大家好，接下來的一段時間，我將給大家講一下量子力學，我會盡可能地用通俗易懂的語言來給大家，按照科學史的時間順序，來敘述舊量子論和量子力學的發展。所以我們這個系列就叫量子史話。

按照時間順序敘述的話，有兩個優點，首先是邏輯比較清晰，在一個就是把能說的事，可以一個不落地說完。

在說舊量子論之前，我覺得有必要先回顧下19世紀，經典物理學的輝煌，因為20世紀初，舊量子論的出現并不是一個偶然的事件，在他的身上我們可以看到經典物理學的影子，而且舊量子論的出現本身就是為了解決經典物理學在當時所面臨的困境。

說白了就是，在19世紀的時候，實驗物理學總是超前于理論物理學，在實驗中，大批的物理學家發現了很多用經典物理學理論，無法解釋的現象，每一個無法解釋的現象都是一個坑，因此就挖了很多的坑，挖坑的人有：德國人本生、基爾霍夫，赫茲還有倫琴，法國人貝克勒爾、居里夫人，英國卡文迪許實驗室的湯姆遜，美國人邁克爾遜、莫雷。

他們都是非常有名的實驗物理學家，但實驗物理學家只負責挖坑，不負責填坑，而且一個比一個挖的坑深，等到了20世紀初，當理論物理學家這個職位得到重視的時候，人們才發現，曾經引以為傲的經典物理學大廈，已經風雨飄搖。

我們常說的經典物理學大廈由三棟主樓構成，中間的當然是牛頓建立起來的經典力學大廈，左右兩邊分別是，麥克斯韋統一起來的經典電動力學大廈，和玻爾茲曼完善起來的熱力學和統計力學大廈。

他們分別主管了力、光、電、磁、熱等等這些，我們生活中能看到的所有的一切現象，而且更為神奇的是，這三座大廈都以客觀現實性、和決定性為根基，他們互相呼應、互相補充，沒有明顯矛盾的地方。

說到經典力學是我們最熟悉的，牛頓三大定律解釋了生活中，能夠看到的所有的力學現象，而且牛頓還用簡潔的萬有引力公式，統一了天上和地下，解釋了讓人們困惑的蘋果落地和月球繞地球運行，其實一種力作用的結果；

不過，可惜的是，牛頓力學的巔峰時期并非出現在牛頓在世的時候，因為牛頓本人總是放不下他心中的那個上帝，他仍然認為萬有引力，只是一個，人類總結出來唯象理論，真正的真理還隱藏在上帝的背后；

你要是問牛頓，你的萬有引力真的可以解釋天上行星的運動嗎？牛頓肯定會回答，僅憑萬有引力，沒有上帝之手的參與，行星不可能這樣規律的運轉。

到了18世紀末，也就是牛頓死了幾十年后，法國的科學家拉格朗日和拉普拉斯，分別寫了兩本書：《分析力學》和《天體力學》，這兩本書才真正做到了用牛頓力學去解釋自然萬物。

這里還有一個比較有趣故事，拿破侖曾是拉普拉斯的學生，拉普拉斯在寫完《天體力學》以后，就把這本書拿給了已經是法國皇帝的拿破侖，拿破侖大致看了一下，就發現了一個問題，他問自己的老師，為何你的書中一句也不提上帝，拉普拉斯自豪的說，我不需要上帝這個假設。

沒錯，上帝這個假設已經被自然科學踢出了宇宙，這是牛頓力學最偉大的時刻，順便拉普拉斯還提出了，物理學史上的一只神獸，拉普拉斯妖。

也可以叫它拉普拉斯智者，說的是，如果有一個智者，它可以獲悉宇宙中所有物質此刻的運動狀態，而且還能知道它們所經歷的相互作用，那么這位智者就能知道宇宙萬物的過去、現在和未來。

拉普拉斯形象地描述一個決定性、因果性的宇宙，這是一種思維范式，也是一種哲學觀，在這種思想熏陶下成長起來的物理學家，他們有一個共同的名字叫，經典物理學家。比方說，我們熟悉的洛倫茲、普朗克、愛因斯坦，都可以叫他們經典物理學家。

這也就解釋了為何，洛倫茲推開了相對論的大門，普朗克推開了量子論的大門，卻不敢往進邁一步，愛因斯坦最后到死都無法接受量子力學的概率解釋。

當然這是后話，我們后面再說。

除了拉普拉斯之外，在1846年的時候，還發生一件大事，在1846年之前的幾十年間，人們就發現，天王星運動的軌道速度時快時慢，總是跟理論有偏差，人們就覺得牛頓不應該錯吧，所以就預言了海王星的存在；

法國天文學家烏爾班·勒維耶也是這樣想的，他埋頭一陣算，花了幾個月的時間，竟讓他把海王星的質量、軌道參數、當前位置等等這些信息給算出來了。

1846年的9月23號，德國天文學家就在勒維耶預報的位置，相差不到1°的天區中，找到了以前星圖上從來沒有的暗星，它就是海王星。海王星因此也被稱為筆尖上的行星。

它的發現不僅是經典力學的高光時刻，也代表了人類在，自然未知面前的一次偉大勝利，更是充分展現了科學能夠預測未來和未知的魔力，從此牛頓和它的力學體系，就走上了神壇。以后人們在談論牛頓的時候只能無條件地信任和仰望。

這就是19世紀的經典力學大廈，它莊嚴、雄偉、金碧輝煌，反正你怎樣形容都不為過，就算是把牛頓吹上天，也無法形容他的偉大。下面我們再簡單地說下電動力學和熱力學。

電和磁這兩種現象，人們發現得比較早，自然界本身就存在有天然磁石，而且閃電、靜電也比較常見的現象，但發現這兩者之間存在關系，是在1819年。

這一年丹麥物理學家奧斯特，無意中看到了，放在通電導線旁邊的，羅盤指針發生了偏轉，他就猜測電流可以產生磁場，所以實驗物理學家就來了興趣，開始搗鼓電流。

來年法國人，阿拉果發現，通電導線確實有磁場，因為它可以吸引鐵屑，安培也發現了同樣的現象，兩個通電導線，在電流方向相同和不同的時候，會表現出微弱的斥力和吸引力。

英國人法拉第，順勢就來了一個逆向思維，那既然電能生磁，磁是不是也能生電？他做了一個簡單的實驗，把一個磁鐵在螺旋線圈里，上下抽動，果然產生了電流。

這就是我們現在熟知的，電磁感應現象，那么電和磁這兩種，看起來毫不相干的作用形式，它們之間有什么內在聯系？又如何用數學語言來描述？

1864年，麥克斯韋用一組對稱、優美的方程統一了，電和磁這兩種現象，這兩種現象都是，電磁這個整體的，不同表現形式，就像水有液態又有固態一樣，并且預言了電磁波的存在。

由于計算出來的電磁波的傳播速度，跟當時測量的光速，驚人的一致，麥克斯韋覺得這不是一種巧合，指出了光可能就是一種電磁波。

在麥克斯韋去世8年以后，1887年德國物理學家赫茲，在實驗室還真就發現了電磁波，并且計算了電磁波的前進速度，跟麥克斯韋的預言一致。

至此宏偉的電動力學大廈落成，麥克斯韋在統一電和磁的時候，還順便統一了光學，后世沒有一位科學家，不被麥克斯韋方程組的魅力所折服，玻爾茲曼曾這樣稱贊道：能寫出這樣的數學公式，舍上帝其誰？

最后我們說下熱力學，熱力學主要研究的就是熱現象，和熱在不同系統之間，傳遞的一門學科，比如說熱機向外做功，我們生活中燒開水的過程，以及開水靜置以后變涼的過程，就是熱力學研究的對象。

19世紀末的時候，熱力學三大定律已經基本成型，這三大定律基本上，概括了熱力學所有的內容，尤其是第一定律能量守恒，已經被奉為金科玉律，具有很強的普適性。

熱力學第二定律在克勞修斯、麥克斯韋、玻爾茲曼的努力下，也已經得到了完善，這里需要特別提一下，克勞修斯首次提出了熵的概念，麥克斯韋首次使用統計學，和概率來描述宏觀氣體的狀態，開創造了分子動力學理論。

要知道麥克斯韋的這一操作相當具有開創性，因為當時原子本身是否存在，都還沒有一個準確的說法，要想描述氣體這種宏觀物質，所表現出來的壓力和溫度，只有假設分子是存在的，然后利用統計學，算出氣體內，分子的平均動能，才解釋了氣體的宏觀表現。

比麥克斯韋小13歲的玻爾茲曼，跟麥克斯韋一樣也相信原子、分子是真實存在的，當然他也繼承了麥克斯韋的分子動力學理論。

并且在1870年的時候，將熵和系統內分子的無序狀態聯系起來，在統計力學的角度對熱力學第二定律給出了概率解釋。

至此統計熱力學大廈落成，再加上經典力學、經典電動力學，就構成了經典物理學金碧輝煌的建筑群。

如此成就，讓很多科學家徹底地膨脹了，認為物理學已經盡善盡美，沒啥可以研究了，往后的日子能做的就是修正一些常數，在經典物理學的基礎上，繼續解釋一些還沒有完美解釋的問題，不過這只是時間的問題。

可真實情況是，當人們都認為，經典物理學一統江湖的時候，等待它的將是一場狂風暴雨般的變革。誰也沒有預料到，屹立幾百年的經典物理學大廈，即將在短短的幾十年間轟然倒塌。

原因是在繁榮表象的背后，經典物理學的根基已經出現了問題。上空還飄著兩朵烏云，這兩朵烏云最后孕育出了兩顆參天大樹，成為了現代物理學的兩大支柱。

這也是我們下個視頻要說的經典物理學，所面臨的困境。其實不僅僅是兩朵烏云，在遙遠的天邊，你還能隱約看到幾朵小烏云，它們都是扳倒經典物理學大廈的幫兇。

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