第一部分

终于开始动笔了，看完曹天元的 上帝掷骰子吗？量子物理史话 之后就一直想做个摘抄，顺便梳理一下脉络。作为一本科普级别的书，里面比较难的数学上的推导都省略了，也就是在矩阵运算法则和贝尔不等式的位置稍有叙述，其他的都一笔带过。所以，这些其实没啥难的，再难也不会比数学更难。

那就开始抄吧。

全书始于对光的本性的争论。

古希腊的时候，有人认为光的本性是一束粒子，因为它的直线运动、折射、反射都是经典的粒子行为。到笛卡尔的时候，他在书中表示，光也可能是介质的振动（这个介质被后人称作“以太”），就像声波是介质的震动一样，光是波动。

十七世纪，胡克和惠更斯相继出版了《显微术》和《光论》支持光是一种波动的观点（波动说），而牛顿在1704年出版了《光学》这一著作，支持光是一种粒子的观点（粒子说）。在光的反射、折射、颜色混合、牛顿环等方面，这两种学说都给出了一些解释，但是牛顿用他惊人的智慧，提出了很多波动说无法回答的问题，比如声波能绕开障碍物，光为什么不行。这次争论是微粒说占了上风，和牛顿一起统治着物理学界。

1807年，托马斯·杨在文章中描述了光的双缝干涉实验，也就是杨氏双缝干涉，用波的相干与相消解释双缝后面出现的明暗相间的条纹。微粒说根本无法解释，光的叠加为什么会产生阴影。菲涅尔在此基础上，用严密的数学方法，推导出了一套光波理论，圆满地解释了光的衍射，并准确预言了之后被实验证实的“泊松亮斑”。他又提出光是横波（而非纵波），解决了光的偏振问题。至此，这次争论基本结束，波动说插上了红旗。值得一提的是，这次胜利留下了个隐患，就是无法解决的以太。十九世纪中后期，伟大的麦克斯韦方程组问世，预言光是一种电磁波，之后被赫兹用实验证实。而赫兹的实验，也标志着经典物理学大厦的封顶。

接下来的这场争论的强度和复杂程度，是前两场争论所不能比拟的，对现代物理学产生了至关重要的影响。

1881年和1886年的两次迈克尔逊-莫雷实验，发现以太根本不存在，在那之后相对论也给出了确定无疑的答案——以太不存在。波动说出现了危机。另一方面，对于黑体辐射实验，从分子热力学（粒子）出发推导出的维恩公式，在短波有效在长波无效；从电磁学（电磁波）推导出的瑞利-金斯公式，在长波有效在短波无效。这两个公式拥有完全不同的出发点，各自在一段范围内有效，到底哪个出发点才是正确的呢？普朗克对这两个公式做了一个数学上的综合，至少在形式上拼凑出了一个全波段有效的公式（普适公式）——普朗克黑体公式。实验发现这个公式是正确的。在探究这个公式背后的意义时，普朗克发现，为了使这个公式成立，他

          必须假定，能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。

这个“一份一份的”最小能量就是量子，E= h v 。这个假设破坏了能量的连续性，而在经典的物理学里，连续是当然的，无论是时间、空间还是能量。正是这个毁天灭地的假设，打开了量子的大门。

我们回到电磁理论，赫兹证明光是电磁波的实验中，出现了一种“光电效应”的现象，然而人们发现实验的结果与经典麦氏电磁理论的预言恰恰是反着的。实验证明，光的频率决定能否打出电子，而光的强度决定了光电子的数量。年轻的爱因斯坦出现了，他假设光的能量是分立的，最小的单位是光子，解决了这个问题，当然也为他自己赢得了诺贝尔奖，这都是后话了。接着，康普顿做了X射线被自由电子散射的实验，发现了康普顿效应，再次提供了光子的证据。玻尔提出的氢原子模型，把电子轨道视作分立的（也就是电子的能量是不连续的）在解释氢原子光谱时获得了前所未有的成功。之后的波尔-索末菲模型提出，不仅是能量，连电子的方向也是量子化的。微粒说这次带着更强大的证据，重新回到了舞台中央，除了上面的光电效应、康普顿效应和氢原子光谱外，还有威尔逊云室和著名的玻色子。

但是，波动说也有了新的证据，那就是德布罗意的电子波理论，认为电子的本质是波，并且给出了德布罗意波长公式（德布罗意在博士论文中首次提出这个观点，这也是唯一一篇获得诺贝尔奖的博士论文）。而电子衍射光谱实验，竟然证明了这个观点。那我们甚至可以推论，不仅是电子，整个物质世界都是波。爆炸性的结果也将争论带入白热化阶段。

放下上面的那些纷扰，我们再换一个视角，海森堡从量子的假设出发，推导出了矩阵力学，不仅包含了经典的牛顿力学，还能对经典力学无能为力的原子光谱问题作出很好的解释。在狄拉克将海森堡的理论与相对论结合之后，包括电子自旋和反常塞曼效应等玻尔-索末菲模型无法解决的问题都得到了很好的回答。微粒说攻占了经典力学的阵地，上了一个新的台阶。

1925-1926年，波动给出了还击，风流的薛定谔连发六篇关于量子力学的文章，提出了大家耳熟能详的薛定谔波动方程波函数。他从德布罗意公式和经典力学的哈密顿-雅可比方程出发，优美而通俗地解释了为什么波是连续的，而能量是分立的。这也被爱因斯坦誉为是“真正的天才”。

经过数学上的推导，证明二者在数学上来讲是等价的，波动力学和矩阵力学统称为量子力学。但是这并不能缓解激烈的讨论，我们又回到了上面的争论，出发点是波还是粒子，这是个问题。而且这个问题已经不限于光的本质的讨论了，甚至是整个物质世界的本质的讨论。

第一部分的最后，我们介绍的是玻恩对波函数意义的探讨，他认为波函数ψ的意义是“波函数的二次方是电子在某个位置出现的概率”。这意味着，波是概率，而非确定。我们既然都是波，那就都有可能穿墙而过，因为墙也是波，只不过概率小，但是我们不能说这是“Impossible”。接下来从海森堡的不确定性开始，我们就要进入一个似乎甚至不是物理学的部分，看看量子理论是如何开始颠覆人们的哲学观的。