量子力学诸神大战——排的上号的物理学家几乎都参加了

牛顿时代

时间还要回到争论光的粒子说还是波动说时代。那是一个人才辈出的时代,正是这么一群科学家不断地进行争辩,才形成了现在的量子力学大厦。起先,格里马第发现了光的衍射现象,他认为光是一种波。但是那时出现了一个经天纬地之才的大人物——牛顿,他认为是一种粒子,因为他做了三棱镜的光的色散实验,光被分成了五颜六色的各种品种,所以他认为光是一群快速运动的粒子,通过三棱镜,才将各种粒子分开。因为牛顿的强大影响力,这一直被当成主流。然而,后期托马斯·杨发现了光的干涉,这是波特有的特性,而且干涉实验还证明出,光是一种横波。这似乎已经是板上钉钉的事实了,如果光只是一种粒子,怎么可能穿墙?唯有波才能做到。

量子力学诸神大战——排的上号的物理学家几乎都参加了

光的色散

量子力学诸神大战——排的上号的物理学家几乎都参加了

双缝干涉

爱因斯坦光电效应

但是大神爱因斯坦在专心研究相对论的时候还不忘开开小差,随手搞了一个光电效应(其实在赫兹验证电磁波的实验中,他就发现了光电效应的表象,但他当时注意力全沉浸在麦克斯韦那美妙的电磁波中)。这下好了,爱因斯坦一方面在经典物理学领域打牛顿的脸,一方面又在量子力学领域扶正牛爵士:光电效应又是光是粒子的铁证。

量子力学诸神大战——排的上号的物理学家几乎都参加了

徒做嫁衣的普朗克

这个时候普朗克坐不住了,作为一个波动说的维护者,他打算与爱因斯坦大战三百回合。当时的黑体辐射问题(可自行百度)一直得不到合理的解释,他凭借着自己逆天的数学能力,愣是用人脑凑出了一个完美的方程,但是得到这个方程的时候,他傻眼了,这...这不光没有打爱因斯坦的脸,还狠狠地打了自己一耳光!根据他自己推算出来的方程,它背后的物理意义就是:这能量就是一份一份的!这不就是粒子说吗?普朗克一顿猛攻,发现自己不仅没有给爱因斯坦造成实质性伤害,反而送了一身装备给对方...

量子力学诸神大战——排的上号的物理学家几乎都参加了

普朗克

其实两者都正确,但是都有致命缺点:波动说的缺点是既然光是一种波,那么它靠什么传播?一直以来人们将之称为“以太”,但谁也没找到证据证明这种物质;而粒子说最大的缺点是无法解释光的衍射和干涉现象。

海森堡和薛定谔大战

大战发展到后期,已经不局限于光了,而延伸到了其他粒子(人们发现不仅光,还有其他粒子也能出现波的形态)。海森堡与薛定谔横空出世。海森堡站队粒子派,薛定谔站队波动派,两个人都集合了身边小伙伴的帮助,秘密研究终极武器。海森堡开发出一种大杀器——矩阵。这种A乘以B都不等于B乘以A的古怪计算,却是量子化的表现,他将一个粒子的位置和动量信息打包成一个矩阵(本质就是从粒子性出发的)开发出“矩阵力学”,成为粒子学说中的强有力武器。而虐猫狂魔——薛定谔,则是采用了解微分方程的解法,从波动形态出发,得到了量子力学的震惊天地的波函数,开创出“波动力学”。

量子力学诸神大战——排的上号的物理学家几乎都参加了

薛定谔

量子力学诸神大战——排的上号的物理学家几乎都参加了

波函数

两个人手里拿着武器准备打起来,刚没打多久,两个人都愣住了,因为他们两个人分别从粒子性和波动性出发,提取物理为纯数学,本打算正面大战一波的,却尴尬地发现,殊途同归,条条大路通罗马!同一种波动,却被发现既能用矩阵力学描述,又能用波动力学描述。两个人谁也不服输,铁了心称自己才是正确的。

狄拉克总结

狄拉克这个时候出来了,说你们不要打架!你看,我已经帮你们证明好了,你们这两个东西分明就是完全等价的!是可以通过变换得到彼此的。狄拉克这个人就喜欢总结,他不光把海森堡和薛定谔给整合了,他还把爱因斯坦的狭义相对论给引入了量子力学...

量子力学诸神大战——排的上号的物理学家几乎都参加了

狄拉克

波粒二象性

现在我们知道光是具有波粒二象性的,而且不止光,德布罗意还提出,一切微观粒子都具有波粒二象性。但其实这是一件十分不合理的事,波是形式,粒子是物质,他们是完全矛盾的东西。但在一代又一代的大神做的工作面前,我们不得不相信,波粒二象性是正确的。

量子力学诸神大战——排的上号的物理学家几乎都参加了


分享到:


相關文章: