量子力学起源与物理学新定义

从20世纪初量子理论的创立到21世纪量子科技的飞跃式发展，量子理论和应用经历了100多年的时间，尽管“量子史话”比较短暂，但在人类科技史上已是最引人入胜的话题，大数据、人工智能、芯片和机器人建立在量子科技成果的基础上，逐步渗透到人类现代生活的所有方面，决定和改变人类文明走向和形态的现代科学除了牛顿力学就是量子力学。

可以从科学哲学的概念上把量子力学简单地定义为一门研究微观物质或微观粒子发生量子效应的科学。“普朗克物理学”即是量子力学，1900年，德国物理学家普朗克最先提出了“量子”概念，他是最早解释“量子效应”的物理学大师，普朗克在解释“黑体辐射”现象时提出了量子的假设，光波不是连续辐射，而是一份一份地发射，每一份能量与辐射光的频率v成正比，能量=hv或每一份能量=光的频率v乘以一个普朗克常数 h。

爱因斯坦在物理学说史上不是发现了“光电效应”，而是用量子效应或用研究量子效应的量子物理学成功地解释了光电效应，好像普朗克在物理学说史上不是发现了“黑体辐射”，而是用“普朗克物理学”或量子物理学成功地解释了黑体辐射，两位量子力学的创立者都由于对当时经典物理现象的量子化解释方式而获得了诺贝尔物理学奖。物理学家或者由于对物理现象的独特发现而得奖，或者由于对物理现象的成功解释而得奖，两种得奖方式适从新科学哲学成果论的等效性原理。

1905年，瑞士伯尔尼专利局的雇员爱因斯坦深受光电效应问题的困扰，物理学家之前一直认为，在光转化为电的过程中，入射光的强度越大，在金属板中产生的电流就越大，但实验结果否定了经典理论的预测，爱因斯坦发现，光电效应的产生只取决于光的频率，而与光的强度无关。麦克斯韦的电磁理论无法解释光电效应现象，他从经典的电磁理论判定，光是一种连续传播的能量波，无论是紫光还是红光，只要入射光的强度足够大，就能够在金属物体内激发出电子。

爱因斯坦对光电效应的解释应用了“普朗克物理学”，他进一步把光看成是由一个个离散的“光量子”构成，强调了光的粒子性，光量子即是光子，光量子假说成功地解释了光电效应现象，爱因斯坦由此在1921年荣获了物理诺奖。普朗克的量子假说和爱因斯坦的光量子假说在本质上是一致的，量子是一份一份地辐射或吸收，光量子或光子是一个一个地传播。量子力学是从两位物理学家对黑体辐射效应和光电效应的开创性解释发端的，普朗克和爱因斯坦是量子力学的开创者。

物理学是研究物质运动规律和物质基本结构的科学，它是关于自然运动规律的知识体系，物理学探索和分析大自然所发生的现象，了解其形成的原因及过程，包括闪电、雨水的形成原因及过程，宇宙天体的运转规律，摩擦起电、电流短路、冰箱制冷等生活中的物理学。物理学研究对象的经典定义是关于物质运动和物质结构的科学。

新科学哲学之前把物质（能量）的相互作用纳入了物理学的研究对象和范围，现在既然将物理学简单地定义为一门研究物理效应的科学，那么新科学哲学对物理学“最新版本”的定义表述为：物理学是一门研究物质运动、物质结构以及物质或能量的相互作用并且产生物理效应的科学。相互作用原理、等效原理和效应原理是新科学哲学的基本原理，为何要完善和扩充物理学的定义？对照物理学和科学哲学对定义不同的解释方式可以发现，物质相互作用是物质运动的原因，等效原理和效用原理是物质结构或模型以及物理规律形成的原因。

从新科学哲学的多因素理论来看，物理学的定义或研究对象从“二元因素”上升到了“三元因素”，即从物质运动和物质结构上升到了物质运动、物质结构和物质（能量）相互作用；从“三元因素”上升到了“四元因素”，即从物质运动、物质结构和物质（能量）的相互作用上升到了物质运动、物质结构、物质（能量）相互作用以及在此基础上产生的物理效应。可以把物理学的定义理解为最基础的科学定义，有了物理学的基础定义，其它门类科学或学科的定义就不难给出，这也是广义等效论和效用论的推论和含义所在。