廣義相對(duì)論與量子力學(xué)

量子論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基石之一。量子論給我們提供了新的關(guān)于自然界的表述方法和思考方法。量子論揭示了微觀物質(zhì)世界的基本規(guī)律，為原子物理學(xué)、固體物理學(xué)、核物理學(xué)和粒子物理學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。它能很好地解釋原子結(jié)構(gòu)、原子光譜的規(guī)律性、化學(xué)元素的性質(zhì)、光的吸收與輻射等。

原子結(jié)構(gòu)

在牛頓力學(xué)（或者叫經(jīng)典力學(xué)）體系中，能量的吸收和釋放是連續(xù)的，物質(zhì)可以吸收任意大小的能量。后來(lái)我們發(fā)現(xiàn)，其實(shí)能量真實(shí)的吸收和釋放，只能夠以某個(gè)的量級(jí)(hv)為最小單位，一份一份的吸收和釋放，h也就是量子力學(xué)里最常用到的普朗克常數(shù)，v為電磁頻率。由于普朗克常數(shù)的數(shù)量級(jí)很?。?0的-34次方數(shù)量級(jí)），這就導(dǎo)致了牛頓力學(xué)在大尺度上和實(shí)驗(yàn)符合的很好，但在小尺度上偏差很大。所以薛定諤在普朗克的量子理論（能量一份一份的傳遞）體系上建立了薛定諤方程，從而開辟了量子力學(xué)的伊始。

量子理論的發(fā)展與建立

在19世紀(jì)末,經(jīng)典物理學(xué)理論已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)完備的階段，幾個(gè)主要部門——力學(xué)，熱力學(xué)和分子運(yùn)動(dòng)論，電磁學(xué)以及光學(xué)，都已經(jīng)建立了完整的理論體系，在應(yīng)用上也取得了巨大成果，其主要標(biāo)志是：物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)在其速度遠(yuǎn)小于光速的情況下，嚴(yán)格遵守牛頓力學(xué)的規(guī)律；電磁現(xiàn)象總結(jié)為麥克斯韋方程組；光現(xiàn)象有光的波動(dòng)理論，最后也歸結(jié)為麥克斯韋方程組；熱現(xiàn)象有熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理的理論。

在當(dāng)時(shí)看來(lái)，物理學(xué)的發(fā)展似乎已達(dá)到了巔峰，于是，多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為物理學(xué)的重要定律均已找到，偉大的發(fā)現(xiàn)不會(huì)再有了，理論已相當(dāng)完善了，以后的工作無(wú)非是在提高實(shí)驗(yàn)精度和理論細(xì)節(jié)上作些補(bǔ)充和修正，使常數(shù)測(cè)得更精確而已。英國(guó)著名物理學(xué)家開爾文在一篇瞻望20世紀(jì)物理學(xué)的文章中，就曾談到：“在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！?/p>

然而，正當(dāng)物理學(xué)界沉浸在滿足的歡樂(lè)之中的時(shí)候，從實(shí)驗(yàn)上陸續(xù)出現(xiàn)了一系列重大發(fā)現(xiàn)，如固體比熱、黑體輻射、光電效應(yīng)、原子結(jié)構(gòu)……

這些新現(xiàn)象都涉及物質(zhì)內(nèi)部的微觀過(guò)程，用已經(jīng)建立起來(lái)的經(jīng)典理論進(jìn)行解釋顯得無(wú)能為力。特別是關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，運(yùn)用經(jīng)典理論得出的瑞利-金斯公式，雖然在低頻部分與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得比較好，但是隨著頻率的增加，輻射能量單調(diào)地增加，在高頻部分趨于無(wú)限大，即在紫色一端發(fā)散。這一情況被埃倫菲斯特稱為“紫外災(zāi)難”。對(duì)邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)所得出的“零結(jié)果”更是令人費(fèi)解，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，根本不存在“以太漂移”。這引起了物理學(xué)家的震驚，反映出經(jīng)典物理學(xué)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

這兩件事被當(dāng)時(shí)物理學(xué)界稱為“在物理學(xué)晴朗的天空的遠(yuǎn)處還有兩朵小小的，令人不安的烏云”。然而就是這兩朵小小的烏云,給物理學(xué)帶來(lái)了一場(chǎng)深刻的革命。