⚡ 划重点 5月19日，英国剑桥大学艾萨克·牛顿研究所举办了一场极具声望的罗斯柴尔德公开讲座。主讲人布里斯托大学理学院院长、前伦敦数学会主席延斯·马克洛夫教授，带领听众回顾了量子力学波澜壮阔的百年发展史——从海森堡在花粉症隔离期间创立矩阵力学，到薛定谔在肺结核疗养中写出波动方程，再到狄拉克用数学预言反物质，三位天才共同奠定了现代物理学的基石。

马克洛夫指出，量子力学几乎重塑了现代生活的每一处细节：核能、半导体、激光、量子计算……甚至今天的人工智能，也离不开量子力学催生的芯片技术。他借此呼吁：颠覆性突破永远可能诞生在看似冷门的领域，维持基础科学生态的完整，才能不错过下一次科技革命。

“人类认知世界始终通过观测与感知，而科学与工程的核心在于抽象建模。跨越思维门槛，一切豁然开朗。”

01 从日心说到牛顿力学：抽象建模的威力

马克洛夫从人类认知世界的方式讲起：我们始终通过观测与感知认识万物，而科学与工程的核心在于抽象建模。哥白尼的日心说就是一个经典案例——它用一个更简洁的模型解释了复杂的天象，尽管与日常感官完全相悖（我们每天看到太阳东升西落，怎能相信是地球在转动？）。伽利略、开普勒接续研究，最终牛顿建立了经典力学体系，精准推演行星运行规律。时至今日，发射火箭、建造桥梁、设计汽车，我们依然在大范围使用牛顿力学——它已经成为一种非常实用的近似理论。

02 量子力学的三位奠基人：海森堡、薛定谔、狄拉克

现代量子力学的建立，离不开三位科学家的共同努力。海森堡、薛定谔与狄拉克各自独立提出了开创性见解，共同构筑起全新的理论体系。1927年的第五届索尔维会议合影，汇集了20世纪早期几乎所有顶尖科学家，被称作“人类史上智商最高的合影”。照片正中的爱因斯坦，其实并非排斥量子力学——恰恰相反，他是推动量子力学发展的核心人物之一。

早期玻尔提出的氢原子模型虽然成功解释了氢原子光谱，却存在致命缺陷：按照经典电磁学，电子绕核做加速运动时会辐射电磁波、损失能量，最终坠入原子核——但现实中的原子非常稳定。玻尔对此做出“硬性规定”：电子只能在特定分立的轨道上运行，且不会辐射能量，只有跃迁时才吸收或释放光子。这套模型取得了阶段性成功，但面对多粒子体系便无能为力。

03 海森堡：孤岛上的矩阵力学

1925年，23岁的海森堡因重度花粉症面部浮肿，不得不前往北海黑尔戈兰岛疗养。这座与世隔绝的小岛上植被稀少、花粉极少，非常适合休养。就在这期间，他完成了颠覆性的新理论——矩阵力学。海森堡的核心思想是：理论只应描述可实际观测的物理量。他摒弃了电子绕核运动的“轨迹”概念（因为轨迹无法观测），转而推导出一系列可观测物理量之间的数学关系。后来他的好友玻恩指出，这些关系式本质上就是矩阵运算——而海森堡起初并未意识到这一点，相当于在孤岛上凭空推导出了矩阵运算规律，至今看来依旧不可思议。泡利用这套矩阵力学计算出了氢原子光谱，验证了理论正确性。1932年，海森堡凭借矩阵力学斩获诺贝尔物理学奖。

04 薛定谔：疗养院中的波动方程

就在矩阵力学备受冷落时，薛定谔登上了历史舞台。他常年受肺结核困扰（当时几乎是不治之症），1926年前往瑞士阿尔卑斯山区阿罗萨的疗养院休养。在此养病期间，他写出了大名鼎鼎的薛定谔方程。这个方程颠覆了传统波动方程的形式，引入了虚数单位i，方程的解也包含虚数——这在当时非常反常。但物理学家早已熟练掌握了波动方程的解法，学界很快就接纳了薛定谔的理论。借助薛定谔方程，人们可以精准求解氢原子、谐振子等模型，计算结果十分理想。薛定谔在后续论文中证明，他的波动力学与海森堡的矩阵力学本质上是等价的——这个结论让矩阵力学重新获得关注。此后，学界对波函数做出了概率诠释（哥本哈根诠释），但爱因斯坦对此持反对态度——他并非反对量子力学本身，而是无法接受客观世界由概率主导。“上帝不掷骰子”这句话流传至今，却屡屡被误读。

05 狄拉克：用数学预言反物质

狄拉克在布里斯托长大、求学，最初攻读工程学，后来转向数学。他凭借深厚的数学功底，推导出了符合狭义相对论的狄拉克方程。方程包含四个波函数分量：前两个对应粒子的自旋，后两个则对应反粒子。这个推论在当时震惊学界——反粒子、负能态完全超出了认知范围。狄拉克纯粹依靠理论的自洽性完成了推演，没有依托任何实验数据，就预言了反物质的存在。海森堡甚至评价这是“现代物理学史上最令人费解而悲伤的篇章”。直到反物质被实验证实（首个被发现的反粒子是正电子），一切才有了答案。1933年，狄拉克与薛定谔共享了诺贝尔物理学奖。

回顾量子力学的诞生历程，马克洛夫总结道：重大的科学突破往往诞生于意料之外。海森堡在偏远海岛疗养，薛定谔在阿尔卑斯疗养院养病，狄拉克也历经艰辛。他们都没有为了某个具体的应用目标去做研究，只是出于对自然规律的好奇，却最终引发了一场改变世界的科学革命。

06 量子力学的技术革命：核能、半导体、激光

马克洛夫逐一介绍了量子力学催生的关键技术变革：

• 核技术
• ：1938年发现核裂变，链式反应催生了核弹，也带来了清洁、稳定的核能。放射性同位素广泛用于医疗诊断与治疗。
• 半导体技术
• ：晶体管和集成电路的发明离不开能带理论。没有量子力学，就没有现代电子工业，也就没有电脑、手机、互联网，更不会有人工智能。
• 激光技术
• ：爱因斯坦提出的受激辐射是激光的理论基础。如今激光应用于光纤通信、激光切割、激光手术、条形码扫描、激光武器等各行各业。
• 量子信息与量子计算
• ：目前能够运行肖尔算法的成熟量子计算机尚未问世，但它一旦诞生，将彻底攻破现有的公钥加密体系，给信息安全带来巨大挑战。

07 从有序到混沌：量子混沌的前沿研究

讲座的后半段聚焦于“从有序到混沌”。经典混沌系统的核心特征是：对初始条件极度敏感（蝴蝶效应），且运动范围有限。而在量子体系中，由于不存在可观测的粒子轨迹，经典混沌的定义不再适用。那么，量子混沌是否存在？如何定义？这正是量子混沌领域要解决的核心问题。

维格纳在研究重原子核时，将描述重核的高阶矩阵直接视作随机矩阵，并计算了能级间距分布规律。他的理论曲线与近代铀核实验数据高度吻合，在学界引起巨大轰动。上世纪80年代，物理学家开始研究更简单的模型（如圆形壁垒台球模型），将经典混沌系统量子化后，统计出的能级分布再次与随机矩阵理论完美契合。时至今日，学界仍在探究核心难题：为什么这样一个简单的量子系统，它的特性会与随机矩阵高度相似？

马克洛夫还介绍了与韩国学者金宇渊、美国学者马修·威尔士合作的成果——证明了三维方盒内量子粒子体系下的贝里-泰伯尔猜想，证实了这类系统的本征值关联呈现出完全随机的特征。量子疤痕等现象也是当下的热门课题。马克洛夫展示了近三十年前初到牛顿研究所时的老照片，当时他的办公室室友是戴维·索利斯（后获得2016年诺贝尔物理学奖）。他还提到，1997年牛顿研究所曾举办机器学习研讨会，主讲人是杰弗里·辛顿——当年他还认为机器学习难以发展，如今看来着实判断失误。

08 问答与结语：基础科学的生态完整性

在问答环节，有观众问及量子力学与人工智能发展的相似之处。马克洛夫回答说，当下确实有大量数学家投身AI研究，形式化证明工具Lean也备受关注——它既可以与AI结合，也能检验大语言模型的逻辑谬误和幻觉问题。但他借此提醒：各国如今普遍将资源集中在人工智能和量子技术两大方向，这固然没错，但我们也要兼顾其他基础学科。颠覆性的重大突破，永远可能诞生在看似冷门的领域。只有维持整个基础科学生态的完整，我们才能不错过下一次科技革命。

“AI未来会如何改变社会，我们还不得而知。但量子力学几乎重塑了现代生活的每一处细节，它的影响力，人工智能能否企及，还有待时间检验。”