量子力学与诺贝尔奖的百年纠缠史

2022年的诺贝尔物理学奖由三位科学家Alain Aspect、John Clauser、Anton Zeilinger分享，以表彰他们各自利用量子纠缠进行了开创性的实验，证伪了贝尔不等式，研究结果也为量子信息技术的发展奠定了基础。

量子力学登顶今年的诺贝尔物理学奖领奖台，不禁让人翻一翻量子力学史及诺贝尔奖史。1900年普朗克出提出了能量子概念，量子大门正式被推开。上世纪二三十年代，量子力学逐步建立起来。一百年来，量子力学已经成为现代物理学的坚实基础，绝大多数诺贝尔物理学奖得主的工作都离不开量子力学这个基础。即使是量子力学建立后，与量子理论相关的研究也屡屡拿下诺贝尔物理学奖以及诺贝尔化学奖。历数有关量子理论的诺贝尔奖会发现，几乎每个年代都有重大量子理论获诺贝尔奖。

1918年普朗克因提出能量子的概念获得了诺贝尔奖，其实在他之前维恩因发现热辐射定律获得了1911年的诺贝尔物理学奖。维恩热辐射定律是普朗克提出能量子概念的前奏。

1905年爱因斯坦提出光量子概念，并解释了光电效应。这使得爱因斯坦获得了1921年诺贝尔物理学奖。

1922年玻尔因提出氢原子结构模型并成功解释了氢原子光谱获得了诺贝尔物理学奖。玻尔后来成为量子力学哥本哈根派的旗手。

1923年德布罗意提出实物粒子也有波动性，并给出实物粒子的波粒二象性数学表达式。这一设想被后来的实验证实，德布罗意因此获得了1929年的诺贝尔物理学奖。

上世纪二十年代，量子力学进入了快速发展时期。薛定谔在德布罗意的基础上建立起量子力学的波动力学，海森堡在薛定谔前面提前一年用不同的数学方法建立量子力学的矩阵力学。海森堡获得了932年的诺贝尔物理学奖，薛定谔获得了1933年的诺贝尔物理学奖。

海森堡的导师波恩没有和海森堡一起分享诺贝尔奖让人感到意外，就连海森堡本人也大吃一惊。不过到了1954年波恩拿到了诺贝尔奖，因为提出波函数的统计解释。

和薛定谔同年获奖的还有狄拉克。海森堡和薛定谔的量子力学只能在低速和低能情况下适用，狄拉克将相对论效应考虑到量子力学中，将量子力学的方程进行了修改。狄拉克的方程包含了电子自旋的项，还预言了反粒子的存在。

泡利因提出泡利不相容原理获得了1945年的诺贝尔物理学奖，泡利不相容原理指的是每个量子态只能有一个电子，该原理关联着半整数自旋粒子的波函数对称性。

1965年，朝永振一郎、施温格、费曼因在量子电动力学中的基础性贡献获得了诺贝尔物理学奖，量子电动力学是由量子力学发展而来，研究电磁相互作用的量子性质以及带电粒子的产生、湮没、散射等。量子电动力学是非常成熟和精确的理论。

电磁场具有规范对称性，麦克斯韦方程组能够在规范变换中保持形式不变。温伯格、格拉肖、萨拉姆研究弱相互作用时认为弱相互作用也有这种规范不变性，他们提出的理论能够描述弱相互作用及电磁相互作用。并且相关预言也在之后得到发现。因提出弱相互作用及电磁相互作用的统一理论，三人分享了1979年的诺贝尔物理学奖。

霍夫特及韦尔特曼因在非阿贝尔规范理论的重正化方面做出杰出贡献获得了1999年的诺贝尔物理学奖。他们阐明了弱相互作用的量子结构，使粒子物理学有了更加牢固的数学基础。

2004年，格罗斯、普利策、韦尔切克因发现量子色动力学中的夸克渐进自由获诺贝尔物理学奖。他们的工作描绘了强相互作用，对粒子物理学及统一场论的研究至关重要。

不止是诺贝尔物理学奖，诺贝尔化学奖中也有量子理论方面的工作。1998年诺贝尔化学奖的得主是美国物理学家科恩及英国数学家波普，他们的工作分别是发展了量子化学中的密度函数理论及量子化学的计算方法。在1981年，霍夫曼及福井谦一因分子轨道相互作用及对称关系的理论获得了诺贝尔化学奖。1954年鲍林因研究化学键的性质及复杂分子结构获诺贝尔化学奖，1966年马力肯因创立化学结构的分子轨道理论获诺贝尔化学奖，这些都可以算是量子理论的发展与突破。

今年量子力学再次登上诺贝尔奖领奖台，可见百年量子力学依然生机盎然。证伪了贝尔不等式意味着玻尔和爱因斯坦的数十年争论可以终结，量子力学最终胜出。量子信息的应用必将在本世纪产生新的变革，量子力学将真正全面走进人类的日常生活。