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2025年12月

國際量子科學與技術年 量子百週年紀念刊

總編輯的話——量子百年:從奇蹟之年,走向下一個世紀


2025 年對全球物理界而言,是極具象徵意義的一年。百年前,量子力學在一連串令人目不暇給的突破中誕生,徹底改寫人類理解自然的方式;百年後,我們回望那段令人心跳加速的科學革命,也更能體會今日科技之所以能飛躍發展,其根源正深埋於那個充滿天才與爭辯的年代。因此,本期作為《物理雙月刊》今年的壓軸刊,我們以「量子百年紀念」為主題,帶讀者在歷史、思想、技術與人文之間穿梭,細細凝視量子的力量。

本期的開場,由本刊副總編、同時也是許多讀者喜愛的阿文老師——中原大學高崇文教授——以兩篇精彩文章帶領我們回到量子革命的源頭。第一篇〈1925 的奇蹟之年〉寫得既深刻又富劇場感:1925 年夏天,海森堡在黑爾戈蘭島的海風中完成了震撼世界的「矩陣力學」,而包利不相容原理、異常季曼效應、自旋的概念也在這段期間陸續成形,使原子結構與週期表的秩序第一次在微觀世界中獲得真正的解答。更令人著迷的是,一封從英屬印度達卡寄出的信,促使玻色與愛因斯坦重新整理光量子的統計,為黑體輻射帶來全新理解。接續而來的是德布羅伊提出「物質波」的驚人想像,加上薛丁格寫下描述波動行為的方程式——這些突破彷彿一氣呵成,像是人類智識史上最璀璨的一串連珠,使 1920 年代成為真正的「奇蹟年代」。

然而,量子革命並非只發生在科學家孤立的書房,而是透過文化、地理與世代的交流而傳播。阿文老師的第二篇〈量子福音〉便以近乎小說的筆法,描繪量子力學如何跨越國界,在不同文明中生根發芽:美國由歐本海默與拉比引進這門新學問;波蘭則在動盪之際悄悄孕育了量子的種子;蘇聯與日本也在世界局勢的縫隙中找到了通往前沿研究的道路;義大利雖是古老物理強國,卻在量子萌芽初期顯得沉寂,直到某一位關鍵人物挺身而出;而我們往往忽略的南美洲,竟也因科學交流而撒下量子的火花。讀著這些故事,就像看見一顆顆思想流星跨越大洋,最終匯聚成照亮二十世紀的科學星河。

除了科學史的深度探索,本期也收錄了陽明交通大學林志忠教授撰寫的海森堡生命故事。與其說是科學傳記,不如說是一段帶著溫度的人生旅程:從天真少年到科學巨擘,從思想高峰到戰爭陰影,他的故事讓我們看見科學家也在時代洪流中掙扎與選擇。量子力學的誕生固然偉大,但真正使其動人的,是那些在困境中仍堅信真理的靈魂。

另一方面,皮皮老師則以他特有的清晰視角,重新帶領讀者回到電磁學的核心。他從電位與向量勢談起,延伸到「規範轉換」的深意,並指出這些看似抽象的概念在量子力學中反而更顯關鍵。比起枯燥的公式,這篇文章更像是一扇窗,讓人看見物理之美——經典與量子並非牴觸衝突,而是一場延續百年的對話。

為呼應量子百年的主題,本期還特別精選了四篇來自 Physics Today 的精彩文章:拉比回顧自己如何走進物理的演講、伯特曼筆下「貝爾不等式」背後的友情與智慧、深入量子電腦內部的科普解說,以及大衛·齊耶勒訪問 Peter Shor 談及震撼世界的 Shor 演算法誕生故事。這些文章既是知識的補給,也讓我們重新感受到量子科技如何從基礎理論一路走到今日的產業前線。

壓軸內容則是阿文老師以三篇長文描繪哥本哈根學派核心人物——馬克斯.波恩。從他引入機率觀念,到他如何培養下一代量子人才,再到他在動盪世界中持守對科學的信念,波恩的故事提醒我們:量子力學不僅改變物理,它也改變人類思考世界的方式。

此外,本期還收錄江長屹與顏佩香的來稿,分別介紹分光與旋光的物理差異與應用,以及奈米光學的發展脈絡,讓本期內容不只回顧過去,也展望未來。

在量子百年的年底時刻,站在歷史轉折點的我們,也即將迎來下一個百年。《物理雙月刊》希望這期「量子饗宴」能伴您以知識為翅膀展翅翱翔,迎向 2026 年的全新探索。讓我們一起走進量子力學的第二個世紀,繼續追尋那百年前點亮世界的好奇與勇氣。

 


總編輯 

目錄
物理新知
量子電腦裡藏什麼?
善用國科會核心高效能科學計算服務,開啟科研新境界
物理專文
1925: 從伏流到泉湧的一年
傳福音的人,他們的腳蹤何等佳美: 量子力學的「宣教」史 (上)
傳福音的人,他們的腳蹤何等佳美: 量子力學的「宣教」史 (下)
物理專欄
哥廷根學派的掌門人: 波恩 (上) 從布雷斯勞到哥廷根
哥廷根學派的掌門人:波恩 (中) 開創量子力學的巨擘
哥廷根學派的掌門人:波恩 (下) 飽經滄桑的一代智者
海森堡的幾則生命故事
從羅倫茲力到 AB 效應
好文推薦
量子力學誕生之際
與約翰·貝爾的「神奇時刻」
彼得·秀爾談秀爾演算法的誕生
偏振與色彩的秘密:雙折射與旋光
奈米光學的發展史

物理新知

物理專文

中原大學物理學系 高崇文教授2025年12月25日
1925: 從伏流到泉湧的一年

聯合國宣布2025年為國際量子科學技術年,主要的原因當然是百年前年輕的德國科學家海森堡提出了第一個版本的量子力學,今天稱之為「矩陣力學」。關於其中的來龍去脈,筆者已經在前文介紹過了。 但是1925年的重要性並不單單只是矩陣力學的出現而已。如果仔細考察爬梳,還可以發現另有兩項重要的物理觀念,就在這一年從伏流變成噴泉,幾年之後甚至變成汪洋一片:那就是「包立不相容原理」與「物質波」。這兩個觀念對量子物理的發展,其實有非常深遠的影響,尤其是對後續的量子場論的成形,更是至關重要,更有意思的是,這兩個概念其實彼此激盪,互為表裡,但是一般回溯量子物理的文章,似乎絕少著墨於此。所以筆者希望趁這個百年一遇的機會,把這段歷史交代清楚,讓各位讀者能對量子物理發展的來龍去脈能夠有更宏觀的掌握。 首先讓我們先從包立的「不相容原理」談起。包立在1925年1月16日提交發表的論文《電子的封閉殼層的分類與光譜的複雜結構》中,詳細闡述了這個原理如下: 「一個原子中任何兩顆電子不可能四個量子數都相同。如果一個電子存在於一個原子中,並且這些量子數都有確定的值,那麼這個狀態就是‘被佔據’的。」 這就是

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中原大學物理學系 高崇文教授2025年12月25日
傳福音的人,他們的腳蹤何等佳美: 量子力學的「宣教」史 (上)

今年是量子力學問世百周年慶,隨著各種慶祝活動逐漸接近尾聲,筆者想要來談談一個比較少人談論的主題,就是量子力學這樣一個匪夷所思的新思潮是如何傳播開來的。雖說上世紀的二零年代不像今天網路世界那樣方便,但是比起過去靠口語相傳,或是藉著手抄本來傳播的時代,那還是不可同日而語。當時量子力學的論文都刊載在著名的德文期刊或英文期刊,當時世界許多地方的大學圖書館都有收藏這些期刊。但是熟悉量子物理發展的讀者們都知道,光看這些文獻如墮五里霧中,需要解說的脈絡太多了,因為量子物理是複雜的數學理論與龐雜的光譜實驗數據交纏所產生的詭異產物,與傳統的古典物理的差異大到連許多老一輩的傑出物理學家都不願接受,所以當時對量子力學好奇的年輕學生要憑著一己聰明才智,從期刊文章裡學會正確的量子力學,應該是一件非常高難度的挑戰。 那麼量子力學是怎麼在全世界各個角落發芽進而開花結實的呢? 這個過程其實與當年佛教東傳,或是基督教的使徒們向萬邦傳送福音的過程,還真是有許多類似的地方。我們會發現,如同當年的高僧或使徒一般,量子力學一開始的傳播也非常仰賴極少數的關鍵人物,這些人帶著極高的熱忱與極優異的才能,逐漸將量子力學的種子撒在年輕一

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中原大學物理學系 高崇文教授2025年12月25日
傳福音的人,他們的腳蹤何等佳美: 量子力學的「宣教」史 (下)

上一回我們介紹了量子力學傳入美國、波蘭與蘇聯。與鄰近德國的波蘭,蘇聯相比,量子力學傳入遠在地球另一端的日本,過程意外地輕鬆,成果也令人驚訝地豐碩,說穿來,這都是仰賴一個人,簡直與達摩一葦渡江北上傳法有得比。話說自從明治維新後,日本秉持「脫亞入歐」的國策,努力吸收西歐文明,但是即使經過了五十年,日本的理論物理教育還是與西歐諸國差了一大截。除了東京大學的長岡半太郎與東北大學的石原純之外,當時日本大部分的物理研究還都是傳統的古典物理。長岡曾提出原子的土星環模型,而石原純曾提出與索末菲不同的量子化條件,可惜到了二零年代中葉,他們都沒有跟上量子力學的風潮。所以當量子力學出現之時,好奇的學生只能揪團一起讀德文期刊上的論文,卻無法勘破其中奧義。幸虧有一位年輕的學者從量子物理的聖地-哥本哈根翩翩然回到日本,向眾多學子指點迷津,這個年輕學者就是人稱日本近代物理之父的仁科芳雄。 仁科芳雄於1890年(明治二十三年)出生在日本的岡山縣。他家是家境不錯的富農,他的祖父還當過幕府的代官呢。1918年東大畢業後,他成為理化學研究所的研究人員,進入鯨井恒太郎的無線通訊研究室。1921年4月5日仁科搭乘日本郵船北野丸

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物理專欄

中原大學物理學系 高崇文教授2025年12月25日
哥廷根學派的掌門人:波恩 (中) 開創量子力學的巨擘

上一回我們提到波恩接替前去蘇黎世的德拜,成為哥廷根的物理講座教授,同時安排他在海德堡大學時期認識的實驗學家詹姆斯·法蘭克來哥廷根任教,兩人共同將哥廷根打造成量子物理的聖地。其實剛到哥廷根時的波恩,對當時的量子物理並沒有特別卓越的研究。但是他在哥廷根一開始就鴻運當頭,找到兩個強而有力的助手,那就是後來在物理史上發光發熱的包立與洪德。包立是在1921年的十月就來到哥廷根,但是1922年四月他就跑去漢堡大學。主要是因為包立不習慣小鎮生活,他離不開大都會熱鬧的夜生活。據傳他老是沒去波恩的課堂上,因為波恩的課都開在一大早,包立還在呼呼大睡呢。在哥廷根的期間,包立除了將他的博士論文出版之外,還與波恩合寫了一篇將微擾理論運用到原子系統的論文。洪德則是在波恩指導下拿到博士後留在波恩身邊繼續研究。有興趣的讀者可以參考阿文寫的「No time to be brief (上) 來自維也納的猶太神童」與「長壽的物理學家(三):洪德」。 但是真正讓波恩對量子物理產生莫大興趣的事件還是1922年六月波爾來哥廷根發表演講,這個活動是慶祝哥廷根理論物理研究所的開幕,因為哥廷根理論物理研究所是波恩到了哥廷根

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