第523章 人类智慧之巅峰!量子力学论道史!
第523章 人类智慧之巅峰!量子力学论道史!李奇维的选择!量子主宰!
量子研究所。
气氛有点尴尬。
因为矩阵力学和波动力学之争,海森堡和薛定谔的关系直转急下。
两人虽然谈不上是仇人,但是道统之争,岂是那么容易化解。
这可让研究所内的众人过足了吃瓜之瘾。
“精彩!刺激!”
“我就喜欢看这种天才相杀的剧情!”
“两人旗鼓相当,谁都奈何不了谁。”
“btw,我个人喜欢波动力学。”
“.”
海森堡在研究所内感觉很孤单。
他特意关注了最近各大物理期刊的论文发表情况。
得出了一个非常悲催的事实:
90%以上关于量子力学的论文,用的全都是波动力学的架构。
甚至他还看到了玻恩的论文。
“啊!”
“玻恩,你这个叛徒!”
“你也算是参与过矩阵力学创建的大佬啊。”
“怎么可以这样!”
海森堡体会到众叛亲离的感觉。
唯一让他安慰的是,泡利师兄一直在默默支持着他。
泡利亲口对他说:
“矩阵力学才是量子力学的正统!”
泡利确实够哥们,为了这句话,他还发表了一篇论文。
泡利在矩阵力学的基础上,引入了一个新的矩阵,名为泡利矩阵。
利用它,可以更好地解释磁场和自旋的关系。
他在细节上完善和拓展了矩阵力学。
波动力学有个致命的缺点,那就是在电子自旋上描述不足。
而现在泡利甚至又加强了矩阵力学对自旋的描述。
瞬间又拉大了差距。
海森堡大喜。
“这才是真正的兄弟!”
海森堡和薛定谔的斗争持续进行。
研究所内众人大部分都在吃瓜,但是有一个人内心却五味杂陈。
伊蕾娜一个人静静地坐在办公室的位置上。
她的思绪早已不知飞到何方。
她并不关心矩阵力学和波动力学谁是正统。
在她看来,这是可以通过开会讨论解决的事情。
因为真理是越辩越明的,她相信布鲁斯教授一定会给出盖棺定论的结果。
伊蕾娜关心的是,为什么每次这种物理大世,都是由男人掀起呢?
各种全新的理论体系,都是由男人率先提出。
这让她很不服。
“我们女性也可以掀起科学狂潮!”
虽然伊蕾娜在强力概念上有一定的贡献,但那并不足以让她产生影响学界的统治力。
毕竟强力概念是布鲁斯教授最先构思出来的。
所以,她需要做出创新性的突破!
就像海森堡和薛定谔那样,让整个物理学界都为之轰动。
可惜,目前为止,她的博士课题进展缓慢。
原子核领域始终没有什么特别重大的发现。
因此,伊蕾娜有心无力,她现在很沮丧。
“我的路到底在哪里呢?”
此刻伊蕾娜还不知道,她的璀璨天命还未到来。
继量子力学之后,她会掀起一场新的物理大世。
而在那场大世中,将出现能重塑世界格局的可怕理论:铀核裂变!
用任何语言形容它的重要性都不足为过。
这一世,李奇维要借助它,踏上真正的无上巅峰!
但是现在,他却要赶紧解决更迫切的问题。
矩阵力学,波动力学,到底谁是量子力学的正统?
真实历史上,量子力学从诞生到发展再到最后的完善,可以说是聚尽当世所有最顶级天骄的智慧。
因此,它的历史是非常非常精彩的。
从整体框架看,可以分为旧量子论、过渡期、量子力学三个阶段。
旧量子论是以普朗克的量子概念、爱因斯坦的光的波粒二象性、玻尔的量子轨道模型为核心。
过渡期是德布罗意的物质波理论作为承上启下之桥梁。
最后,进入量子力学的阶段。
这个阶段相比旧量子论更加地复杂,过程也更加曲折。
大致又可以分为以下几个时期。
首先,第一个时期。
海森堡和薛定谔分别提出矩阵力学和波动力学,从而爆发两派大战。
但这个时候的争论,主要是量子力学领域内部的问题。
在这个时期里,玻恩提出了著名的【概率解释】。(后面具体解释)
这个解释是关于波动方程中波函数ψ的含义。
薛定谔认为电子波就和普通的水波一样,波函数代表了电子波随时间和空间的规律变化。
但是玻恩认为,波函数ψ并非是电子波,其也不是像真实的波一样扩散运动。
他认为电子波是一种概率波。
事实证明,玻恩的概率解释才是对的。
于是,有人取笑“薛定谔不懂薛定谔方程”。
意思是薛定谔对于自己提出的波动方程中波函数的解释是错的。
但是薛定谔和爱因斯坦都不承认概率解释。
接着,是第二个时期。
在第一个时期中,薛定谔因为波函数问题,败下阵来。
虽然他自己不承认,但是物理学界主流都接受了玻恩的概率解释。
此外,薛定谔的失败并不影响波动力学依然是大家最喜欢的版本。
甚至概率解释让波动力学更为成熟完善。
因此,海森堡很难受。
明明打败了薛定谔,但是反而让对方的波动力学比矩阵力学更受欢迎了。
在这种极度情绪下,海森堡灵感爆发,逆天而起。
他在矩阵力学的基础上,提出了一个更为惊人的理论。
那就是著名的【不确定性原理】!
即:不可能同时确定微观粒子的位置和动量。
这个理论让海森堡的矩阵力学大放异彩。
于此同时,薛定谔自己又从数学上证明了,波动力学和矩阵力学其实是等价的。
这意味着两种理论都没有错。
但是两者的物理基础又完全不同。
电子到底什么时候是波,什么时候是粒子呢?
怎么确定呢?
这说明一定还有更深层次的道理,导致出现了这种匪夷所思的情况。
量子力学急需创造一个新理论来调和粒子和波的矛盾性。
在这种情况下,玻尔出手了!
量子力学进入第三个时期。
这时候的玻尔,是量子力学领域当之无愧的扛把子。
所以,虽然海森堡算是他的半个弟子,但是他并没有偏袒对方。
玻尔认为波动力学的波动性和矩阵力学的粒子性,都是正确的,应该同时考虑。
换言之,他认为海森堡和薛定谔两人的观点都错了。
但是,如何把两个矛盾的性质统一起来呢?
玻尔在挪威滑雪散心的时候,一朝顿悟,终于想出了完美的解决方案。
那就是著名的【互补原理】!
他认为对单个量子客体进行描述的时候,任何单方面的描述都是不完整的。
只有同时从粒子性和波动性两个角度考虑,才能形成对单个量子客体的完整描述。
这个观点听起来有点像废话,但是却包含了量子力学最深刻的内涵。
当用数学形式阐述互补原理时,又引申出两个重要的概念。
【态迭加原理】和【波函数坍缩】。
这两个概念和后来的单电子双缝干涉实验息息相关。
在普通人眼里神秘莫测,震碎三观的双缝实验,被互补原理完美解释。
一点也不神秘!
至于在双缝干涉实验基础上,更进一步的延迟选择实验、量子擦除实验,同样一点也不神秘。
它们都可以被互补原理轻松地解释。
至此,量子力学的框架算是全部完成了。
但是,还遗留一个小问题。
那就是波动力学无法解释电子自旋的问题。
于是,狄拉克横空出世,他把狭义相对论和量子力学结合,提出了狄拉克方程。
这个方程可以完美解释电子自旋,彻底补足量子力学的最后短板。
接着,狄拉克在此基础上,开辟了【量子场论】的框架,为后来的粒子物理提供了最强大的理论工具。
不过,那就是另外一条线了,此处不再细谈。
这时,有人可能会问:
咦?不对不对。
“上帝不掷骰子!”;
“我不看月亮,难道月亮就不存在了吗?”;
“薛定谔的猫”;
“量子纠缠”。
这些经典内容怎么还没有出现?
别急。
第三时期结束后,以玻尔为首,海森堡、泡利、玻恩等人,形成了量子力学领域著名的哥本哈根学派。
哥本哈根学派的核心理念就是大名鼎鼎的【哥本哈根诠释】。
它包含了三个内容:玻恩的概率解释、海森堡的不确定性原理、玻尔的互补原理。
凭借哥本哈根诠释,玻尔等人挑战天下英豪!
而这些英豪,就是以爱因斯坦为首的。
在玻恩提出概率解释后,爱因斯坦曾私下写信给玻尔。
他认为世界的本质不可能是随即概率的。
从而提出了那句著名的“上帝不掷骰子”。
而当玻尔提出互补原理、态迭加原理、波函数坍缩后,爱因斯坦又跳出来反对。
反驳的话就是:“我不看月亮,难道月亮就不存在了吗?”
终于,这些矛盾在1927年的第五届索尔维会议上集中爆发了!
于是,就诞生了人类有史以来最知名的会议。
在这届索尔维会议上,玻尔神威浩荡,战力滔天,把爱因斯坦等人反驳的哑口无言。
不管是掷骰子还是看月亮,在哥本哈根诠释下,全都迎刃而解。
以爱因斯坦为首,薛定谔、德布罗意为小弟组成的保守派,遭遇惨败!
但是,爱因斯坦没有被玻尔说服,他没有放弃。
接着,在1930年的第六届索尔维会议上,双方又爆发一次大战。
这一次,爱因斯坦剑指不确定性原理。
他提出了著名的“爱因斯坦光盒”。
这个思想实验一出,瞬间就让海森堡等人慌神了。
眼看爱因斯坦就要赢了,但是最后关头,玻尔再次出手。
哥本哈根诠释第二次完胜!
爱因斯坦接连遭遇两败,但依然越战越勇。
终于,他在1935年,向量子力学发起了最后一次攻击!
他和他的助手,发表了一篇只有几页纸的论文,被称为“epr论文”。
这篇论文是针对量子力学的完备性发出质疑的。
文章一出,学界轰动!
所有人都觉得,这一次爱因斯坦要赢了。
但是乐极生悲,玻尔第三次出手了!
这一次,他提出了大名鼎鼎的【量子纠缠】概念。
一举粉碎了epr论文的质疑。
爱因斯坦从此心灰意冷。
至此,哥本哈根学派成为量子力学领域的绝对权威。
三败爱因斯坦,这是何等可怕和傲人的战绩!
玻尔之名,恐怖如斯!
然而,就在哥本哈根学派欢欣鼓舞之时。
事情再度反转!
仅仅两年半之后。
爱因斯坦的头号大将兼忠心小弟,薛定谔突然爆种。
他发起了保守派的最后一击。
在很多人来看,这是爱因斯坦等人的垂死挣扎。
但就是这一击,却狠狠地打在了哥本哈根学派的死穴之上!
薛定谔从来都不信什么概率解释、波函数坍缩之类的概念。
他把这些匪夷所思的概念,巧妙地引入到宏观世界。
从而提出了那个恐怕是量子力学领域最最著名的思想实验。
【薛定谔的猫】!
第四神兽一出,天下皆惊。
这一次,哥本哈根学派再也解决不了这只猫了。
哪怕是玻尔出手也不行。
因为它把人的意识和客观世界结合在了一起。
甚至比哥本哈根诠释本身还令人匪夷所思。
直至今日,薛定谔的猫依旧是无解的难题。
为了解释这个问题,后世又发展出一些其他的量子力学解释。
比如:平行宇宙学说等。
但这些理论都不够完美。
所以,薛定谔的猫才会如此出名!
它依然像个幽灵一样,飘荡在量子力学的世界里,等待着最后的裁决。
以上,就是量子力学和哥本哈根学派的整个历史脉络。
毫不夸张地说,这就是一部跌宕起伏、大气磅礴的人类智慧巅峰史。
李奇维每每回顾这段历史,都会产生一种高山仰止之情。
众多绝世天才的思想碰撞,闪耀出人类理性最璀璨的火!
但同时,他也会产生一种深深的遗憾之情。
因为这场量子力学的发展史,或许将成为人类历史中的绝唱!
前无古人,后无来者!
再也不可能有那么多的顶级物理家,齐聚在一起,为了纯粹的学术而论道万古!
但是!
李奇维是幸运的!
现在,他来到了这个时代。
他此刻的地位,超越了爱因斯坦和玻尔。
那么,他又将如何引领这场最伟大的学术论道呢?
是霸天绝地,一人独战天下!
还是超然物外,俯瞰量子天骄!
这一章可谓心血之作。
首先让大家了解真实的量子力学发展史。
然后才能看懂主角到底是如何装逼的。
结尾的两种选择,大家喜欢哪一种。
感兴趣的读者,可以在本章说留言。
第一种扣1,第二种扣2。
我略微参考下你们的意见。
两种装逼方式的写法还是有点不同的。
(本章完)