在這篇文章中,我總結(jié)了迄今為止在量子歷史上發(fā)生的所有主要/次要事件,以及可能的,在不遠(yuǎn)的將來會(huì)發(fā)生的一些事件。首先要記住的是,量子力學(xué)的歷史并不是一條筆直的道路,它有過轉(zhuǎn)折,也不是靜態(tài)的。它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、不斷發(fā)展的研究領(lǐng)域,這就需要不時(shí)地更新這個(gè)歷程。
前量子時(shí)代(16世紀(jì)-20世紀(jì)初)
量子物理學(xué)的早期是以經(jīng)典力學(xué)、原子結(jié)構(gòu)解釋和電磁學(xué)來解釋量子現(xiàn)象的。牛頓、惠更斯、楊、麥克斯韋等人做出了重要貢獻(xiàn)。
在很早的時(shí)期,該領(lǐng)域的發(fā)展以兩種光的理論為標(biāo)志--牛頓的(微粒說)和惠更斯的(波浪理論)。
◆1672年——牛頓提出了光的微粒理論,認(rèn)為光是由粒子組成的。
◆1678年——惠更斯提出他的光的波浪理論來挑戰(zhàn)牛頓。
◆1801年——托馬斯-楊進(jìn)行了雙縫實(shí)驗(yàn),確定了光作為一種波的存在,從而推翻了牛頓的粒子理論。
◆1807年——艾蒂安-路易斯-馬盧斯發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象。
◆1815年——大衛(wèi)-布魯斯特用數(shù)學(xué)方法描述了光的偏振。
◆1819年——菲涅爾-阿拉戈(Fresnel-Arago )偏振干涉定律在菲涅爾的回憶錄中發(fā)表。
◆1821年——菲涅爾提出了黑體的概念。
奧斯特( Oersted)對(duì)電磁學(xué)的發(fā)現(xiàn)開始了一連串的電動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn),最終導(dǎo)致了麥克斯韋方程的發(fā)現(xiàn)。
◆1821年——漢斯-克里斯蒂安-厄斯特德( Hans Christian rsted)發(fā)現(xiàn)了電磁的存在,證實(shí)了電和磁之間的直接關(guān)系。
◆1823年——安培完善了奧斯特的發(fā)現(xiàn)并提出了安培定律。
◆1860年——古斯塔夫-基爾喬夫(Gustav Kirchoff)提出了 "黑體輻射(black-body radiation) "這一術(shù)語。
◆1865年——麥克斯韋提出了他的電動(dòng)力學(xué)理論,從而將光確立為一種電磁波。他將光的傳播媒介描述為 "以太"。
◆1887年--A.A. Michelson和Edward W. Morley在他們著名的Michels-Morley實(shí)驗(yàn)中未能檢驗(yàn)出發(fā)光的乙醚,從而確定了不存在任何光的傳播媒介。
◆1892-1906年——亨德里克-洛倫茨發(fā)展了洛倫茨以太理論。
在19世紀(jì)末,物理學(xué)家們對(duì)原子的物理學(xué)感到驚嘆。全世界科學(xué)界的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到發(fā)現(xiàn)原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。在這一時(shí)期,亞原子粒子、原子結(jié)構(gòu)和放射性的概念開始出現(xiàn)。
◆1887年——海因里希-赫茲在研究無線電波時(shí)發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。
◆1895年——威廉-倫琴意外地發(fā)現(xiàn)了X射線。
◆1896年——亨利-貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾的放射性。
◆1896年——佩特-塞曼發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)在所謂的塞曼效應(yīng),即在磁場(chǎng)影響下光譜線的存在。
◆1897年——J.J.湯姆森發(fā)現(xiàn)了電子;基于他的發(fā)現(xiàn),提出了他的 "梅花糕模型 "的原子。
量子力學(xué)的引入(20世紀(jì)初至20世紀(jì)中葉)
隨著19世紀(jì)的到來,一個(gè)名為量子力學(xué)的新物理學(xué)領(lǐng)域開始崛起。這一新理論解決了以前牛頓時(shí)代未解決的物理問題。所有這些都始于馬克斯-普朗克對(duì)黑體輻射的解釋,他稱之為 "量子理論 "的理論。今天,馬克斯-普朗克被銘記為 "量子力學(xué)之父"。這一時(shí)期出現(xiàn)了一些有史以來最著名的物理學(xué)家,包括阿爾伯特-愛因斯坦(盡管他因其概率行為而反對(duì)量子力學(xué))、馬克斯-普朗克、尼爾斯-玻爾、埃爾溫-薛定諤、保羅-狄拉克、維爾納-海森堡等人。
◆1900年——馬克斯-普朗克提出普朗克輻射定律來解釋黑體的輻射發(fā)射。他還提出了光子的量子化,即現(xiàn)在著名的方程式E=hν。因此,量子力學(xué)誕生了。
◆1902年——亨德里克·洛倫茲通過洛倫特以太理論解釋了塞曼效應(yīng)。
◆1905年--阿爾伯特-愛因斯坦解釋了光電效應(yīng),他將光視為粒子,因此提倡牛頓的微粒理論。他還向世界介紹了狹義相對(duì)論。
◆1909年——恩斯特-盧瑟福進(jìn)行了α射線散射實(shí)驗(yàn)(又稱金箔實(shí)驗(yàn)),提出了原子核的概念。
◆1909年——杰弗里-泰勒證明了單光子干涉模式的形成,從而重新引發(fā)了超過兩個(gè)世紀(jì)的牛頓-惠更斯辯論。
◆1913年——約翰內(nèi)斯-斯塔克發(fā)現(xiàn)了斯塔克效應(yīng),即類似于塞曼效應(yīng)的電場(chǎng)現(xiàn)象。
◆1913年——尼爾斯-玻爾介紹了他的原子模型并提出了原子半徑量化的理論。
◆1915年——愛因斯坦提出了廣義相對(duì)論和愛因斯坦場(chǎng)方程(見量子場(chǎng)理論)。
◆1916年——愛因斯坦在理論上指出普朗克的能量量子存在類似粒子的動(dòng)量。
◆1916年--阿諾德-薩默菲爾德(Arnold Sommerfeld)提出了原子亞殼層的概念,從而擴(kuò)展了玻爾的原子理論。
◆1918年——恩斯特-盧瑟福發(fā)現(xiàn)了原子中的質(zhì)子(并創(chuàng)造了這個(gè)詞)。
◆1921年——西奧多-卡盧扎發(fā)表卡盧扎理論( Kaluza Theory )(第一個(gè)與量子場(chǎng)論相關(guān)的理論)。
在之前的發(fā)現(xiàn)和以量子和相對(duì)論為首的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的突然繁榮之后,一個(gè)新的物理學(xué)領(lǐng)域——量子力學(xué)的形式化變得清晰起來。玻爾,海森堡,薛定諤從20世紀(jì)20年代開始發(fā)展這種正式化,很快馬克斯·玻恩,保羅·狄拉克和約翰·馮·諾伊曼等人加入了這個(gè)行列。
◆1922年——阿瑟-康普頓發(fā)現(xiàn)了康普頓效應(yīng)。
◆1922年——奧托-斯特恩和瓦爾特-格拉赫進(jìn)行了斯特恩-格拉赫實(shí)驗(yàn),由此證明了自旋的量化。
◆1923年——路易斯·德布羅意假設(shè)波粒二象性,假設(shè)德布羅意波長(zhǎng)λ=h/mv。
◆1924年——沃爾夫?qū)づ堇秒娮拥膬?nèi)部角動(dòng)量的概念解釋了光譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)。
◆1925年——喬治·烏倫貝克和塞繆爾·古德斯密特提出了電子自旋的存在。
◆1925年——海森堡、玻恩和帕斯卡爾-喬丹提出了量子物理學(xué)的矩陣力學(xué)表述。
◆1925年——弗雷德里克-洪德在理論上提出了原子中最大多重性原理,現(xiàn)在被稱為洪德規(guī)則。
◆1926年——埃爾溫-薛定諤提出薛定諤波方程,這是量子力學(xué)中最重要的方程。
◆1926年——奧斯卡-克萊因通過整合海森堡和薛定諤創(chuàng)建的量子力學(xué)來解釋卡盧扎假說(關(guān)于量子引力的最早想法之一)。
◆1927年——維爾納-海森堡發(fā)表文章介紹海森堡不確定性原理:Δp·Δx≥h/4π。
◆1927年——索爾維會(huì)議,提出了量子力學(xué)的哥本哈根解釋。
◆1928年——保羅-狄拉克建立了量子力學(xué)的狄拉克方程。
◆1929年——奧斯卡-克萊因預(yù)測(cè)了克萊因悖論,即量子隧穿效應(yīng)。
◆1930年——保羅-狄拉克假設(shè)了正電子。
◆1930年——保羅-狄拉克提出空穴理論( Hole Theory)(也叫狄拉克海模型)。
◆1932年——約翰-馮-諾伊曼從厄米特算子和線性代數(shù)的角度描述了量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
量子力學(xué)的興起(20世紀(jì)中期-20世紀(jì)后期)
隨著量子力學(xué)的基礎(chǔ)工作和數(shù)學(xué)的建立,物理學(xué)家試圖完成以前不完整的原子圖,并在這個(gè)過程中發(fā)現(xiàn)了新的粒子。因此,開始了對(duì)粒子物理學(xué)的探索,而這一探索是由J.J.湯姆森開始的。關(guān)鍵的物理學(xué)家包括理查德-費(fèi)曼。
◆1932年——詹姆斯-查德威克發(fā)現(xiàn)了原子中的中子。
◆1932年——卡爾-D-安德森發(fā)現(xiàn)了正電子。
◆1935年——愛因斯坦、波多爾斯基和羅森發(fā)表了開創(chuàng)性的EPR悖論論文,他們?cè)谡撐闹刑魬?zhàn)了量子力學(xué)的完整性,支持隱變量理論(見玻姆解釋)。
◆1935年——薛定諤提出了著名的薛定諤的貓思想實(shí)驗(yàn),展示了量子疊加的意義。
◆1936年——卡爾-安德森發(fā)現(xiàn)了μ介子(muon)。
◆1939年——奧托-哈恩和弗里茨-斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)鈾的核裂變。
在二戰(zhàn)的陰影下,羅伯特-奧本海默等人領(lǐng)導(dǎo)了曼哈頓計(jì)劃。世界的焦點(diǎn)從科學(xué)轉(zhuǎn)向武器,這一時(shí)期發(fā)明了原子彈、氫彈和其他熱核武器。同時(shí),對(duì)量子力學(xué)的許多不同解釋開始發(fā)展,新興的粒子物理學(xué)領(lǐng)域引起了物理學(xué)家的注意。與此同時(shí),量子場(chǎng)理論領(lǐng)域的工作也在繼續(xù),量子計(jì)算機(jī)的概念也首次被理論化。
◆1942-1945年——奧本海默發(fā)現(xiàn)了量子隧穿。
◆1945年——惠勒和理查德-費(fèi)曼提出惠勒-費(fèi)曼理論。
◆1948年——朝永振一郎和施溫格在量子場(chǎng)論的方法中提出了重正化理論。
◆1948年——理查德-費(fèi)曼介紹了量子力學(xué)的路徑積分表述,并提出了費(fèi)曼圖的概念。
◆1949年——弗里曼-戴森發(fā)明了戴森級(jí)數(shù)。
◆1952年——大衛(wèi)-玻姆提出了量子力學(xué)的玻姆解釋(也稱為隱變量理論和試驗(yàn)波理論)。
◆1952年--沃爾夫?qū)?保羅(不要與沃爾夫?qū)づ堇煜┌l(fā)明了離子阱(后來用于離子阱量子計(jì)算)。
◆1956年——吳健雄進(jìn)行了吳氏實(shí)驗(yàn),證明弱相互作用中的宇稱不守恒(parity violation )。
◆1957年——休-埃弗雷特提出了量子力學(xué)的多世界解釋。
◆1961年——Clauss Jnsson進(jìn)行了電子的雙縫實(shí)驗(yàn),確立了波粒二象性是量子力學(xué)的基本屬性。
◆1963年——尤金-維格納為量子力學(xué)中對(duì)稱性的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
◆1964年——約翰-斯圖爾特-貝爾提出貝爾不等式(又稱貝爾定理),以推翻量子力學(xué)中的隱變量理論,解決了EPR "悖論"。
◆1971年——馬丁努斯-J-G-維特曼和杰拉杜斯-特霍夫特預(yù)測(cè)膠子的存在。
◆1982年——理查德-費(fèi)曼在他的論文《用計(jì)算機(jī)模擬物理學(xué)》中介紹了量子計(jì)算機(jī)的概念。
量子應(yīng)用(20世紀(jì)末-現(xiàn)在)
隨著費(fèi)曼提出在量子硬件上模擬量子現(xiàn)象的想法,建立量子應(yīng)用的競(jìng)賽變得更激烈。這一時(shí)期,伴隨著新的量子協(xié)議硬件實(shí)現(xiàn),以及量子算法的發(fā)明。同時(shí),在理論物理學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了名為超弦理論和M理論的新理論。
◆1994年——彼得-肖爾發(fā)明了肖爾算法,該算法有可能打破現(xiàn)代的RSA密碼學(xué)。
◆1995年——愛德華-威滕提出了M理論,重新審視了一個(gè)被拋棄的理論,弦理論。
◆1997年——兩個(gè)研究小組通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了量子隱形傳態(tài)。
◆1998年——艾薩克-莊、尼爾-格申菲爾德和馬克-庫(kù)比內(nèi)克創(chuàng)造了第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī),可以接受一個(gè)輸入并輸出一個(gè)解。
建造量子計(jì)算機(jī)的競(jìng)賽開始了,由谷歌和IBM這樣的科技巨頭帶頭。人們更加重視量子現(xiàn)象的應(yīng)用。同時(shí),新的物理學(xué)路線發(fā)展起來,尋求將量子力學(xué)與引力合并為量子引力,尋求量子力學(xué)和弦理論的不同方法。
◆2000年--大衛(wèi)-P-迪文森佐概述了創(chuàng)造量子比特的迪文森佐標(biāo)準(zhǔn)。
◆2012年——?dú)W洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)在實(shí)驗(yàn)中證明了希格斯玻色子(俗稱 "上帝粒子")的存在。
◆2014年——科學(xué)家們通過量子隱形傳態(tài)在10英尺的距離內(nèi)傳輸數(shù)據(jù),錯(cuò)誤率為零。
◆2016年--IBM推出基于云的平臺(tái)IBM量子體驗(yàn)。
◆2019年——谷歌憑借其Sycamore量子處理器宣稱量子霸權(quán)。
◆2020年——谷歌人工智能在超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)上模擬了哈特里-福克方程,說明了量子在化學(xué)問題上的優(yōu)勢(shì)。
◆2021年--費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到muon介子的反常磁矩。
至此,我們完成了量子發(fā)展的時(shí)間表(尚未完成)。但是,正如我們所說的,這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的列表,隨著更多的發(fā)展出現(xiàn)和我們對(duì)宇宙最小尺度的認(rèn)識(shí)的擴(kuò)大,這個(gè)列表會(huì)不斷地被更新。
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