對量子力學做出杰出貢獻的人和事

對量子力學做出杰出貢獻的人和事第一頁，共五十七頁，2022年，8月28日LouisdeBroglie

LouisVictordeBroglie，

著名法國物理學家。1910年取得歷史學學位。在哥哥影響下，他轉向物理學，1913年獲物理學學士學位。1923年，他把光的波粒二象性推廣至實物粒子，在此基礎上，1924年向巴黎大學提交了關于物質波理論的博士論文，并獲得博士學位。但是物質波理論的發(fā)表，并未引起物理界的注意，幸運的是他的博士論文的抄本碰巧傳到愛因斯坦手中。愛因斯坦不僅支持了普朗克的量子論，而且把德布羅意推上了物理學舞臺。薛定諤就是接受了這種物質波的思想后，建立起量子力學的。德布羅意是世界上第一個以博士論文獲得諾貝爾物理學獎（1929年）的學者。

第二頁，共五十七頁，2022年，8月28日薛定諤貓Schroedinger'scat

實驗內容：這只貓十分可憐，她被封在一個密室里，密室里有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個錘子，錘子由一個電子開關控制，電子開關由放射性原子控制。如果原子核衰變，則放出α粒子，觸動電子開關，錘子落下，砸碎毒藥瓶，釋放出里面的氰化物氣體，貓必死無疑。這個殘忍的裝置由薛定諤所設計，所以此貓便叫做薛定諤的貓。薛定諤貓是關于量子理論的一個理想實驗第三頁，共五十七頁，2022年，8月28日

由于原子核在何時衰變是隨機事件，具有不確定性，所以在密室未打開進行觀測之前，貓的狀態(tài)也是不確定的，用量子力學的術語來說，就是處于“死與活的疊加狀態(tài)”——既死了又活著！

按照常識，密室中貓的狀態(tài)必是以下兩者之一：貓死了，貓還活著。但量子力學告訴我們，存在一種二者疊加的狀態(tài)：貓既是死的又是活的。這種混沌不確定的狀態(tài)在密室被打開之前將一直保持下去。只有等到密室被打開的一瞬間，某個確定態(tài)才會從不確定的疊加態(tài)中蹦出來。宏觀物體具有了量子的測不準性。第四頁，共五十七頁，2022年，8月28日1.薛定諤簡介(E．Schr?dinger,1887～1961)

奧地利理論物理學家，波動力學的創(chuàng)始人。薛定諤1887年生于維也納。1910年獲得博士學位。第一次世界大戰(zhàn)期間，他服役于一個炮兵要塞，利用閑暇研究理論物理學。戰(zhàn)后回到第二物理研究所。1920年擔任M．維恩的物理實驗室助手。1921年，薛定諤受聘到瑞士蘇黎士大學任數學物理學教授，在那里工作了6年。1927年接替普朗克任柏林大學理論物理學教授。同年當選為普魯士科學院院士。1933年受德國納粹黨徒的迫害，離開蘇黎士到英國任牛津大學物理學教授。同年和狄拉克一起榮獲諾貝爾物理學獎。波動力學的建立第五頁，共五十七頁，2022年，8月28日1936年回到奧地利，1938年奧地利淪陷，薛定諤再度受到納粹的迫害，于9月1日僅“帶了一只小小皮箱”逃往愛爾蘭的都柏林，在都柏林高級研究所，成為理論物理學的領導。在那里，他逗留了17年。在此期間，他繼續(xù)從事科學研究，并發(fā)表了許多論文。1956年，他回到奧地利，成為維也納大學物理系的名譽教授。奧地利政府給了他極大的榮譽，設立了以他的名字命名的國家獎金，并把第一次獎金授予他本人。

1957年薛定諤接受了德國高級榮譽勛章。他還被許多大學和科學團體授予榮譽學位，其中包括英國倫敦皇家學會、柏林普魯士科學院、奧地利科學院等。1961年1月4日，在奧地利病逝。第六頁，共五十七頁，2022年，8月28日路德維?！げ柶澛?844年2月20日－1906年9月5日)是一位奧地利物理學家和哲學家。作為一名物理學家，他最偉大的功績是發(fā)展了通過原子的性質（例如，原子量，電荷量，結構等等）來解釋和預測物質的物理性質（例如，粘性，熱傳導，擴散等等）的統(tǒng)計力學，并且從統(tǒng)計意義對熱力學第二定律進行了闡釋。1906年，他的精神狀態(tài)已經糟糕到他不得不離職。當年9月他在與他妻子及女兒在意大利的里亞斯特度假時自縊身亡?！霸诱摗焙汀拔苷摗钡臓幷?普朗克站在玻爾茲曼一邊，但由于普朗克當時名氣還小，最多只是扮演了玻爾茲曼助手的角色。玻爾茲曼卻不承認這位助手的功勞，甚至有點不屑一顧。盡管都反對“唯能論”，普朗克的觀點與玻爾茲曼的觀點還是有所區(qū)別。尤其讓玻爾茲曼惱火的是，普朗克對玻爾茲曼珍愛的原子論并沒有多少熱情。晚年，當普朗克向他報告自己以原子論為基礎來推導輻射定律時,才轉怒為喜。第七頁，共五十七頁，2022年，8月28日保羅·朗之萬：1872年1月23日－1946年12月19日），法國重要的物理學家，主要貢獻有朗之萬動力學及朗之萬方程。他是反法西斯知識分子警覺委員會的創(chuàng)始人之一，該委員會是一個尾隨1934年2月6日極右暴亂成立的反法西斯組織。他曾于1944年至1946年任法國人權聯盟主席（當時他剛加入了法國共產黨）。1897年，他來到劍橋大學，在約瑟夫·湯姆孫的指導下于卡文迪許實驗室學習。后來，朗之萬回到巴黎大學，并在皮埃爾·居里的指導下于1902年取得博士學位。1904年，朗之萬成為法蘭西學院的物理學教授。1909年任法蘭西學院教授，1934年當選為法蘭西科學院院士，1930年和1933年曾兩度當選為索爾維物理學會議主席。于1934年入選法國科學院。他是德布羅意的博士導師。

居里夫人晚年跟丈夫生前的學生保羅·朗之萬有一段韻事，這個事件在法國鬧得風風雨雨。愛因斯坦對這件事的看法是：“如果他們相愛，誰也管不著。”他在1911年11月23日給居里夫人寫了封信。他們都取得了非凡的學術成就，都是被后人景仰的物理學家。多年后，居里夫人的孫女嫁給了郎之萬的孫子。第八頁，共五十七頁，2022年，8月28日經典量子力學照片

世界上絕無僅有的照片：在一幅照片里集中了如此之多、水平如此之高的人類精英。

第九頁，共五十七頁，2022年，8月28日第十頁，共五十七頁，2022年，8月28日瑪麗亞·斯克沃多夫斯卡-居里（波蘭語：MarieSk?odowska-Curie，1867年11月7日－1934年7月4日），通常稱為瑪麗·居里（法語：MarieCurie）或居里夫人（MadameCurie），波蘭裔法國籍女物理學家、化學家。她是放射性現象的研究先驅，是獲得兩次諾貝爾獎的第一人及唯一的女性，也是唯一獲得二種不同科學類諾貝爾獎的人。瑪麗·居里是巴黎大學第一位女教授。1995年，她與丈夫皮埃爾·居里一起移葬先賢祠?，旣悺ぞ永锏某删桶ㄩ_創(chuàng)了放射性理論，放射性的英文Radioactivity是由她命名的，她發(fā)明了分離放射性同位素的技術，以及發(fā)現兩種新元素釙（Po）和鐳（Ra）。在她的指導下，人們第一次將放射性同位素用于治療癌癥。1891年追隨姐姐布洛尼斯拉娃至巴黎讀書。她在巴黎取得學位并從事科學研究。她是巴黎和華沙“居里研究所”的創(chuàng)始人。1903年她和丈夫皮埃爾·居里及亨利·貝克勒共同獲得了諾貝爾物理學獎，1911年又因放射化學方面的成就獲得諾貝爾化學獎。她的長女伊雷娜·約里奧-居里和長女婿弗雷德里克·約里奧-居里于1935年共同獲得諾貝爾化學獎。第十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日雖然瑪麗·居里是法國公民，人身在異國，但也從未忘記她的波蘭出身。她教女兒波蘭文，也帶她們去過波蘭。她以祖國波蘭的名字命名她所發(fā)現的第一種元素釙，并在1932年在她的家鄉(xiāng)華沙建立了由她的姐姐、醫(yī)生布洛尼斯拉娃主持的鐳研究所（即現在的瑪麗亞·斯克洛多夫斯卡-居里腫瘤學研究所，華沙居里研究所）?，旣悺ぞ永镆虮┞对谶^量放射線而導致的再生障礙性貧血，在1934年病逝于法國上薩瓦省的療養(yǎng)院，暴露在過量放射線的原因可能是在第一次世界大戰(zhàn)時使用流動式X光機所造成。在第一次世界大戰(zhàn)時期，居里夫人倡導用放射學救護傷員，推動了放射學在醫(yī)學領域里的運用。居里夫人常是貨幣和郵票上的主題，在20世紀90年代的通貨膨脹中，居里夫人的頭像曾出現在波蘭和法國的貨幣和郵票上。96號化學元素鋦（Cm）就是為了紀念居里夫婦所命名的。除獲諾貝爾獎外，她的各種榮譽稱號有：會員56個，會長2個，院士19個，院長1個，博士20個，教授1個，榮譽市民3個；另外獲得獎金10項，獎章16枚。愛因斯坦曾說：“在所有著名人物中，居里夫人是唯一不為榮譽所腐蝕的人?！钡谑?，共五十七頁，2022年，8月28日故事：父子諾貝爾獎1927年，喬治.湯姆遜著名的約瑟夫.湯姆遜的兒子，證明了電子的波動性。戴維遜和湯姆遜分享了1937年的諾貝爾獎金。有意思的是，J.J.湯姆遜因為發(fā)現了電子的粒子性而獲得諾貝爾獎，G.P.湯姆遜卻推翻了老爸的電子是粒子的觀點，證明電子是波而獲得同樣的榮譽。歷史有時候，實在富有太多的趣味性。相似的科學豪門，也不是絕無僅有：

居里夫人和她的丈夫皮埃爾居里于1903年分享諾貝爾獎(居里夫人在1911年又得了一個化學獎)。他們的女兒約里奧居里(IreneJoliot-Curie)也在1935年和她丈夫一起分享了諾貝爾化學獎。1915年，WilliamHenryBragg和WilliamLawrenceBragg父子因為利用X射線對晶體結構做出了突出貢獻，分享了諾貝爾物理獎金。大名鼎鼎的尼爾斯玻爾獲得了1922年的諾貝爾物理獎。他的小兒子，埃格玻爾(AageBohr)于1975年在同樣的領域獲獎。

卡爾塞班(KarlSiegbahn)和凱伊塞班(KaiSiegbahn)父子分別于1924和1981年獲得諾貝爾物理獎。

第十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日

喬治·湯姆孫爵士

約瑟夫·湯姆孫爵士

第十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日

1666年，23歲的牛頓為了躲避瘟疫，回到鄉(xiāng)下的老家度假。在那段日子里，他一個人獨立完成了幾項開天辟地的工作，包括發(fā)明了微積分（流數），完成了光分解的實驗分析，以及萬有引力的開創(chuàng)性工作。在那一年，他為數學、力學和光學三大學科分別打下了基礎，而其中的任何一項工作，都足以讓他名列有史以來最偉大的科學家之列。很難想象，一個人的思維何以能夠在如此短的時間內涌動出如此多的靈感，人們只能用一個拉丁文annusmirabilis來表示這一年，也就是“奇跡年”。故事：奇跡年第十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日

1905年的愛因斯坦也是這樣。在專利局里蝸居的他在這一年發(fā)表了6篇論文，3月18日，發(fā)表關于光電效應的文章，這成為了量子論的奠基石之一。4月30日，發(fā)表了關于測量分子大小的論文，這為他贏得了博士學位。5月11日和后來的12月19日，兩篇關于布朗運動的論文，成了分子論的里程碑。6月30日，發(fā)表題為《論運動物體的電動力學》的論文，這個不起眼的題目后來被加上了一個如雷貫耳的名稱，叫做“狹義相對論”。9月27日，關于物體慣性和能量的關系，這是狹義相對論的進一步說明，并且在其中提出了著名的質能方程E=mc2。

第十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日量子論被人們戲稱為“男孩物理學”量子論的發(fā)展幾乎就是年輕人的天下：1925年，海森堡做出矩陣力學的時候，他剛剛24歲。愛因斯坦1905年提出光量子假說的時候，也才26歲。玻爾1913年提出他的原子結構的時候，28歲。德布羅意1923年提出相波的時候，31歲。在歷史上閃閃發(fā)光的量子論的主要人物成名時的年齡：泡利25歲，狄拉克23歲，烏侖貝克25歲，古德施密特23歲，約爾當23歲。薛定諤36歲，波恩43歲。波恩在哥廷根的理論班，也被人叫做“波恩幼兒園”。第十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日古德斯密特（Goudsmit,SamuelAbraham)荷蘭-美國物理學家。1902年7月11日生于荷蘭的海牙；1978年12月4日卒于內華達。古德斯密特的專業(yè)生涯是與烏倫貝克緊密相連的。二人一起在萊頓大學求學，并在1927年獲得博士學位。他們又一起搞研究，論證了泡利的第四量子數可以解釋為粒子的自旋。和烏倫貝克一樣，他也在1927年來到美國，并在密執(zhí)安大學工作。第二次世界大戰(zhàn)期間，他在馬薩諸塞理工學院工作。1944年，他作為被美國政府派往歐洲的科學家之一，在被西方盟國逐漸收復的區(qū)域內探尋德國在制造原子彈研究工作中可能取得的任何進展。1948年，古德斯密特成為國立布魯克黑文實驗室的物理研究人員。第十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日第十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日保羅·埃倫費斯特（德語：PaulEhrenfest，1880年1月18日－1933年9月25日），奧地利數學家、物理學家，1922年取得荷蘭國籍。他的貢獻的領域主要是在統(tǒng)計力學及對其與量子力學的關系的研究上，還有相變理論及埃倫費斯特定理。他去柏林遇到了普朗克，在萊比錫他遇見了他的老朋友赫格洛茲，在慕尼黑他遇到了索末菲，然后是蘇黎世、維也納。在布拉格的時候他初次遇見了愛因斯坦，那時起他們成為了密友。愛因斯坦建議埃倫費斯特繼承他在布拉格大學的位置不過那并不成功因為他沒有宗教信仰。索末菲給了他一個在慕尼黑的職位，不過埃倫費斯特得到了一個更好的；當時事情出現了意外的變化：洛倫茲辭去了他在萊頓大學的教授職位，他建議并任命埃倫費斯特為他的繼任者。

他在量子物理學包括相變理論和埃倫費斯特理論做出了杰出貢獻。以他名字命名的關于相對性的一個明顯悖論至今人被討論。以他名字命名的還有埃倫費斯特時間，一種量子動力學和經典動力學在其中表現差異的時間。埃倫費斯特還對發(fā)展經濟學中的數學理論有興趣。這種興趣來源于他相信熱力學和經濟過程之間存在類比關系。雖然這并沒有產生任何出版物，他卻鼓勵了他的學生延伯根繼續(xù)研究下去。延伯根的論文被同時提交到然后物理和經濟學，他再接再厲成為了一個經濟學家，并于1969年第一次獲得了諾貝爾經濟學獎。

第二十頁，共五十七頁，2022年，8月28日科學家用量子力學解釋靈魂的存在

目前，英國著名的物理學家羅杰-彭羅斯(他和霍金一起證明了“奇性定理”)和美國意識研究中心主任哈梅羅夫提出，大腦中的量子物質形成了“靈魂”，當人死亡之后大腦微管的量子信息離開身體進入到宇宙。他們指出，人體瀕死體驗是微管量子引力效應，這一效應也被稱為“微管量子目標還原調諧(Orch-OR)”，因此我們的靈魂并不只是大腦神經細胞的交互。事實上它們形成于宇宙之中。

哈梅羅夫在科學頻道記錄片《穿越蟲洞》中指出，比方說心臟停止跳動，血液停止流動，微管將失去它們的量子狀態(tài)。微管中的量子信息并未被破壞，它是無法被摧毀的，只是被干擾，驅散分布在整個宇宙。認為量子物理學研究開始驗證“微管量子目標還原調諧”理論，基于近期研究顯示的量子效應能夠驗證許多重要的生物學進程，例如：氣味、鳥類導航和光合作用。

第二十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日史蒂芬·威廉·霍金（史蒂芬·霍金），英國劍橋大學應用數學、理論物理學系教授，當代最重要的廣義相對論和宇宙論家，是當今享有國際盛譽的偉人之一，被稱為在世的最偉大的物理學家，還被稱為“宇宙之王”。70年代他與彭羅斯一起證明了著名的奇性定理，為此他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎。他因此被譽為繼愛因斯坦之后世界最偉大的物理學家。奇點定理：聯同當時已研究奇點的彭羅斯發(fā)展一套數學公式，證明宇宙不能反彈。該學說認為，如果廣義相對論正確，宇宙起源將存在一個奇點。當時，奇點一般被視作黑洞的中心，內里有密度無限強、引力無限重、限時空曲率無限大，霍金當時設想，若重新走回宇宙誕生之時，全部物質聚成一點，這亦即為奇點。

他承認外星人的存在后，又發(fā)表一個驚人論述：他聲稱帶著人類飛入未來的時光機，在理論上是可行的，所需條件包括太空中的蟲洞或速度接近光速的宇宙飛船。不過，霍金也警告，不要搭時光機回去看歷史，因為“只有瘋狂的科學家，才會想要回到過去‘顛倒因果’?！?/p>

第二十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日量子糾纏幽靈與宇宙蟲洞

美科學家提出新的觀點認為量子糾纏與宇宙蟲洞之間存在關聯，如果這個假設發(fā)展成理論，那么可以將量子力學和廣義相對論統(tǒng)一起來。伊利諾伊州阿貢國家實驗室與加利福尼亞州圣迭戈超級計算機中心聯合對宇宙時空進行了研究，發(fā)現理論上存在連接遙遠宇宙中兩個時空的渠道，這可能與量子糾纏有關，在量子力學的框架下，兩個粒子不論距離的遠近都會形成一定的相互影響，從宏觀上看，量子糾纏現象非常奇怪，這個發(fā)現有助于科學家使用微觀尺度的量子力學來研究宇宙的大尺度問題。長期以來，科學家一直試圖開發(fā)一種大統(tǒng)一理論來描述宇宙中全部事件，但是到目前為止依然沒有有效的發(fā)現成果。目前研究人員有兩種不同的理論來研究宇宙，這就是量子力學和廣義相對論，兩個理論可以分別解釋微觀的小尺度和宏觀的大尺度宇宙時空，但是兩種理論無法統(tǒng)一。對于蟲洞理論，愛因斯坦廣義相對論預言了一種時空通道的存在，即愛因斯坦-羅森橋，這是目前連接兩個時空的快速通道理論，有趣的是，量子力學也有類似的現象，可以在兩個遙遠的粒子間建立“聯系”，這就是量子糾纏，理論物理學家克里斯坦·詹森認為從目前看量子糾纏是個“事實”，即便兩個相距數光年的粒子也會出現“心靈感應”，愛因斯坦也曾經認為這個現象是看不見的遠距離“幽靈行為”，科學家通過無數次的實驗證明了量子糾纏是真實的，因此也試圖將該技術發(fā)展成未來的量子加密技術和量子計算機。但是科學家又提出了另一種觀點，量子力學體系下是否僅僅存在三維空間，在普朗克尺度上的時空定義顯然是多維的，加上時間維后還有第五維度，這或許是通過宇宙大統(tǒng)一理論的一條捷徑

第二十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日量子糾纏：在量子力學里，兩個粒子在經過短暫時間彼此耦合之后，單獨攪擾其中任意一個粒子，會不可避免地影響到另外一個粒子的性質，盡管兩個粒子之間可能相隔很長一段距離，這種關聯現象稱為量子糾纏（quantumentanglement）。像光子、電子一類的微觀粒子，或者像分子、巴克明斯特富勒烯、甚至像小鉆石一類的介觀粒子，都可以觀察到量子糾纏現象。由兩個以上粒子組成的量子系統(tǒng)也可能會發(fā)生量子糾纏。量子糾纏是一種純粹發(fā)生于量子系統(tǒng)的現象；在經典力學里，找不到類似現象。1935年，在普林斯頓高等研究院，愛因斯坦、博士后羅森、研究員波多爾斯基合作完成論文《物理實在的量子力學描述能否被認為是完備的？》，并且將這篇論文發(fā)表于5月份的《物理評論》。這是最早探討量子力學理論對于強關聯系統(tǒng)所做的反直覺預測的一篇論文。在這篇論文里，他們詳細表述EPR悖論，試圖借著一個思想實驗來論述量子力學的不完備性質。他們并沒有更進一步研究量子糾纏的特性。薛定諤閱讀完畢EPR論文之后，有很多心得感想，他用德文寫了一封信給愛因斯坦，在這封信里，他最先使用了術語Verschr?nkung（他自己將之翻譯為“糾纏”），這是為了要形容在EPR思想實驗里，兩個暫時耦合的粒子，不再耦合之后彼此之間仍舊維持的關聯。不久之后，薛定諤發(fā)表了一篇重要論文，對于“量子糾纏”這術語給予定義，并且研究探索相關概念。薛定諤體會到這概念的重要性，他表明，量子糾纏不只是量子力學的某個很有意思的性質，而是量子力學的特征性質，在量子力學與經典思路之間做了一個完全切割。如同愛因斯坦一樣，薛定諤對于量子糾纏的概念并不滿意，因為量子糾纏似乎違反了，在相對論里，對于信息傳遞所設定的速度極限。后來，愛因斯坦更譏諷量子糾纏為鬼魅般的超距作用。

目前應用：量子秘鑰分發(fā)、密集編碼、量子算法、量子計算機等。第二十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日科學還是幻想：量子武器量子武器實際上是一種殺人于無形的武器，如果把它安裝在車輛上，任何目標都會被它一掃而亡；如果把它安裝在艦艇上，任何目標都會被它一掃而亡；如果把它安裝在飛機上，任何目標都會被它一掃而亡；如果把它安裝在地球衛(wèi)星上，就等于每個人的頭上都懸著一把無形的刀。量子物理學攻關、試驗成功后至少可生產如下武器：反物質炮：因為物質是由分子和原子組成，原子是由帶負電的電子和帶正電的原子核組成，如果由帶正電的電子與帶負電的原子核組成原子，那么就是反原子，由反原子就可組成反物質。當反物質正物質接觸時會產生湮滅效應、放出光子和介子，同時釋放出巨大能量，也就是說會爆炸。一毫克反物質與一毫克正物質湮滅時會產生相當于430噸TNT的爆炸力，因此現在的許多科學家都認為反物質武器將是繼核武器之后的又一種毀滅性武器。

第二十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日重力場發(fā)生器：其實就是個人造黑洞。

反量子武器：反量子武器是個量子防護罩，如果研制成功它就能抵抗所有物理攻擊。重力波炮：重力波炮是一種量子定向能武器，其原理同樣是量子凝縮。由于在宇宙中缺乏媒介，聲波、沖擊波等無法傳播，導致傳統(tǒng)的爆炸性武器、包括核武器的效果都大打折扣。而重力波則沒有這個限制，因此在宇宙中，定向發(fā)射的高能重力波可以很容易做到擴散性殺傷的效果。在這一領域起步最早的是德國，二戰(zhàn)末，德國中央科學院就開始了量子武器和反量子武器計劃的研究和發(fā)展，并取得了非常的進展。二戰(zhàn)結束后，美國和前蘇聯分別奪取了部分德國遺留的量子武器和反量子武器資料并深為這種比核武器更具威力的武器所震撼。國外有人認為中國在這一領域的研究已經非常深入。第二十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日郭光燦（中國科學院院士物理學家）

郭光燦教授，1942年生于福建惠安。1965年畢業(yè)于中國科學技術大學無線電電子學系并留校任教?，F任中國科學技術大學教授、中國科學院量子信息重點實驗室主任。2003年當選中國科學院院士。2009年當選為第三世界科學院院士?？萍疾俊?73”項目“量子通信與量子信息技術”首席科學家，中科院重要方向項目首席科學家，國家基金委創(chuàng)新群體學術帶頭人。畢生從事量子光學、量子密碼、量子通信和量子計算的理論和實驗研究。被稱為：中國量子光學第一人；法國人用他的方案獲諾貝爾獎。提出概率量子克隆原理，推導出最大克隆效率，在實驗上研制成功概率量子克隆機和普適量子克隆機。兩項原創(chuàng)性的應用基礎研究成果：“概率量子克隆”和“量子避錯編碼”。2000年，郭光燦研究組憑借“利用光腔制備兩原子糾纏的方案”研究再次引起世界矚目。后來，法國科學家沙吉·哈羅徹用實驗證明了這一理論。他在實驗成功之后給郭光燦發(fā)了一封郵件說：我們祝賀你，我們在實驗上把你的方案做成了。沙吉也沒想到，十年之后，他借此獲得了2012年諾貝爾物理學獎。第二十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日

兩項原創(chuàng)性的應用基礎研究成果：“概率量子克隆”和“量子避錯編碼”。前者為解決量子信息領域的難題即信息提取問題提供了有效方法，被國際學術界稱為“段－郭概率量子克隆機”“段－郭界限”，同時在實驗上研制成功量子克隆機，被認為是“該領域最激動人心的進展之一”；后一成果為克服量子信息技術實際應用的主要障礙即消相干問題提供新的方法，成為學術界公認的三種不同原理編碼之一，并被美國若干著名實驗室在實驗上所證實。完成14.8公里光纖量子密鑰的實驗，在3.2公里的中科大東西校區(qū)之間通過地下光纜建立了國內第一條基于量子密碼的保密通信線路，為量子通信走向實用邁出可喜的一步。提出“實用量子處理器”和“信道加密”兩個新的實施方案，前者已被法國學者在實驗上所證實，被認為是可實用化的器件，后者是與現有所有量子密碼方案不同的新方案，有其獨特優(yōu)點，被國際同行詳細推廣引用。

科學成就：中科院方向性項目首席專家，國家科技部973項目“量子通信和量子信息技術”的首席科學家。已發(fā)表SCI論文820篇，其中PRL26篇，PRA229篇；被SCI總引用10781次，他引9788次；出版著（譯）作11部，已培養(yǎng)博士40余名，碩士30余名，其中全國百篇優(yōu)秀博士論文獲得者4名，國家杰出青年基金獲得者2名。

第二十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日海森堡的不確定（測不準）原理

測不準關系：1927年，海森堡在論文《量子論中運動學和動力學的可觀測內容》中，提出了著名的“測不準原理”。為了說明他的測不準原理，海森堡設計了一個理想實驗：用一個γ射線顯微鏡觀測一個電子。由于顯微鏡的分辨率受光波波長的限制，為了精確確定電子的位置，應該使用波長短的光，而波長越短，光子的動量越大，根據康普頓散射，引起電子動量的變化就越大。因此電子的位置愈準確，就愈難確定電子的動量。反之亦然。

海森堡認為，微觀粒子既不是經典的粒子，也不是經典的波；當人們用宏觀儀器觀測微觀粒子時，就會發(fā)生觀測儀器對微觀粒子行為的干擾，使人們無法準確掌握微觀粒子的原來面貌；而這種干擾是無法控制和避免的，通過仔細分析，海森堡得出電子坐標的不確定程度Δx和動量的不確定程度Δp遵從：Δx·Δp～h；同樣，能量和時間這種正則共軛物理量也遵從測不準關系，海森堡認為“這種不確定性，正是量子力學中出現統(tǒng)計關系的根本原因”。第二十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日一代傳奇：海森堡維爾納·卡爾·海森堡（1901年12月5日－1976年2月1日），德國物理學家，量子力學的主要創(chuàng)始人，“哥本哈根學派”的代表人物，1932年諾貝爾物理學獎獲得者。量子力學是整個科學史上最重要的成就之一，他的《量子論的物理學基礎》是量子力學領域的一部經典著作。由于他的重要影響，在美國學者麥克·哈特所著的《影響人類歷史進程的100名人排行榜》，海森堡名列第46位。1927年，海森堡發(fā)表了《量子理論運動學和力學的直觀內容》一文，提出了深具影響力的“測不準原則”，奠定了從物理學上解釋量子力學的基礎。他認為，當我們的工作從宏觀領域進入微觀領域時，我們的宏觀儀器(觀測工具)必然會對微觀粒子(研究對象)產生千擾。海森堡第三十頁，共五十七頁，2022年，8月28日第二次世界大戰(zhàn)開始后，迫于納粹德國的威脅，丹麥的大物理學家玻爾離開了心愛的哥本哈根理論物理研究所，離開了朝夕相處的來自世界各地的同事，遠赴美國。德國的許多科學家也紛紛背井離鄉(xiāng)，堅決不與納粹勢力妥協(xié)。然而，有一位同樣優(yōu)秀的物理學家卻留下來了，并被納粹德國委以重任，負責領導研制原子彈的技術工作，遠在異鄉(xiāng)的玻爾憤怒了，他與這位過去的同事產生了尖銳的矛盾，并與他形成了終生未能化解的隔閡。有趣的是，這位一直未能被玻爾諒解的科學家卻在1970年獲得了“玻爾國際獎章”，而這一獎章是用以表彰“在原子能和平利用方面做出了巨大貢獻的科學家或工程師”的。歷史在此開了個巨大的玩笑，這玩笑的主人公就像他發(fā)現的“不確定性原理”一樣，一直讓人感到困惑和不解。他就是量子力學的創(chuàng)始人——海森堡。第三十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日海森堡曾經是納粹德國的核武器的領導人，不過納粹德國自始至終都沒有能力將核武器從理論變?yōu)楝F實。一種似乎是海森堡本人提供的說法稱海森堡其實并不信任希特勒政權，他在盡力拖延納粹德國的研究計劃。不過一些科學家則對這種說法嗤之以鼻，他們認為恰恰是因為海森堡的“無能”才導致了納粹德國核武器計劃的失敗。第二次世界大戰(zhàn)后，海森堡在促進原子能和平應用上做出了很大貢獻。1957年，他和其他德國科學家聯合反對用核武器武裝德國軍隊。他還與日內瓦國際原子物理學研究所密切合作，并擔任了這個研究機構的第一任委員會主席。第三十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日科學論戰(zhàn)

在1930年10月召開的第六屆索爾維會議上，愛因斯坦與玻爾的爭論達到一個高潮。會議主題是“物質的磁性”，不過關于量子力學的討論卻成了實際上的主要內容。起因是愛因斯坦提出了一個新的理想實驗，試圖從能量和時間這一對共軛變量的測量來否定測不準關系。①“光子箱”實驗：如圖示。一個光子箱懸掛在上底座上，不消耗輻射能。箱壁上開一小孔C，并設有用計時裝置控制的快門。箱子下面掛一重物G，整個箱子重量可由裝在箱子外面的指針測定。在從快門打開到閉合的時間Δt里，只讓一個光子飛出；Δt可通過計時裝置精確測定；由于飛出一個光子而引起的整個箱子的質量改變Δm也可精確測定，由質能關系式即可計算出能量的變化ΔE。這樣Δt和ΔE就可同時精確測定。測不準關系不再成立。第三十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日

聽了愛因斯坦“光子箱”的發(fā)言，據說當時玻爾“面色蒼白，呆若木雞”。面對這一嚴重挑戰(zhàn)，玻爾經過一個不眠之夜的思考，終于找到了愛因斯坦的疏漏之處，第二天玻爾做了一個漂亮的回答。他指出，如果光子箱的重量是用彈簧秤來測量的，那么當光子飛出去而引起箱子的重量發(fā)生變化時，箱子必將沿重力方向發(fā)生運動。這時，即使重量的測量是準確的，但是由于箱子在重力場中發(fā)生了位置變化，箱子內的鐘的快慢也將因廣義相對論的紅移效應而發(fā)生改變，從而使時間的測量產生一個不確定量。玻爾由此得出結論：用這種儀器作為精確測定光子能量的工具，將不能控制光子逸出的時間。

愛因斯坦精心設計的“光子箱”理想實驗，不但沒有難倒玻爾，反而成了測不準原理的一個絕好例證。愛因斯坦不得不承認玻爾的結論無可指責。第三十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日由于二次世界大戰(zhàn)，爭論平息了一個時期。直到1949年，才不再針鋒相對的論戰(zhàn)了。這是一場真正的科學論戰(zhàn)。愛因斯坦完全承認，統(tǒng)計性的量子理論為理論物理學代來了極其重大的進展；這個理論也是迄今為止唯一能把二相性在邏輯上統(tǒng)一起來的理論。玻爾據他的助手回憶，在每一個重大問題上，玻爾習慣上總是先考慮愛因斯坦是怎樣想的；1962年11月18日玻爾逝世時，人們在他工作室的黑板上發(fā)現了兩張草圖，其中之一就是愛因斯坦的光子箱。第三十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日量子力學：矩陣力學的建立

矩陣力學是量子力學其中一種的表述形式，它是由海森堡、玻恩和約爾當于1925年完成的。矩陣力學的思想出發(fā)點是針對玻爾模型中許多觀點，諸如電子的軌道、頻率等，都不是可以直接觀察的。反之，在實驗中經常接觸到的是光譜線的頻率、強度、偏極化，與及能階。海森堡計劃創(chuàng)造一個理論，只是用光譜線的頻率、強度、偏極化等觀念。他的做法是受到愛因斯坦在相對論中對時間、空間作“操作定義”分析的影響。波動力學和矩陣力學的等價性。兩種理論都是以微觀粒子具有波粒二象性這一實驗事實為基礎，通過與經典理論的類比而建立起來的。后來，把矩陣力學和波動力學合在一起，統(tǒng)稱為量子力學。傳奇人物海森堡先后跟隨索末菲，玻恩和玻爾學習，并在他們的指導下，研究量子論。海森堡曾經說過：“在索莫菲那里學了物理，玻恩那里學了數學，玻爾那里學了哲學。”第三十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日量子力學：矩陣力學的建立

海森堡的數學方法，當時對大多數物理學家并不熟悉，包括海森堡本人也沒有把握，他把論文交給了玻恩，請他決定有無發(fā)表的價值。波恩經過幾天的思考后，將論文推薦到《物理紀事》予以發(fā)表。玻恩后來回憶說：“當時海森堡的乘法規(guī)則使我不安，經過八天的苦思冥想，我回憶起在布萊斯勞大學時我從老師羅森斯(Rosanes)教授學到過的代數理論?！边@就是70年前被創(chuàng)立的矩陣演算，所以海森堡的理論就被稱為“矩陣力學”。

隨即波恩運用海森堡的矩陣方法為海森堡的理論建立嚴密的數學基礎，當時海森堡已去英國劍橋訪問，玻恩找了年輕數學家約爾當作助手，于同年9月發(fā)表《關于量子力學Ⅰ》。第三十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日馬克斯·玻恩（MaxBorn，1882年12月11日－1970年1月5日），德國的猶太裔物理學家，量子力學的創(chuàng)始人之一，因對量子力學的基礎性研究尤其是對波函數的統(tǒng)計學詮釋，與瓦爾特·博特共同獲得1954年的諾貝爾物理學獎。

先學法律和倫理學，隨后是數學、物理和天文學。1907年他在哥廷根大學獲得博士學位，導師是希爾伯特。1915年玻恩去柏林大學任理論物理學教授，并在那里與普朗克、愛因斯坦并肩工作，玻恩與愛因斯坦結下了深厚的友誼，即使是在愛因斯坦對玻恩的量子理論持懷疑態(tài)度的時候，他們之間的書信見證了量子力學開創(chuàng)的歷史，后來被整理成書出版。

1925年至1926年他與泡利、海森堡和約爾當一起發(fā)展了現代量子力學（矩陣力學）的大部分理論。1926年又發(fā)表了他自己的研究成果玻恩概率詮釋（波函數的概率詮釋），后來成為著名的“哥本哈根詮釋”，他也因此獲得1954年的諾貝爾物理學獎。同時玻恩還是柏林、哥廷根、哥本哈根、斯德哥爾摩等許多科學院的院士。

第三十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日波動力學和矩陣力學的等價性對立：

隨著波動力學和矩陣力學的創(chuàng)立，在同一研究領域出現了兩個形式完全不同、但同樣有效的量子理論。開始時，兩種理論的創(chuàng)立者對對方的理論都抱有排斥甚至敵視的態(tài)度。海森堡給泡利的信中寫到：“我越是思考薛定諤理論的物理內容，就越感到憎恨。”同樣，薛定諤對矩陣力學也很反感，他說；“這種超越代數的方法簡直無法想象，它如果不使我拒絕的話，至少使我氣餒。”等價：后來薛定諤認真鉆研了矩陣力學，于1926年4月發(fā)表了《關于海森堡-玻恩-約當的量子力學與我的波動力學之間的關系》，從數學上證明了兩種理論的等價性：海森堡的矩陣可以由薛定諤的本征函數構成，反之亦然。5月，薛定諤寫信給狄拉克，說明了兩種理論的一致性。兩種理論都是以微觀粒子具有波粒二相性這一實驗事實為基礎，通過與經典理論的類比而建立起來的。后來，把矩陣力學和波動力學合在一起，統(tǒng)稱為量子力學。第三十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日保羅·狄拉克，英國理論物理學家，量子力學的奠基者之一，并對量子電動力學早期的發(fā)展作出重要貢獻。曾經主持劍橋大學的盧卡斯數學教授席位。他給出的狄拉克方程可以描述費米子的物理行為，并且預測了反物質的存在。1933年，因為“發(fā)現了在原子理論里很有用的新形式”（即量子力學的基本方程——薛定諤方程和狄拉克方程），狄拉克和埃爾溫·薛定諤共同獲得了諾貝爾物理學獎。

1925年維爾納·海森堡提出了著眼于可觀察的物理量的理論，當中牽涉到矩陣相乘的不可交換性。狄拉克發(fā)現了經典力學中泊松括號與海森堡提出的矩陣力學規(guī)則的相似之處。基于這項發(fā)現，他得出更明確的量子化規(guī)則（即正則量子化）。這份名為《量子力學》的論文發(fā)表于1926年，狄拉克也這項工作獲得博士學位。同時埃爾溫·薛定諤以物質波的波方程提出了自己的量子理論。狄拉克很快地發(fā)現到海森堡與薛定諤兩人的理論是彼此互補的，并開始研究起薛定諤的波動力學。第四十頁，共五十七頁，2022年，8月28日

1930年狄拉克出版了他的量子力學著作著作《量子力學原理》，這是物理史上重要的里程碑，至今仍是量子力學的經典教材。在這本書中，狄拉克將海森堡在矩陣力學以及薛定諤在波動力學的工作整合成一個數學體系，當中連結了可觀測量與希爾伯特空間中作用子的關系。書中也介紹了量子力學中廣泛應用的狄拉克δ函數。延續(xù)狄拉克在1939年的文章，1939年他在此書第三版中加入了他的數學符號系統(tǒng)—狄拉克符號。直到今天，狄拉克符號仍然是最廣泛使用的一套量子力學符號系統(tǒng)。

狄拉克的研究風格：他的學生約翰·波羅金侯恩曾回憶道：“有次他被問到對于物理的核心信念，他走向黑板并寫下‘自然的法則應該用優(yōu)美的方程去描述’”。1955年狄拉克在莫斯科大學物理系演講時被問及他個人的物理哲學，他這么回答：“一個物理定律必須具有數學之美。”，狄拉克寫上這句話的黑板至今仍被保存著。第四十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日

恩里科·費米美籍意大利裔物理學家，1938年諾貝爾物理學獎獲得者。他被稱為現代物理學的最后一位通才，對理論物理學和實驗物理學均做出了重大貢獻。他是量子力學和量子場論的創(chuàng)立者之一。他首創(chuàng)了弱相互作用（β衰變）的費米理論，負責設計建造了世界首座自持續(xù)鏈式裂變核反應堆。他還是曼哈頓計劃的主要領導者。以他的名字命名的有費米黃金定則、費米-狄拉克統(tǒng)計、費米子、費米面、費米液體及費米常數等等

由于在人工放射性和慢中子方面的工作，費米被授予了1938年諾貝爾物理學獎。他還是一位杰出的老師。他的學生中有六位獲得過諾貝爾物理學獎。為紀念這位物理學家，費米國家實驗室和芝加哥大學的費米研究所都以他的名字命名。2008年6月11日發(fā)射的大面積伽瑪射線空間望遠鏡于同年8月26日改名為費米伽瑪射線空間望遠鏡做為他身為高能物理先驅的紀念。第四十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日微擾理論的產生

埃爾溫·薛定諤在創(chuàng)立了奠定基石的量子波力學理論后，經過短短一段時間，于1926年，他又在另一篇論文里，發(fā)表了微擾理論。在這篇論文里，薛定諤提到約翰·斯特拉特，第三代瑞利男爵先前的研究。瑞利勛爵曾經在弦的諧振動的微擾研究，得到突破性的結果?，F今，微擾理論時常又被稱為瑞利-薛定諤微擾理論。E.Schr?dinger,AnnalenderPhysik,VierteFolge,Band80,p.437(1926)

第四十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日約翰·斯特拉特，第三代瑞利男爵，1842年11月12日－1919年6月30日），英國物理學家。他與威廉·拉姆齊合作發(fā)現氬元素，并因此獲得1904年諾貝爾物理學獎。他還發(fā)現了瑞利散射，預測了面波的存在。瑞利于1883年最早描述了海鳥的動力翱翔發(fā)表于英國的《自然》雜志。1896年，瑞利提出“雙耳效應”理論，解釋了人為什么能夠分辨聲音的方向。他還參與《大英百科全書》的編寫。他是在19世紀末年達到經典物理學顛峰的少數學者之一，以瑞利散射、瑞利判據、氣體密度測量聞名。1904年獲得諾貝爾物理學獎。研究為量子論的出現奠定了基礎。第四十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日約翰內斯·斯塔克，德國物理學家，種族歧視者，1919年諾貝爾物理學獎獲得者。

原子發(fā)出的譜線在電場作用下產生分裂的一種現象，1913年為德國物理學家斯塔克所發(fā)現。

斯塔克以精湛的研究成果在原子物理學領域里獨領風騷數年。在研究陽射線過程中發(fā)現一種重要規(guī)律，并發(fā)現了“斯塔克效應”、“斯塔克-愛因斯坦方程”、“斯塔克數”等等。因發(fā)現極隧射線的多普勒效應及電場中的分裂而獲1919年諾貝爾物理學獎。

斯塔克是一位種族主義者。希特勒上臺后加入納粹黨籍，被希特勒任命為德國物理技術研究所所長，成為萊納德的同盟者，曾多次在公開場合批判和攻擊海森堡。後因屢次干涉納粹上層官員的事物，被開除納粹黨籍。1947年被盟國軍事法庭宣判服苦役4年。第四十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日含時微擾理論

在量子力學里，含時微擾理論研究一個量子系統(tǒng)的含時微擾所產生的效應。這理論由狄拉克首先發(fā)展成功。由于系統(tǒng)的含微擾哈密頓量含時間，伴隨的能級與本征態(tài)也含時間。所以，不同于不含時微擾理論，含時微擾理論解析問題的目標為:（1）給予初始量子態(tài)，求算某個可觀測量的含時間期望值。（2）一個量子系統(tǒng)的含時間量子態(tài)，仍舊是這系統(tǒng)的不含時零微擾哈密頓量的本征態(tài)的線性組合。求算這系統(tǒng)的量子態(tài)處于某個本征態(tài)的概率幅。第一個結果的重要性是，它可以預測由實驗測量得到的答案。例如，思考一個氫原子的電子，其所在位置的x-坐標的期望值，當乘以適當的系數后，給出這電子的含時間偏振。將一個恰當的微擾（例如，一個震蕩的電位）作用于氫氣，應用含時微擾理論，我們可以計算出交流電的電容率。第二個結果著眼于量子態(tài)處于每一個本征態(tài)的概率。這概率與時間有關。在激光物理學里，假若我們知道這概率，我們就可以計算一個氣體，因為含時間電場的作用，處于某個量子態(tài)的概率密度函數。這概率也可以用來計算譜線的量子增寬(quantumbroadening)。第四十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日理查德·費曼（RichardPhillipsFeynman，1918年5月11日－1988年2月15日），美國物理學家。1965年諾貝爾物理獎得主。提出了費曼圖、費曼規(guī)則和重整化的計算方法，這些是研究量子電動力學和粒子物理學的重要工具。費曼圖是美國物理學家費曼處理量子場論時提出的一種形象化的方法，描述粒子之間的相互作用、直觀地表示粒子散射、反應和轉化等過程。使用費恩曼圖可以方便地計算出一個反應過程的躍遷概率。1943年進入洛斯阿拉莫斯國家實驗室，參與曼哈頓計劃。同年開始在康奈爾大學任教，1951年轉入加州理工學院。在加州理工學院期間，加州理工學院因其幽默生動、不拘一格的講課風格深受學生歡迎。1965年，費曼因在量子電動力學方面的貢獻與施溫格與朝永振一郎共同獲得諾貝爾物理獎。

1986年，費曼受委托調查挑戰(zhàn)者號航天飛機失事事件。費曼先生是美國家喻戶曉的人物，更是二十世紀最杰出、也最具影響力的科學家之一。第四十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日

斯特恩-革拉赫實驗的意義施特恩-格拉赫實驗是德國物理學家奧托·施特恩和沃爾特·格拉赫為證實原子角動量量子化于1921年到1922年期間完成的一個著名實驗，它是歷史上第一次直接觀察到原子磁矩取矢量子化的實驗。奧托·施特恩德國－美國核物理學家、實驗物理學家。他發(fā)展了核物理研究中的分子束方法并發(fā)現了質子磁矩，獲得了1943年的諾貝爾物理學獎。1922年他同瓦爾特·蓋拉赫合作，做了磁場對磁矩的作用力使原子發(fā)生偏轉的斯特恩-蓋拉赫實驗，而后又測量了包括質子在內的亞原子粒子的磁矩。1929年的氫、氦射線衍射實驗是對原子和分子的波性質的精彩演示。斯特恩榮獲了1943年的諾貝爾物理學獎，他是當年唯一的諾貝爾物理學獎得主，他的獲獎理由是：“對分子束方法的發(fā)展以及對質子磁矩的發(fā)現”。獲獎理由中沒有提及斯特恩-蓋拉赫實驗，因為當時蓋拉赫已經是納粹科學家了。第四十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日威利斯·蘭姆（WillisLamb,Junior，1913年7月12日－2008年5月15日），美國物理學家，生于洛杉磯，1955年獲諾貝爾物理學獎。在洛杉磯就讀中學。1934年自加州大學柏克萊分校畢業(yè)。受歐本海默指導,于1938年取得博士學位。曾在牛津、耶魯、哥倫比亞、史丹福與亞利桑那等大學任教。1963年獲選為美國藝術與科學學院院士。

蘭姆（WillisEugeneLamb,1913-）因發(fā)現氫光譜的精細結構，庫什（PolykarpKusch,1911-1993）因精密測定電子磁矩，共同分享了1955年度諾貝爾物理學獎。

第四十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日

烏倫貝克出生在荷蘭的殖民地。他是在本國受的教育，1927年獲萊頓大學博士學位，隨后移居美國至今。他先在密執(zhí)安大學工作數年，第二次世界大戰(zhàn)期間，在馬薩諸塞理工學院從事雷達的研究工作。1961年以來，他一直在紐約市的洛克菲勒學院。當他還在萊頓大學讀書的時候，就作出了生平最重要的貢獻。時值泡利論證了必須有四個量子數才能完備地描述原子中的電子后不久，烏倫貝克和他的同事古德斯密特也論證說這第四個量子數可方便地理解為粒子的自旋，并進一步指出電子自旋單位是其它量子單位的一半。最后，人們發(fā)現，幾乎所有的其它粒子也都具有相似的自旋單位（等于1/2或它的某個整倍數）。

古德斯密特荷蘭-美國物理學家。1902年7月11日生于荷蘭的海牙；1978年12月4日卒于內華達。古德斯密特的專業(yè)生涯是與烏倫貝克緊密相連的。二人一起在萊頓大學求學，并在1927年獲得博士學位。他們又一起搞研究，論證了泡利的第四量子數可以解釋為粒子的自旋。和烏倫貝克一樣，他也在1927年來到美國，并在密執(zhí)安大學工作。第二次世界大戰(zhàn)期間，他在馬薩諸塞理工學院工作。1944年，他作為被美國政府派往歐洲的科學家之一，在被西方盟國逐漸收復的區(qū)域內探尋德國在制造原子彈研究工作中可能取得的任何進展。1948年，古德斯密特成為國立布魯克黑文實驗室的物理研究人員。第五十頁，共五十七頁，2022年，8月28日沃爾夫岡·泡利奧地利理論物理學家，是量子力學研究先驅者之一。1945年，他因發(fā)現泡利不相容原理而獲得諾貝爾物理學獎，這一原理涉及到自旋的理論，這是理解物質結構乃至化學的基礎。1926年海森堡發(fā)表了量子力學的矩陣理論后不久泡利就使用這個理論推導出了氫原子的光譜。這個結果對于驗證海森堡理論的可信度非常重要。1927年他引入了2×2泡利矩陣作為自旋操作符號的基礎，由此解決了非相對論自旋的理論。泡利的結果引發(fā)了保羅·狄拉克發(fā)現描述相對論電子的狄拉克方程式。雖然狄拉克說，他發(fā)明了這些相同的矩陣自己獨立的時候，沒有受泡利的影響。1924年泡利提出了一個新的量子自由度（或量子數），有兩個可能的值，以解釋觀測到的分子光譜和發(fā)展中的量子力學之間的矛盾。他還提出了泡利不相容原理，這可能是他最重要的成果了。這個原理指出任何兩個電子無法同時存在于同一個量子狀態(tài)。確立了四個量子數包含新的二值自由度。這個想法源自于自旋和拉爾夫·克羅尼格。一年后喬治·尤金·烏倫貝克和塞繆爾·高德斯密特證實電子自旋就是泡利所提出的新的自由度。第五十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日塞曼效應在原子物理學和化學中的光譜分析里是指原子的光譜線在外磁場中出現分裂的現象，是1896年由荷蘭物理學家彼得·塞曼發(fā)現的，隨后荷蘭物理學家亨德里克·洛倫茲在理論上解釋了譜線分裂成3條的原因。這種現象稱為“塞曼效應”。進一步的研究發(fā)現，很多原子的光譜在磁場中的分裂情況非常復雜，稱為反常塞曼效應（anomalousZeemaneffect）。完整解釋塞曼效應需要用到量子力學，電子的軌道磁矩和自旋磁矩耦合成總磁矩，并且空間取向是量子化的，磁場作用下的附加能量不同，引起能級分裂。在外磁場中，總自旋為零的原子表現出正常塞曼效應，總自旋不為零的原子表現出反常塞曼效應。塞曼效應是繼1845年法拉第效應和1875年克爾效應之后發(fā)現的第三個磁場對光有影響的實例。塞曼效應證實了原子磁矩的空間量子化，為研究原子結構提供了重要途徑，被認為是19世紀末20世紀初物理學最重要的發(fā)現之一。利用塞曼效應可以測量電子的荷質比。在天體物理中，塞曼效應可以用來測量天體的磁場。塞曼效應也在核磁共振頻譜學、電子自旋共振頻譜學、磁振造影以及穆斯堡爾譜學方面有重要的應用。第五十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日

荷蘭物理學家，1885年進入萊頓大學在亨德里克·洛倫茲和海克·卡末林·昂內斯的指導下學習物理，1893年取得博士學位。1896年塞曼發(fā)現了原子光譜在磁場中的分裂現象，被命名為塞曼效應。隨后，洛倫茲在理論上對這種現象進行了解釋。二人因此被授予1902年的諾貝爾物理學獎。荷蘭物理學家，他以與彼得·塞曼發(fā)現與解釋的“塞曼效應理論”獲得諾貝爾物理獎，他也推知變換（質量與速度）方程，后來被用在愛因斯坦狹義相對論中，來描述空間與時間。1928年2月4日，洛倫茲在哈勒姆逝世。在葬禮當天，荷蘭全國電訊、電話中止3分鐘，以哀悼位享有盛譽的科學家。愛因斯坦在悼詞中稱洛倫茲是“我們時代最偉大、最高尚的人。”為紀念洛倫茲的貢獻，荷蘭政府決定從1945年起把每年他的生日那天