科學的歷史 物質波二元性及量子電動力學--中國數字科技館

　　物質波二元性（1925年）

　　沃納·卡爾·海森伯（1901～1976年），埃爾文·薛丁格（1887～1961年），路易·維克多·德布羅意（1892～1987年）

海森伯

　　我們知道，光的作用像波：它像水面上的漣漪似的產生幹擾。普朗克和愛因斯坦認為光是由呈顆粒狀的光子構成的。它什麼時候是波，什麼時候是顆粒呢？早期的量子理論物理學家紛紛在微觀世界裡尋求合理解釋這一難題的答案，其中有兩人獲得成功。

　　1925年，海森伯設計了一個與觀察對象相關的數學公式。次年，埃爾文·薛丁格根據路易·維克多·德布羅意理論採用新方法進行研究。路易·維克多·德布羅意認為，電子等物質顆粒都屬于波。薛定鍔關于波的方程解決了「物質波」運動問題。

　　兩種理論從不同的角度解答了微觀世界同一個奇特的問題。量子力學認為任何物質可以既是波又是顆粒。量子內部也可以形成幹擾模型。只有當你尋找它時，它才會隨機有一個明確的位置。因此有些結果並沒有起因，不穩定的核子任何時候都可能衰退——我們只是知道有可能出現這種情況。

　　這可能是關於世界的一種令人不快的解釋，但它的確是這樣運行的。它解釋了宇宙中原子、核子和分子的屬性。它也解釋了超導現象以及玻色－愛因斯坦凝結、白矮星和中子星聚變理論。有朝一日我們將會使用量子計算機，這種計算機可以以史無前例的速度進行計算。

　　量子電動力學（1948年）

　　朱利安·西摩·施溫格（1918～），朝永振一郎（1906～1979年），

　　弗雷曼·約翰·藏森（1923～），裡查德·菲利浦·費曼（1918～1988年）

費曼

　　20世紀40年代後期，朱利安·施溫格、朝永振一郎、弗雷曼·戴森和裡查德·費曼共同創立了量子電動力學理論，用圖表演示了兩個帶電粒子的相互作用。在最簡單的圖表中，一個電子向另一個電子發射出光子，發射光子的電子向後反衝，而接收光子的電子則受到撞擊後退。這種過程重複得越多，兩個電子間的距離就越大。就像兩個穿旱冰鞋的人用保齡球玩接球遊戲。但在這種遊戲中，雙方也可以拉近，因而這種理論也可以解釋為什么正負電荷可以相互吸引。

　　這樣來描述一種力似乎有些不可思議，然而更奇的還在後面。攜帶這種力的光子本身可能受到電子的吸引或排斥，也可以短暫地轉化成其他帶電粒子，進而發射出新的帶力的光子。根據量子電動力學理論，任何一種複雜情況都可能在一瞬間發生，過程越複雜，對力的影響越小。更糟糕的是，量子電動力學依據的是一種不太可靠的數學技巧「可重整化性」。

　　但它卻是可行的，而且可以非常精確地應用於各種電磁力現象。例如，氫原子的光波波長與量子曲線預測完全吻合。根據量子電動力學的觀點，即使是空空蕩蕩的太空中也充滿著高速運動的「虛擬粒子」，但是數字已無法表達粒子的數量。這種理論預測的粒子厚度令人難以置信。

　　沒有粒子的這種巨大密度，宇宙恐怕早就被自身的重力壓垮了。因而肯定有什麼東西尚未發現。