▏埃爾溫·薛定諤
埃爾溫·薛定諤，奧地利人，20世紀物理學界的杰出人物，以其開創(chuàng)性的貢獻于量子力學而聞名于世。
薛定諤的核心物理學觀點一：波粒二象性薛定諤最為人熟知的貢獻之一，是他對微觀粒子性質(zhì)的深刻洞察——波粒二象性。這一原理指出，微觀粒子（如電子、光子等）既表現(xiàn)出粒子的特性，如具有確定的位置和動量，又展現(xiàn)出波的特性，如具有頻率和波長。這一發(fā)現(xiàn)徹底顛覆了經(jīng)典物理學對物質(zhì)性質(zhì)的認知。
想象一下，當我們觀察一個蘋果時，它無疑是一個實實在在的物體，占據(jù)著空間中的某個位置。但在微觀世界里，粒子卻像幽靈一般，既非純粹的粒子也非純粹的波，而是一種既非此又非彼的“概率波”。這種概率波在未被觀測時，處于一種不確定的狀態(tài)，只有在被觀測的瞬間，才會“坍縮”成具體的粒子或波的形式。這一觀點不僅挑戰(zhàn)了我們對物質(zhì)世界的直觀理解，也引發(fā)了關于現(xiàn)實本質(zhì)的深刻討論。
薛定諤的核心物理學觀點二：薛定諤方程如果說波粒二象性是薛定諤對量子世界本質(zhì)的探索，那么薛定諤方程則是他用以描述這一世界的數(shù)學工具。1926年，薛定諤提出了這一描述量子系統(tǒng)狀態(tài)隨時間演化的基本方程，為量子力學奠定了堅實的數(shù)學基礎。
薛定諤方程分為時間依賴和時間獨立兩種形式。時間依賴的薛定諤方程描述了量子系統(tǒng)的波函數(shù)如何隨時間變化，而時間獨立的薛定諤方程則用于研究系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)下的性質(zhì)。通過解這個方程，我們可以得到系統(tǒng)的波函數(shù)，進而求得物理量的期望值，如能量、動量等。這些期望值隨時間的演化揭示了量子系統(tǒng)的動力學行為，為我們理解和預測量子現(xiàn)象提供了重要依據(jù)。

薛定諤的核心物理學觀點三：量子糾纏除了波粒二象性和薛定諤方程外，薛定諤還提出了另一個令人震驚的概念——量子糾纏。量子糾纏是指當兩個或多個粒子發(fā)生相互作用后，它們的狀態(tài)將相互關聯(lián)，即使它們之間的距離非常遙遠。這種關聯(lián)不受光速限制，仿佛它們之間存在著一種超越時空的神秘聯(lián)系。
愛因斯坦曾將這一現(xiàn)象稱為“幽靈般的作用”，因為它挑戰(zhàn)了我們對因果律和局域性的理解。在量子糾纏中，一個粒子的狀態(tài)變化會瞬間影響到與之糾纏的粒子，無論它們相隔多遠。這種現(xiàn)象不僅揭示了量子世界的非局域性，也引發(fā)了關于信息傳遞速度和宇宙本質(zhì)的深刻思考。
盡管薛定諤是量子力學的奠基人之一，但他本人卻對這一理論中的某些觀點持保留態(tài)度。特別是量子力學的幾率解釋，讓他感到十分困惑。在他看來，一個粒子竟然無法被精確定位和預測，這完全顛覆了經(jīng)典物理學的確定性原則。
為了表達他對量子力學這種不確定性解釋的質(zhì)疑和不滿，薛定諤提出了著名的“薛定諤的貓”思想實驗。在這個實驗中，一只貓被關在一個裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里。鐳的衰變是隨機的，如果衰變發(fā)生，氰化物將被釋放并殺死貓；如果未衰變，則貓將存活。由于我們無法確定鐳是否衰變，因此在觀測之前，貓的狀態(tài)是既死又活的疊加態(tài)。這一思想實驗不僅生動展示了量子疊加態(tài)的奇妙性質(zhì)，也引發(fā)了關于現(xiàn)實本質(zhì)的深刻討論。
薛定諤的物理學觀點不僅為量子力學的發(fā)展奠定了堅實的基礎，也深刻影響了后世對物理世界的認知方式。他的物理學思想也引發(fā)了廣泛的哲學討論。他對于量子力學中不確定性解釋的質(zhì)疑和反思，促使后人深入思考現(xiàn)實與觀測、因果律與局域性等基本概念。

▏沃納·海森堡
沃納·海森堡，德國人，20世紀物理學領域的一位杰出人物，以其在量子力學中提出的不確定性原理而聞名。海森堡在慕尼黑大學學習物理，博士畢業(yè)后，他前往哥本哈根研究所跟隨玻爾。海森堡的職業(yè)生涯見證了他成為量子理論的先鋒和領導者，特別是他在1925年發(fā)表的量子力學的矩陣表述標志著現(xiàn)代量子力學的誕生。
沃納·海森堡的核心物理學觀點一：不確定性原理海森堡不確定性原理，簡單來說，就是無法同時精確測量一個微觀粒子的位置和動量。這一原理的提出，不僅是對經(jīng)典物理學確定性觀念的顛覆，更是對微觀世界本質(zhì)的一次深刻揭示。在宏觀世界中，我們習慣于認為物體的位置和速度是可以同時精確測量的，但在微觀尺度下，這一觀念卻不再適用。
當我們試圖用光子或其他粒子去測量電子的位置時，這些粒子的撞擊會改變電子的動量，使得我們無法同時獲得精確的位置和動量信息。反之亦然，如果我們關注電子的動量，那么其位置就會變得不確定。海森堡用數(shù)學不等式精確地描述了這種不確定性，即位置和動量的不確定性是相互關聯(lián)的，一方的減小必然導致另一方的增大。
這一原理的提出，不僅解釋了粒子為何具有波粒二象性，也闡明了在進行量子測量時不可避免的不確定性。它揭示了微觀世界的內(nèi)在不確定性，是我們理解量子世界的一把鑰匙。
沃納·海森堡的核心物理學觀點二：矩陣力學除了不確定性原理，海森堡還創(chuàng)立了矩陣力學，為量子力學的數(shù)學表達提供了重要工具。在經(jīng)典物理學中，我們通常使用微分方程來描述物體的運動狀態(tài)，但在量子力學中，這種方法不再適用。海森堡發(fā)現(xiàn)，微觀粒子的狀態(tài)可以用矩陣來表示，這些矩陣的運算規(guī)則與經(jīng)典物理學的運算法則截然不同。
矩陣力學的建立，使得量子力學的理論更加嚴謹和精確。它揭示了微觀粒子運動狀態(tài)的復雜性，為我們理解量子現(xiàn)象提供了新的視角。海森堡的矩陣力學與薛定諤的波動力學共同構成了量子力學的兩大支柱，為現(xiàn)代物理學的發(fā)展奠定了堅實基礎。
海森堡的科學成就不僅體現(xiàn)在物理學領域，更深刻地影響了科學哲學的發(fā)展。他的不確定性原理不僅是對微觀世界的物理描述，也是對科學認知方式的深刻反思。它告訴我們，科學并不是絕對確定的，而是充滿了未知和不確定性。這種觀念打破了科學傳統(tǒng)中的決定論思想，為科學研究提供了新的方法論指導。

▏保羅·狄拉克
保羅·狄拉克，英國人，20世紀最杰出的物理學家之一，以其對量子力學的貢獻而著稱。狄拉克的學術生涯幾乎完全在劍橋大學度過。狄拉克的工作發(fā)生在量子理論快速發(fā)展的關鍵時刻，他和其他幾位物理學家如海森堡、薛定諤和玻爾等人共同奠定了現(xiàn)代物理學的基礎。
保羅·狄拉克的核心物理學觀點一：狄拉克方程1928年，年僅26歲的狄拉克在純數(shù)學物理的基礎上，提出了著名的狄拉克方程。這一方程的誕生，標志著量子力學與相對論的結合達到了新的高度。狄拉克方程不僅滿足了相對論的所有要求，還自動導出了電子的自旋量子數(shù)應為1/2，以及電子自旋磁矩與自旋角動量之比的朗德g因子為軌道角動量情形時朗德g因子的2倍。這些結論在過去只能通過實驗總結得出，而狄拉克方程卻以理論的方式自動推導出來，無疑是物理學上的一次重大飛躍。
狄拉克方程最引人注目的特點之一是它預言了電子的負能態(tài)。根據(jù)這一方程，電子的能量可以取正值也可以取負值，且正負能態(tài)的分布關于能量為零的點完全對稱。這一預言在當時引起了極大的爭議，因為傳統(tǒng)的物理學觀念無法解釋負能量的存在。然而，正是這一看似荒謬的預言，最終導致了正電子的發(fā)現(xiàn)，驗證了狄拉克方程的正確性。
保羅·狄拉克的核心物理學觀點二：正電子與反物質(zhì)的理論1930年，狄拉克根據(jù)泡利不相容原理提出了空穴理論，解釋了負能態(tài)的存在。他認為，所謂的真空狀態(tài)并非真正的空無一物，而是所有負能態(tài)都被電子占有，形成了負能態(tài)的電子海。當海中的電子受激發(fā)躍遷到正能態(tài)時，便出現(xiàn)了正負電子對的激發(fā)態(tài)，即正電子。這一理論不僅解釋了負能量的存在，還預言了反粒子的存在，為后來的反物質(zhì)研究奠定了理論基礎。
1932年，美國物理學家卡爾·大衛(wèi)·安德森在研究宇宙射線時，發(fā)現(xiàn)了正電子，這一發(fā)現(xiàn)完全驗證了狄拉克的預言。正電子的發(fā)現(xiàn)不僅證明了狄拉克方程的正確性，還揭示了自然界中電荷和物質(zhì)的對稱性，開啟了反物質(zhì)研究的新紀元。

保羅·狄拉克的核心物理學觀點三：費米-狄拉克統(tǒng)計與粒子統(tǒng)計規(guī)律除了狄拉克方程和正電子的預言外，狄拉克還與恩利克·費米各自獨立地提出了費米-狄拉克統(tǒng)計，這一統(tǒng)計規(guī)律描述了自旋為半整數(shù)的粒子（如電子、質(zhì)子等）所服從的統(tǒng)計分布。費米-狄拉克統(tǒng)計成為了研究基本粒子物理的基礎，對于理解物質(zhì)的微觀結構和性質(zhì)具有重要意義。
狄拉克的統(tǒng)計理論指出，由于電子是粒子，滿足泡利不相容原理，每個量子態(tài)最多只能被一個電子占據(jù)。這一規(guī)律不僅解釋了電子在原子中的排布方式，還揭示了粒子在極端條件下的行為特性，如超導、超流等現(xiàn)象。

▏物理學大討論：物理學美在何處
我們探索了人類歷史上最具影響力的十位物理學家的思想精髓，關注了他們對于物理學的獨特見解。接下來聽聽這十位物理學家就“物理學美在何處”的問題是如何回答的。
阿基米德認為，物理學的美在于其能夠以簡潔的原理解釋自然界的復雜現(xiàn)象，如同杠桿原理的精妙之處在于能夠闡釋天平的平衡之謎。
伽利略·伽利雷則強調(diào)了物理學對自然現(xiàn)象精確描述的重要性，通過觀察和實驗揭示了宇宙秩序的奧秘，就如同星辰的運動遵循著可預測的軌跡。
艾薩克·牛頓的觀點則更加深入，他認為物理學的美體現(xiàn)在萬有引力定律這樣的簡潔公式中，這一公式不僅統(tǒng)一了天體物理與地面物理，更展現(xiàn)了宇宙的和諧之美。
麥克斯韋則將電磁理論視為物理學的瑰寶，他欣賞電磁理論如何將光、電、磁三者緊密結合，揭示了自然界深層次的聯(lián)系。
馬克斯·普朗克則看到了量子假說背后的美，這一理論揭示了物質(zhì)和能量的離散性，為人們打開了通往微觀世界的大門。
愛因斯坦則從相對論的角度闡述了物理學的美，他認為相對論改變了我們對時間和空間的基本理解，揭示了宇宙結構的奧秘。
尼爾斯·玻爾的視角獨特，他欣賞量子模型如何展示了原子的內(nèi)在結構，以及互補原理如何幫助我們理解微觀世界的對立統(tǒng)一。
埃爾溫·薛定諤則關注薛定諤方程如何描述微觀粒子的波動性，展示了概率波的概念和粒子的非確定性。
沃納·海森堡強調(diào)了不確定性原理的重要性，他認為這一原理揭示了觀測對被觀測系統(tǒng)的根本性影響，展示了知識的極限。
保羅·狄拉克從相對論性量子力學和反物質(zhì)預言的角度出發(fā)，認為這些理論指引我們認識物質(zhì)世界的深層對稱性和統(tǒng)一性。
這十位物理學家的思想，為我們展現(xiàn)了物理學的無盡魅力與深邃之美。讓我們窺見了自然界的奧秘與和諧，更為物理學的未來發(fā)展指明了方向。
探索 | 物理學家的偉大貢獻（上）

探索 | 物理學家的偉大貢獻（中）

（圖片源自網(wǎng)絡）
作者 | 幾維鳥畢業(yè)于新西蘭林肯大學。對大眾科普知識擁有濃厚興趣，曾在多個科普期刊上發(fā)表過科普文章。關注事實，積極探索前沿科技。

初審 | 陳嘉琦復審 | 魏星華
終審 | 周陽