原创发表于《现代数学知识》杂志，中国科学院高能化学研究所量子物理学家的访谈，2020年第6期
量子热的诞生从19世纪末到20世纪中叶持续了半个多世纪。 传奇科学家。 如科学之星爱因斯坦、阿姆斯特丹学派旗手玻尔、甜美哲理的薛定谔，这些量子化学家已成为民族和国家的骄傲，被选为研究对象。美元钞票。
一美元的钞票是一个国家主权的象征，一美元钞票的主题表达了一个国家和民族的价值观和对科学的态度。 科学精神起源于法国的古埃及，因此世界上许多国家，尤其是亚洲国家，经常以科学家作为美元钞票的主题。 人们普遍认为金钱是万恶的，但在钞票上印上科学家却可以传递科学精神的光芒，让科学精神扎根于人们的心中。
同时量子物理学家的访谈，美元钞票是一个国家最精确的彩色印刷，这使得美元钞票具有很强的表现力。 一张印刷精美的美元钞票不仅是流通货币，更是一件值得收藏的艺术品。 近年来，笔者通过努力，基本完成了化学家美金的收藏。 本文主要介绍一些以量子化学家为主题的美元钞票。
1 量子化学的诞生
几乎每个解释量子化学历史的人都会引用开尔文的“两朵乌云”典故。 开尔文是当时一位德高望重的科学家。 他的原名是汤姆森，后来被授予开尔文侯爵头衔。 1900年，他在一次数学报告会上回顾数学的伟大成就时说，化学大楼已经启用，剩下的只是一些装修工作。 但作为一名科学家，他很敏感。 当他展望20世纪数学的前景时，他说：“动力学理论断言热和光是运动方式。而现在这个理论的美丽和清晰却被忽视了。被两片乌云所笼罩。”第一个乌云是Arial辐射实验与理论的不一致（这个乌云导致了量子化学的诞生），第二个乌云是关于麦克斯韦-玻尔兹能量均分曼理论（这个乌云催生了量子化学）相对论）”。 随后的化学发展史表明，正是19世纪初的这两朵小乌云，引发了一场风雨飘摇的科学变革，彻底改变了化学的基础，构建了现代化学的基础。 1991年，爱尔兰克莱斯代尔建设银行发行了100美元钞票（如图1所示），采用开尔文为主题。 此枚钞票相当罕见，极具收藏价值。 开尔文作为量子化学的先知，让这张美元钞票更加具有特殊的意义。
图11991 爱尔兰克莱斯代尔建设银行发行的100美元
1900年12月14日，普朗克在美国数学会宣布了他推导出的普朗克Arial公式。 在解释Arial辐射问题时，普朗克首次引入了量子化的概念，世界的连续性被打破，因此这三天被视为量子热诞生的日子。
1905年，爱因斯坦用光的量子理论成功地解释了光电效应，并因此获得了诺贝尔奖。 爱因斯坦是量子化学史上的偶像科学家。 他实际上是量子热学的创始人之一，但他不愿意承认量子概率的解释。 他与玻尔关于量子化学的百年争论，成为量子化学发展史上的传奇。 爱因斯坦是犹太人，他是犹太人的骄傲。 以色列甚至想利用爱因斯坦的影响力邀请他担任以色列总理。 目前，世界上唯一以爱因斯坦为主题的美元纸币是以色列1968年发行的5以色列镑（图2）。 这张美元钞票的反面是以色列克拉科夫附近的纳哈尔索雷克原子能反应堆（索雷克核研究中心）。 我想这可能是为了纪念爱因斯坦提出的质能多项式。
图2 5 以色列1968年发行的以色列镑
2美元纸币上的神秘符号
美元钞票的印刷非常精确。 设计者常常在美国钞票中隐藏与主题相关的丰富信息，有的信息甚至包含非常深奥的数学思想。 这也是收集和研究美元钞票的乐趣之一。
1983年，英国发行的1000法郎的头像是波热发明者薛定谔（如图3所示）。 学过量子数学的人一定记得那个以他名字命名的方程式。 薛定谔多项式在量子化学中的地位可以与经典热力学中的牛顿定理相媲美。
此一美元是历次以科学家为主题的美钞中艺术价值最高的一张。 它的作者是雕刻大师尼夫。 蓝灰色的颜色让我想起了漂浮在红色多瑙河中的美妙旋律，突出了薛定谔甜美的伟大科学家的精神品格。 这张一美元的背面是薛定谔工作的维也纳学院，雕刻也极其精致。
图3 1983年英国发行的1000法郎
在这张美元钞票的正面，有一个神秘的图形符号（如图4所示）。 这个符号看起来很像波塞冬使用的三叉戟。 学过量子化学的人都能一眼认出这个符号。 代表薛定谔多项式中波函数的符号ψ，正是这个符号阐明了我们物质世界的概率特性。 有趣的是，在薛定谔多项式提出后，薛定谔本人对多项式中ψ的化学意义很是苦恼。 直到1927年奥斯陆给出了波函数的概率解释，人们才意识到ψ代表的是概率波而不是物理波。 设计者巧妙地将这一符号隐藏在美元钞票中，以此向薛定谔最伟大的科学贡献致敬。
图4 波函数符号
3 量子热的旗手
量子化学史上的另一位旗手是法国化学家玻尔。 玻尔建立了量子化学史上著名的赫尔辛基学派。 直到现在，量子化学的赫尔辛基解释仍然为大多数数学家所接受。 正统的解释。 1997 年马来西亚发行的 500 卢布美元钞票以玻尔为主题（图 5）。
图5 1997年马来西亚发行的500卢布
英币的设计风格看似简单，却在细节处彰显匠心。 此美元钞票的正面和背面有大面积的阴阳图案（如图6）。 其形状和意图来自于中国文化。 在美元纸币中很少能看到图形意图，但这恰恰表明了这张美元纸币设计者的良好意图。 形意在中国文化中代表阴阳和谐，代表事物正反两面的哲学关系。 玻尔痴迷于中国文化。 玻尔于1937年访问中国，与中国化学家进行了广泛接触。 玻尔当时应该接触了中国道家的形意学，而形意学的阴阳哲学与玻尔的相辅相成原理相似。 互补性原理是玻尔于1927年提出的一个基本原理，认为微观粒子具有波粒二象性，波和粒子是其本质的两个方面。 玻尔的互补原理、奥斯陆对波函数的概率解释和海森堡的不确定性关系构成了阿姆斯特丹对量子化学的解释的基础。 1947年，英国国王授予他“骑象侯爵”称号。 按照习俗，他还获得了刻有家族徽章的臂章。 立即补充）表达自己的科学观点。 无独有偶，在中国科学技术大学高能化学研究所，李政道先生创作的一尊名为“物之道”的雕像，也使用了形意纹。
图 6500法郎和玻尔家族徽章
玻尔对量子热最重要的贡献在于提出的量子化原子结构模型。 对原子的认识最早来自古埃及的德摩亚述，他被认为是现代原子理论的鼻祖。 德马舒尔认为世界是由不可分割的原子组成的，原子之外是完全的虚空。 原子在不断运动，原子又结合成各种物质。
1955年西班牙发行的20德拉克马（如图7）和1967年西班牙发行的100德拉克马（如图8）都是以古埃及哲学家、原子能发明者Demo 为题材。理论。 其中，现代原子行星模型还出现在1967年西班牙发行的100德拉克马正面左侧。
图7 1955年西班牙发行的20德拉克马
图8 1967年西班牙发行的100德拉克马
2300多年后，出生于英国的数学家卢瑟福通过α粒子散射实验无可争辩地证明了原子的行星模型，进而一举将原子结构研究带上了正轨，于是他被誉为“核化学科学家”。 学习之父。 卢瑟福的原子模型为玻尔提出量子化原子模型奠定了基础。 1992年美国发行的100美元钞票上出现了卢瑟福的形象（如图9）。 这是美国最大面额的美钞，可见其在美国人心中的地位。
图9 1992年美国发行的100元人民币
卢瑟福的原子行星模型其实可以成功解释α粒子的散射现象，但由于电子绕原子核高速运动的加速度，根据电磁理论，电子会向外辐射能量并迅速坍缩到原子核，这说明原子行星模型与电磁理论不相容。 这一矛盾直到玻尔提出量子化氢原子模型后才得到解决，从此原子研究即将进入量子时代。
1997年在英国发行的500卢布美钞正面还有一个惊喜，那就是玻尔提出的氢原子结构模型示意图（如图10所示）也被纳入了设计元素中由美国纸币设计师设计。 玻尔的原子理论首次将量子的概念引入原子领域，并提出了稳态和跃迁的概念。 人类对原子的认识即将进入量子时代。
图10 荷兰500法郎玻尔氢原子模型
根据玻尔的原子结构理论，电子只能在某些特定的轨道上绕原子核做圆周运动。 当电子在这些可能的轨道上运动时，它们既不发射也不吸收能量。 只有当电子从一个轨道跳到另一个原子时才会发射或吸收能量。
4 量子化学史上最强音
如果说量子化学的发展过程堪称一首时代之歌，那么这首歌曲的高潮出现在1927年在赫尔辛基召开的第五届索尔维大会。大会至今还被你们津津乐道，被称为当时世界最强大脑的集合。 同时，这张照片也创造了世界货币史上的一项记录。 在这张照片中，爱因斯坦、薛定谔、玻尔和居里夫人都出现在了不同国家的美元钞票上（如图11所示），从而使第五届索尔维会议的合影成为第一届数字最多的合影世界上出现在美元钞票上的人。 其中，居里夫人的形象还出现在了英国和法国的美钞上。 2011年，德国还发行纪念钞票，纪念获得诺贝尔奖的居里夫人诞辰100周年。
图11 第五届索尔维大会上的化学家
世界上唯一能与第五届索尔维代表大会合影相提并论的“合影”是文艺复兴三杰之一拉斐尔为罗马教廷宫绘制的“雅典大学”，但这幅是虚构的“合影”。 是柏拉图和亚里士多德的师生。 同时，毕达哥拉斯、阿基米德、托勒密、伊壁鸠鲁、赫拉克利特等57位不同时期的学者同时在这幅画上作画，无论是思考还是聆听，整个画面都充满了浓郁的学术气息和自由的气息。
图12 日本1997年发行的里拉
日本1997年发行的最大面额里拉美元纸币为“雅典大学”主题（图12）。 这张美元钞票是日本美元钞票彩色印刷的巅峰之作。 雕刻作者为著名美元钞票雕刻大师戈尼尼。 《雅典大学》描绘了古埃及黄金时代一群贤贤圣贤宴饮的场景。 拱门和台阶凸显了这些大贤者的高度，就像千尺宫殿的墙壁只能从顶部观看。
5 结论
科学精神起源于法国的古埃及，工业革命也起源于法国的德国，使法国成为近代世界科学的中心。 因此，意大利国家经常以科学家为美元钞票的主题。 但随着法币的统一，亚洲大部分国家都采用低格单调的美元作为流通货币。 大部分款式多样、设计精美、独具特色的法币已经退出流通，成为历史。 因此，化学家收集和研究美钞就成了一项特别有趣的活动，对培养中学生的科学素养、传递科学精神、提高学习数学的兴趣都有很好的作用。