摘要:按照光粒子说和量子概念,光应当是由一份一份不连续的微小颗粒组成,他起名叫“光量子”,简称光子。不管是先前普朗克对于辐射的探索,还波粒二象形的提出,都与我们宏观下的论证不相符合,经过几十年科学家孜孜不倦的研究,量子力学与已经沿用近300年的经典物理理论之间的矛盾日益明显。

随着钢铁侠的一记响指,灭霸也灰飞烟灭,复仇者联盟就此宣告完结。

论复联是如何打败灭霸的,这就是知识的力量——量子力学(上)

尽管离上映已经过去了一段时间,但热度始终不减,除了惊叹于于影片中精良的特效和跌宕的剧情,其中有几个问题一直被人们所津津乐道:

1.复仇者到底是怎么回到过去的?

2.星云杀死了过去的自己怎么还可以存活?(我杀我自己?)

3.过去时间里的人为什么知道未来发生的事情?(雷神的母亲知道自己要被刺杀)

4.寡姐为啥不能复活了?(广大男同胞表示痛心疾首)

其实类似的问题还有不少,影片则统一规划为——在量子领域,这是行得通的。

那么问题来了,量子到底是个什么东西,怎么听起来和玄学一般。

由于本篇内容设计较多,而且相对复杂,我会将文章分为几部分来逐个剖析。

好,下面我们开始了解这门“玄学”。

量子力学的起源

论复联是如何打败灭霸的,这就是知识的力量——量子力学(上)

在早起的时候,人类研究方向主要在宏观物理层面,然而到了19世纪后期,经典力学和经典电动力学在描述在微观系统时的不足越来越明显。其中有个最典型的例子,计算物体发出的辐射。当时有两个公式,一个可以在辐射的长波部分计算出结果,另外一个公式可以在辐射的短波部分算对,可是一旦到相反的波段,答案就谬之千里了。

当时已是慕尼黑大学物理博士的普朗克百思不得其解,无奈之下做了个大胆的尝试,先强行的把两个公式凑成一个满足所有波段的公式吧,然后倒着推理,看看是什么结果。

论复联是如何打败灭霸的,这就是知识的力量——量子力学(上)

物理使人头秃

结果是,如要想让组合在一起的公式成立,那么物体发出辐射时,能量就不能是连续的,而是以一个微小数量的整数倍跳跃式的变化,也就是说能量的变化是一份一份的。

1901年,他把计算的结果发表,在论文中,他把这一份一份的能量起名为“量子”。

自此,物理学进入了一个全新的时代——量子领域,普朗克也被称为量子之父。

波粒二象性

1905年,在物理学界被称为“爱因斯坦奇迹年”。爱因斯坦在这一年中,发表了5篇划时代的重要论文。其中一篇关于“光电效应”的论文,直接成就了爱因斯坦获得诺贝尔奖。

爱因斯坦在论文中,重新提起光的粒子说。按照光粒子说和量子概念,光应当是由一份一份不连续的微小颗粒组成,他起名叫“光量子”,简称光子。

当某一光子照射到灵敏的金属上时,它的能量被金属中的某个电子吸收。电子的动能增大,克服了原子核对它的引力,飞出了金属表面,成为光电子,形成光电流。

爱因斯坦对于光电效应的解释,震动了已经普遍认可光波动说的物理学界。

一系列实验验证了爱因斯坦的正确性,人们开始意识到光同时具有波和粒子的双重性质。对于光是什么,这一持续近300年的争论,终于以一个神奇概念的产生而宣告终结——光的波粒二象性。

科学家获得了新的思路,原来一种物质是可以同时具有两种截然不同性质的。波粒二象性就像一把钥匙,微观世界的大门被打开了。物理学家进一步发现,基本粒子都是具有波粒二象性的。

论复联是如何打败灭霸的,这就是知识的力量——量子力学(上)

光即具有粒子的特性,也具有波的特性

不管是先前普朗克对于辐射的探索,还波粒二象形的提出,都与我们宏观下的论证不相符合,经过几十年科学家孜孜不倦的研究,量子力学与已经沿用近300年的经典物理理论之间的矛盾日益明显。

同一个世界,不同的个理论?

量子力学过于玄幻,提出的概念实在令人费解。就连爱因斯坦,量子物理的奠基人之一也无法自圆其说,此时他站出来对量子力学本身的一些基本概念和完备性提出深刻的否定。他的说法很快在物理学界引起了轩然大波,直至那场堪称地表最强”物理学家大辩论!

第五届索尔维会议

这是物理学史上最伟大的一次聚会。物理学界的各位大佬悉数到场,都是各个分支的旗帜性人物。照片中与会的29人,有17人都先后获得过诺贝尔奖,被称为物理学的“全明星”盛会。

论复联是如何打败灭霸的,这就是知识的力量——量子力学(上)

爱因斯坦的支持者有薛定谔(记住这个人)和德布罗意。他的反对派人数众多,他们有个统一的名号——哥本哈根学派。掌舵人是波尔,他为量子力学奠定了重要的理论基础。特别值得一提的是,波尔曾经到访中国,他在自己的族徽中,放上了中国的太极图。波尔认为太极完美的诠释了自己的互补原理。好像光的波粒二象性,波和粒的属性是互补的。

哥本哈根学派的辩据,是基于计算的概率论。在量子世界里,结果经常不是明确的,而只是一种概率。

我们举例来说明,例如“量子隧穿效应”。

在两块金属中间夹一层绝缘层,一般都认为电子不能通过绝缘层。但哥本哈根学派说,电子通过绝缘层是存在概率的。经过计算,可以得出概率的数值。这就是“量子隧穿”。如果放到宏观世界,人能不能穿墙?按照量子隧穿,宏观物体也能发生隧穿效应。人也可能穿过墙壁,但要求组成这个人的所有微观粒子都同时穿过墙壁,实际上几乎是不可能的。但从概率上说,人可以穿墙。

爱因斯坦对于这样的概率说嗤之以鼻。概率的存在,只是量子力学理论不完整的证明。量子力学并没有找到完整描述微观和宏观世界的理论。

可惜这一次,他并没有得到想要的结果,此时的量子力的根基还是太过单薄。

在此后的数十年里,虽然量子学也有一些进展,比如“幽灵作用”,但都没有什么实际性的进展,直到,那只“猫”的出现!

好了,关于量子力学的起源我们已经介绍完了,在下一篇内容中,我们来看看,被誉为第四大物理学神兽——薛定谔的猫,欢迎大家留言或私信讨论。

相关文章