2025年诺贝尔物理学奖刚揭晓,约翰・克拉克等三位量子物理学家拿了奖,表彰他们在宏观量子力学领域的发现。
巧的是,今年正好是量子力学诞生一百年。
这门学问在普通人眼里跟“天书”没区别,但你每天刷的手机、用的电脑,甚至去医院做的MRI检查,全靠这门“反常识”的理论撑着。
1900年之前,物理学家们过得挺“自信”。
英国物理学家威廉・汤姆森在皇家学会演讲时说,物理大厦已经落成,剩下的只是修修补补。
当时的经典物理学确实厉害,能解释很多自然现象。
可他没料到,自己提到的两朵“乌云”,直接掀了物理大厦的“地基”。
其中一朵就是黑体辐射实验,量子力学就从这儿“冒”了出来。
那会儿钢铁工业正蓬勃发展,炼钢时炉温不准可是大问题。
肉眼看颜色判断温度,误差太大,废品率一直降不下来。
物理学家们的任务,就是找出黑体辐射强度和频率的精确关系。
实验曲线早就画出来了,可经典物理学的公式怎么算都对不上。
大家一开始觉得是公式推错了,没人想到是整个理论体系出了问题。
德国物理学家普朗克也被这个问题愁了好久。
无奈之下,他抛开了经典物理理论,纯粹用数学技巧去拟合曲线。
没想到还真搞出了普朗克公式,完美匹配实验结果。
但这个公式背后的含义,把当时的学界吓了一跳能量不是连续的,而是由一个个不可分割的“量子”组成的。
1900年,普朗克提出了量子理论,可没几个人买账。
大家觉得这想法太“离经叛道”,就连普朗克自己都有点后悔。
他后来花了好几年时间,想把量子化假说塞进经典物理的框架里,最后还是失败了。

科学家有时候也挺“拧巴”,明明打开了新世界的大门,还非要回头找旧钥匙。
普朗克的理论就像一颗投入湖面的石子,虽然起初没掀起大浪,但很快就有人接住了这波“涟漪”,这个人就是爱因斯坦。
1905年的爱因斯坦还没出名,他研究光电效应时受到量子理论启发,提出了“光量子”假说。
他用啤酒瓶打比方,能量就像啤酒,只能整瓶买,不能买半瓶。
光线能不能打出电子,看的是频率不是强度,再强的红光也没用,微弱的紫外光反而管用。
这个理论在当时遭到了更强烈的反对,美国物理学家罗伯特・密立根说它“大胆而轻率”。
他本来想设计精密实验推翻这个假说,从1912年到1915年,测了无数次不同金属在不同频率光照下的反应。
结果没想到,实验数据完美契合爱因斯坦的方程。
密立根只能在论文里“矛盾地承认”,这个理论虽然看着站不住脚,却能精准预测结果。
1921年,爱因斯坦因为解释光电效应拿了诺贝尔物理学奖,量子理论这才慢慢站稳了脚跟。
百年前的“学术吵架”:爱因斯坦为啥说“上帝不掷骰子”
1925年,量子力学才算正式成型。
海森堡等人提出了矩阵力学,薛定谔搞出了波动力学,后来大家发现这俩理论其实是一回事。
但这门学问的“反常识”程度,直接让普通人懵了圈。
光有时候是粒子,有时候是波,这已经够难理解了。
德布罗意又说,电子、质子这些粒子也有波动性,这简直颠覆了大家对世界的认知。
海森堡提出的“不确定性原理”更让人费解,在量子世界里,没法同时精确知道粒子的位置和动量,只能预测概率。
爱因斯坦坚决不接受这套,他坚信宇宙有严格的因果律,所以跟玻尔领导的哥本哈根学派吵了几十年。
他那句“我深信上帝不掷骰子”,至今还是科学史上的名言。
薛定谔本来是爱因斯坦这边的,为了讽刺哥本哈根学派,他设计了一个思想实验。
把一只猫关在装有镭和氰化物的密闭容器里,镭衰变就会触发机关毒死猫,不衰变猫就活着。
按照量子力学理论,镭处于衰变和不衰变的叠加态,那猫不就“又死又活”了?本来想吐槽别人的理论荒谬,结果没想到,后续的实验都印证了哥本哈根学派的主张。
宇宙在基本层面上,好像真的有内在的随机性。
搞不清的是,薛定谔这波操作,到底是帮了对手还是坑了自己。
量子力学虽然争议不断,但它的应用早就悄悄走进了我们的生活。
20世纪40年代,贝尔实验室想改进通信技术,当时的真空管放大器又大又费电,还容易坏。
科学家们受量子力学启发,发现半导体的导电性可以通过“掺杂”控制。
1947年,晶体管被发明出来,人类直接从电气时代迈入了信息时代。
毫不夸张地说,没有晶体管,就没有现在的计算机和智能手机。
从实验室到手机:量子力学怎么改变日常
现在大家常听的量子通信,核心就是利用量子态的特性保障信息安全。

量子计算机则更厉害,利用量子叠加态原理,能并行处理海量数据。
谷歌的“悬铃木”量子计算机,在特定问题上的算力,已经远超经典超级计算机。
未来在药物研发、物流优化这些领域,量子计算机可能会带来革命性突破。
除了这些前沿科技,量子力学的影响无处不在。

医院里的MRI检查,利用的是量子自旋原理;太阳能电池的光电转换效率,靠的是量子力学对能级的调控;还有我们用的LED灯、手机里的芯片,本质上都是量子理论的应用成果。
如此看来,这门看着玄乎的学问,早就成了现代文明的“底层密码”。
2025年的诺贝尔物理学奖,把荣誉给了宏观量子力学领域的研究者。
他们的发现,打破了“量子效应只存在于微观世界”的传统认知。

这也意味着,量子力学的探索还在继续,未来可能会有更多意想不到的应用。
回顾这一百年,量子力学从一朵“乌云”起步,在争议中不断发展。
从普朗克的大胆假设,到爱因斯坦、薛定谔的质疑与推进,再到如今改变世界的技术应用,每一步都充满了挑战。
基础科学的探索往往就是这样,一开始看着“离经叛道”,甚至被当成“歪理”,但正是这些敢于打破常规的思考,推动着人类文明进步。
量子力学的百年历程告诉我们,科学的进步从来不是一帆风顺的。
它需要勇气去质疑权威,需要耐心去验证假说,更需要包容不同的观点。
如今,量子力学还有很多未解之谜,但我们有理由相信,未来的探索会让我们更深刻地理解这个世界。
而那些看似遥远的基础科学研究,终有一天会以意想不到的方式,改变我们的生活。
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