第一個給量子世界貼上有用標(biāo)簽的人是物理學(xué)家尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）。20世紀(jì)初，世界各地的科學(xué)家開始意識到原子和亞原子系統(tǒng)的奇怪和意外行為。經(jīng)過幾十年艱苦的工作，他們發(fā)現(xiàn)，某些屬性，比如能量，是以被稱為“量子”（quanta）的能級離散包形式出現(xiàn)的。物理學(xué)家開始嘗試用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)來解釋這些實驗，但沒有人能發(fā)展出一個完整的、一致的框架。波爾是第一個嘗試這樣做的人。盡管他沒有提供完整的量子力學(xué)理論，但確實奠定了一些重要的基礎(chǔ)，他還提出了一些后來成為現(xiàn)代量子理論基石的理論。

　　第一個理論來自他早期建立原子模型的嘗試。在20世紀(jì)20年代，物理學(xué)家已經(jīng)通過各種實驗知道，原子是由一個沉重、致密、帶正電荷的原子核，周圍環(huán)繞著一群微小、輕、帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成的。我們也知道，原子只能吸收或發(fā)射特定能量的輻射。

　　但是，原子是什么樣子的呢？

　　玻爾把電子放在圍繞原子核的“軌道上”，圍繞著大密度的原子核跳著華爾茲舞，就像太陽系的行星一樣。在真實的太陽系中，行星可以存在于不同的軌道上，但在波爾的原子中，電子被卡在很窄的軌道上——它們只具有預(yù)先定義的軌道距離。

　　通過電子從一個軌道跳到另一個軌道，原子可以接收或發(fā)射特定能量的輻射，它的量子本質(zhì)就這樣被編碼了。

　　量子力學(xué)與經(jīng)典物理的連接

　　在此基礎(chǔ)上，玻爾又增加了一個有趣的轉(zhuǎn)折。有很多可能的方法來構(gòu)建原子的量子模型，那他為什么要這么做呢？玻爾發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電子在離原子核很遠(yuǎn)的軌道上運行時，它們的量子性質(zhì)就消失了，此時經(jīng)典的電磁學(xué)就可以完美地描述原子——就是兩個帶電粒子。

　　這被稱為對應(yīng)原理（Correspondence Principle），也是玻爾用來支持自己原子模型的依據(jù)。你可以提出任何想要的量子理論，但正確的理論是那些在某些限制下讓位于經(jīng)典物理學(xué)的理論，在玻爾的原子模型中，這種限制就是電子必須遠(yuǎn)離原子核。

　　玻爾的原子模型是不完整的，后來被沿用至今的價電子層模型所取代，但是，玻爾的對應(yīng)原理依然發(fā)揮著，并成為后來所有量子理論的基石——它是一盞指路明燈，讓物理學(xué)家能夠構(gòu)建和選擇正確的數(shù)學(xué)方法來描述亞原子世界。

　　玻爾并沒有就此止步。他認(rèn)為，盡管這種對應(yīng)原理允許量子世界和經(jīng)典世界之間建立聯(lián)系，但這兩個世界并不相同。

　　就在玻爾對這一切感到困惑的同時，他的好朋友維爾納·海森堡提出了他那即將成名的測不準(zhǔn)原理。當(dāng)你嘗試測量一個微小粒子的位置時，你會失去它的動量信息，相反地，當(dāng)你試圖確定它的動量時，你又會對它的位置一無所知。

　　波爾采納了這個想法并付諸實踐。他把海森堡的測不準(zhǔn)原理看作是量子世界更大層面的一部分，即一切都是成對的。想想量子世界中最著名的一對：波和粒子。在經(jīng)典系統(tǒng)中，一個物體要么是純粹的波，要么是純粹的粒子，你可以二選一，來對某些行為進(jìn)行分類，但在量子力學(xué)中，這兩個性質(zhì)是成對存在的：所有物體同時既是粒子又是波，并且總是同時表現(xiàn)出這兩者的某些性質(zhì)。

　　另外，從本質(zhì)上講，量子規(guī)則依賴于概率——平均而言，量子力學(xué)只能再現(xiàn)經(jīng)典物理學(xué)。基于這兩個觀點，玻爾認(rèn)為量子理論永遠(yuǎn)無法解釋經(jīng)典物理學(xué)，換句話說，原子及其他粒子在一套規(guī)則下運行，而火車和人在另一套規(guī)則下運行。它們可以而且必須通過對應(yīng)原則聯(lián)系起來，但除此之外，它們又過著各自獨立的平行生活。

　　波爾說對了嗎？一些物理學(xué)家認(rèn)為，我們從根本上生活在一個量子世界中，只是還沒有完全了解其中的原理，而且我們可以從純粹的量子規(guī)則中重現(xiàn)經(jīng)典物理學(xué)，另一些物理學(xué)家則認(rèn)為，玻爾已經(jīng)解決了這個問題，我們不需要再進(jìn)行討論。當(dāng)然，大多數(shù)人只是埋頭于數(shù)學(xué)模型，對此并沒有過多關(guān)注。但是，這仍然是很值得思考的問題。（任天）

文章轉(zhuǎn)載自新浪新聞