爱因斯坦、玻尔和量子力学

1905年，爱因斯坦指出，电磁波本身就是由一份一份的量子组成的，叫做光量子，20年后被简称为光子。这是爱因斯坦本人唯一自称具有革命性的工作。

这与普朗克的量子假说并不一样，就好比，普朗克说，从水缸里舀水时，一勺一勺地舀；而爱因斯坦说，水本来就是由一勺一勺组成的，不存在半勺水的概念。

作为推论，爱因斯坦解释了光电效应，也就是光量子入射到金属上可以导致电子出射，并预言了出射电子的能量与入射光的波长的关系。

1905年，爱因斯坦还创立了相对论，说明了电磁波不需要媒介，所以也驱散了第一朵乌云。1905年被成为爱因斯坦的奇迹年。

1906年，爱因斯坦指出，光量子假说自然导致普朗克定律,后来人们用此思想理解普朗克黑体辐射定律，广泛用在教科书中。第二朵乌云得以彻底驱散。

1922年，爱因斯坦因为“光电效应定律的发现”而获得1921年诺贝尔物理学奖（因为1921年时，对于是否授予爱因斯坦物理诺奖有争议）。

我们知道，光电效应将光信号转变为电信号，应用实在太多了：光电倍增管、光敏电阻、太阳能电池、数码相机、研究材料性质所用的光电子能谱等等。

2019年的诺贝尔物理学奖的一半授予了宇宙学的工作，而且主要是关于宇宙背景辐射。这是宇宙大爆炸发生38万年以后产生的、充满宇宙的热辐射，随着宇宙的膨胀，温度下降到2.73K（K是开氏温标，0K是摄氏零下273.15度）。现在测量到，宇宙背景辐射完美地符合普朗克定律，温度不均匀性只有10万分之一。

因此这证明了宇宙背景辐射的量子化。所以可以说，整个宇宙的行为证明了电磁波的量子化。

回到历史。1913年，玻尔提出，原子中的电子只能处于一些分立的轨道。在这些轨道上，能量是某个基本单元除以整数的平方，所以是分立的，叫作能量量子化。玻尔因为“原子结构及其辐射的研究”获1922年诺贝尔物理学奖。

1925年到1926年，一方面海森堡、玻恩、约旦通过分析原子中电子状态改变产生光子，建立了所谓矩阵力学；另一方面，薛定谔在德布罗意1924年的物质波理论（任何粒子都有波动性）的基础上，提出相应的波动方程，叫做薛定谔方程，并用于原子中的电子，得到了电子行为的准确描述，解释了玻尔模型，被称为波动力学。泡利1924年提出任何两个电子的状态不能完全相同，1926年用矩阵力学计算了氢原子中电子的能量。

然后狄拉克指出，矩阵力学和波动力学是等价的，都是量子力学的不同形式。加上物理学家们取得的其他进展，系统的量子力学理论得以建立。