在聯合國宣布的“量子科學與技術之年”背景下，我們回顧了一個世紀前那場震撼物理學界的革命——量子力學的誕生。1925年，以德國物理學家沃納·海森堡的突破性論文為起點，量子力學在短短數月內徹底改變了人類對物理世界的認知。
在量子力學問世之前，物理學界正面臨經典物理學的局限，尤其是在解釋亞原子現象時。20世紀初，科學家們開始嘗試引入量子概念，其中玻爾-索末菲模型是這一時期的標志性成果。該模型由丹麥物理學家尼爾斯·玻爾和德國物理學家阿諾德·索末菲提出，通過假設電子在原子核周圍的橢圓軌道運動，成功解釋了氫原子的光譜，但這一模型在處理多電子原子時遇到了困難。
海森堡在哥廷根大學擔任馬克斯·玻恩助手期間，發現了玻爾-索末菲模型的不足。他與玻恩一起計算氦原子的光譜，但結果與實驗數據不符。海森堡開始懷疑電子軌道運動的觀念，這一疑慮在與沃爾夫岡·泡利的頻繁通信中逐漸加深。泡利也開始認為電子在軌道中運動的觀念并不可靠。
1925年，海森堡提出了一個激進的新理論——量子力學。他不再依賴電子沿軌道運動的模型，而是試圖建立一個僅基于原則上可觀測量之間關系的理論。7月，海森堡在給泡利的信中寫道：“我所有看似糟糕的努力，都是為了徹底消滅‘軌道’這一概念。”
海森堡的論文《運動學和力學關系的量子力學重新詮釋》提出了電子運動的方程，這些方程包括諸如位置和動量等量的復雜數組，以及可觀測的能量和躍遷幅度。這一理論是對舊量子理論絕望后的產物，其實用主義考慮成為了海森堡物理學的核心。
然而，海森堡的理論最初并不被物理學界所接受。他的方程中的量被表示為矩陣，這在當時大多數物理學家看來是一種陌生的數學形式。波恩和帕斯庫爾·約爾當隨后用矩陣術語重新表述了理論，從而拉開了矩陣力學的序幕。
盡管矩陣力學提供了一種新的理論框架，但它缺乏直觀性，使得大多數物理學家難以接受。就在這時，埃爾溫·薛定諤提出了一種更易于接受的方法——波動力學。薛定諤認為，放棄對電子在時空中運動的描述是對物理學家責任的放棄，他制定了波動方程來計算氫原子的能量狀態。
薛定諤的波動力學迅速成為解決問題的首選數學形式，但海森堡對此不以為然。他認為波動力學不能解釋光電效應和斯特恩-格拉赫效應等量子現象。薛定諤則努力為波動力學尋找物理解釋，但未能如愿。在1927年的索爾維會議上，薛定諤再次表達了對空間-時間概念中解釋原子內部情況的希望，但這一愿望并未得到廣泛認同。
盡管量子力學兩大形式之間的爭論不休，但量子力學本身的發展并未停滯。1926年春天，矩陣力學和波動力學的等價性得到確立，引發了后續的一系列發展。海森堡引入了不確定度關系，提出電子的位置越精確，其動量就越不精確。這一關系已經成為量子力學的一個核心概念。
越來越多的物理學家開始將量子理論應用到更廣泛的實際問題中，并取得了顯著成果。例如，尤金·維格納展示了如何通過應用量子力學的對稱原理和群論數學技術推導出有關原子結構和分子光譜的經驗規則。然而，量子力學的快速發展也讓許多物理學家感到措手不及，他們難以跟上最新理論的進展。
在1927年的索爾維會議上，大多數物理學家認為量子力學已經暫時達到了一個臨時結論。盡管有人仍然對量子力學持懷疑態度，但隨著時間的推移，輿論潮流開始轉向，最初的批評者迅速成為局外人。如今，量子力學已經成為物理學中最完整、最成功的理論之一，為化學鍵、金屬導電性等現象提供了基本洞察。
