng)者們的聚集地。
索末菲 Arnold Sommerfeld,1868-1951,德國人
索末菲是舊量子論的奠基人之一,提出了描述氫原子中電子行為的第一和第三量子數(shù)。他為理論物理的時代培養(yǎng)了大批的學生,是學生獲諾貝爾獎最多的導師。
維格納Eugene Wigner, 1902–1995,匈牙利裔美國人
維格納在其博士論文中首次提到分子激發(fā)態(tài)有能量展寬,它同平均壽命的關(guān)系通過關(guān)系式
相聯(lián)系。相關(guān)工作始于1922年,發(fā)表于1925年. 維格納發(fā)現(xiàn)簡并態(tài)的存在同量子系統(tǒng)對稱性的不可約表示有關(guān),他是將群論應用于量子力學的重要推動者。
康普頓 Arthur Holly Compton,1892-1962,美國人
1923年,康普頓用光具有粒子性的假設(shè)解釋了X-射線被電子散射后波長隨散射角度的變化。康普頓效應是光具有粒子性的有力證據(jù)。
玻色 Satyendra Nath Bose,1894 –1974,印度人
1924年,玻色在假設(shè)光量子的能級有子能級(sublevel)的前提下得出了黑體輻射公式。玻色的論文是愛因斯坦給翻譯成德語發(fā)表的。愛因斯坦接著玻色的工作發(fā)展起了玻色-愛因斯坦統(tǒng)計。自旋為整數(shù)的粒子都滿足玻色-愛因斯坦統(tǒng)計,被稱為玻色子。
泡利 Wolfgang Pauli,1900-1958,奧地利人
1924年,泡利推斷電子還存在一個二值的自由度,并提出了“不相容原理”。泡利矩陣是描寫自旋角動量的數(shù)學工具,它是狄拉克相對量子力學中的狄拉克矩陣的前驅(qū)。粒子自旋同不同量子統(tǒng)計之間的對應也是泡利證明的。1930年,泡利預言了中微子的存在。
費米Enrico Fermi,1901–1954,意大利人?
1925年,費米提出了滿足泡利不相容原理的粒子的統(tǒng)計規(guī)律,即費米-狄拉克統(tǒng)計。自旋為半整數(shù)的粒子被稱為費米子,滿足費米-狄拉克統(tǒng)計。?
德布羅意Luis de Broglie,1892-1987,法國人
受光可能是粒子概念的啟發(fā),德布羅意1924年提出了物質(zhì)粒子,如電子,也是波的想法。這就是物質(zhì)波的概念。德布羅意后來致力于量子力學的因果論詮釋。
海森堡Werner Heisenberg, 1901-1976,德國人
1925年,海森堡為了解釋原子譜線的強度去構(gòu)造新的量子力學,即矩陣力學。1927年,海森堡提出了不確定性原理。
約當Ernst Pascual Jordan,1902 – 1980,德國人
約當參與了矩陣力學的建立,從
得出表達式
這是經(jīng)典力學方程算符化的基礎(chǔ)。約當還導出了費米子的反對易關(guān)系式
約當對量子力學的貢獻未得到應有的肯定。
玻恩Max Born, 1882-1970, 德國人
1921年,玻恩建立了晶體的晶格理論;1925年他和約當協(xié)助建立了矩陣力學;1926年他給出了波函數(shù)的幾率幅詮釋。玻恩是一位數(shù)學、物理功底都非常深厚的大學者。
薛定諤Erwin Schr?dinger,1887-1961,奧地利人?
1926年,薛定諤為給德布羅意的物質(zhì)波找到一個波動方程,提出了著名的薛定諤方程。更重要的是,他深刻地指出量子力學是本征值問題。薛定諤方程是量子力學的基本方程之一。他1935年提出了后來被命名為“薛定諤的貓”的思想性實驗,本意只是說也許能建立起(宏觀)貓的死、活狀態(tài)與放射性物質(zhì)的衰變或未衰變(微觀)狀態(tài)之間的對應,從而有宏觀觀測量可以作為微觀量子狀態(tài)的指示,類似x作為指數(shù)與指數(shù)函數(shù)ex之間的對應。關(guān)于“薛定諤的貓”的很多說法都是后來者的演繹。他的小冊子《什么是生命》對生物學(生命存在信息載體)和材料科學(準周期結(jié)構(gòu))都有深刻的影響。薛定諤還是一位了不起的文化學者。?
古德斯密特烏倫貝克Samuel Abraham Goudsmit,1902-1978,荷蘭人George Eugene Uhlenbeck,1900-1988,荷蘭人(右起)
1926年,他們用電子自旋的概念解釋塞曼效應和氫原子光譜的精細結(jié)構(gòu)。自旋是描述原子中電子狀態(tài)的第四個量子數(shù)。
狄拉克P.A.M. Dirac,1902-1984, 英國人
1926年,狄拉克敏銳地注意到了矩陣力學中的對易關(guān)系和經(jīng)典力學中的泊松括號之間的類比關(guān)系。1928年,狄拉克得出了滿足相對論的量子力學方程,即狄拉克方程。從這個方程出發(fā),可以理解電子的自旋是一種內(nèi)稟性質(zhì),存在反粒子,等等。他還研究了全同粒子的性質(zhì),得到了著名的費米-狄拉克統(tǒng)計。狄拉克1930年出版的《量子力學原理》是量子力學史上的里程碑。
馮·諾依曼John von Neumann,1903-1957,匈牙利裔美國人
馮·諾依曼是一位多面手型的天才,在數(shù)學、物理、計算機甚至經(jīng)濟學領(lǐng)域都有杰出的貢獻。1926年,馮·諾依曼指出,算符的本征態(tài)張成一個矢量空間并名之為希爾伯特空間,量子態(tài)可以看成希爾伯特空間中的一個矢量。進一步地,馮·諾依曼認為測量一個力學量得到的值應該是該力學量的某個本征值;測量后的狀態(tài)坍縮到對應的本征態(tài)上。馮·諾依曼1932年撰寫的《量子力學的數(shù)學基礎(chǔ)》是量子力學測量理論的基礎(chǔ),雖然未必正確。
希爾伯特David Hilbert,1862-1943,德國人
希爾伯特是不世出的天才數(shù)學家,他1900年關(guān)于數(shù)學問題的報告為后來一百多年的數(shù)學研究指明了方向。希爾伯特后來對物理發(fā)生了濃厚的興趣,參與了廣義相對論的研究。 以他的名字命名的希爾伯特空間是量子力學的關(guān)鍵概念。量子力學中談論的系統(tǒng)的狀態(tài)可以看作是希爾伯特空間中的一個矢量。
外爾 Hermann Weyl,1885-1955,德國人
外爾是著名的數(shù)學物理學家,對物理的許多領(lǐng)域都有貢獻,其中規(guī)范理論的概念就是他引入的,群論也是他引入物理學的。群論是深入研究量子力學的基礎(chǔ)。
費曼Richard Phillips Feynman,1918-1988,美國人?
費曼1948年給出了量子力學的第三種表述—路徑積分表述。他因為對建立量子電動力學的貢獻而于1965年獲得諾爾貝物理學獎。
貝爾?John Bell,1928-1990,愛爾蘭人
1964年,貝爾提出了著名的貝爾不等式,從而開啟了量子力學研究的新時代。貝爾不等式基于經(jīng)典概率,而量子力學測量顯示結(jié)果的關(guān)聯(lián)是違反貝爾不等式的。貝爾不等式把關(guān)于量子力學基本問題的爭論從字面詮釋導引到實際的測量問題上去。
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