精品故事會短篇故事閱讀站

量子力學可信嗎? - 知乎

更新:1個月前章節:3回答zhihu
開始閱讀

章節目錄 ( 共 3 章 )

內容預覽

第一章 量子力學可信嗎

量子力學可信嗎?

量子力學的出現,和許多江湖門派的成立一樣,看似悄無聲息,實則刀光劍影,充滿了混戰和統一。

紛爭的源頭,要追溯到一個古老的問題——光的本質是什麼?

幾百年來,關於這個問題的答案,有兩個主流的看法,因此產生了兩個水火不容的門派——兩個門派的戰鬥過程跌宕起伏,有碾壓有逆襲有反轉。

簡單說起來可以分為三個階段。

第一階段:微粒派好牛波動派和微粒派互相抬槓好多年,一開始誰都沒說服誰,直到一對死對頭的出現,才暫時分出了個高低。

他們就是結下了萬年樑子的:如果說胡克站隊,是出於純粹地科學推測;那麼牛頓的站隊,則出於純粹地噁心胡克。

這本是一場勢均力敵的對抗,可是後來牛頓站到物理江湖的頂點,成為一方霸主。

他背後的微粒派也跟著沾了光,波動派也就此被按在地上摩擦了一百年。

據說,牛頓甚至特意在胡克去世後寫了本暢銷書,來宣傳自己的光學研究成果。

此時的波動派群龍無首,一個能打的都沒有,這就導致他們毫無還手之力。

那微粒說真的無法撼動嗎?

第二階段:波動派逆襲風水輪流轉,一百多年後,波動派出現了一名英國的眼科醫生,單槍匹馬挑戰權威。

這個人就是托馬斯·楊。

話說楊少俠,也是個天才,兩歲讀書,四歲背詩,六歲刷完兩遍《聖經》,十四歲精通多國語言。

原以為一代文豪就此誕生,可誰知楊少俠路子跑偏了,任性地選擇轉專業,開始研究起光學。

然後他隨隨便便做了個實驗,一不小心就青史留名。

這就是著名的楊氏雙縫干涉實驗。

實驗其實很簡單,只需要:如果牛頓說得對,光真的是粒子,就算它筆直地通過了第一扇門……也會因為自個兒太耿直,而撞上第二堵牆。

所以理論上來說,最後的螢幕上應該是一片漆黑。

可實際上呢?

最終在螢幕上出現的,卻是明暗相間的條紋。

這就說明,光根本不是粒子,而是一種波!小楊小眼一眯,不得了!這不正是支援波動派的證據嗎?

果然,實驗結果一齣,鐵證如山,打得微粒派猝不及防,波動派就此崛起。

後來大家都知道,麥克斯韋預言了光是一種電磁波,赫茲又用實驗證明了這事兒,微粒派這下算是心服口服了。

是不是看上去,光是一種波這件事,已經板上釘釘、毋庸置疑了?

第三階段:波粒統—關於光的本質之爭,並沒有就此完結,托馬斯·楊肯定想不到,又過了百來年,自己這個楊少俠的名頭快要頂不起了。

針對波動說,有幾個大爺,站出來表示不服。

這下,不僅解釋了光的本質,還搞出了一個令物理學界震三震的新學說——量子論。

具體怎麼一回事呢?

咱們把鏡頭往前推一推。

話說當年,赫茲除了驗證了電磁波之外,還瞄到了一個神奇的現象。

這種見光跑的現象,就是光電效應。

補充一點,準確來說,赫茲做實驗的時候,還沒有發現電子。

他只是看到金屬板被光照了以後,會帶正電。

這個現象迅速霸佔了頭條,科學家們扎堆來湊熱鬧,但是大家很快發現,經典物理在這裡根本說不通!根據經典物理理論:如果光是一種波,高能的光照在原子上,電子就會跑得飛快!如果是低能的光,那也沒關係!波的特點,是能量連續不斷。

光波會對電子產生持續性的刺激,能量可以累積,所以只要熬得久,電子就能攢夠能量跑路。

可理論歸理論,實驗結果卻不是這樣!從實驗結果來看,甭管低能的光照多久,電子就像個釘子戶,不跑就是不跑!這該如何解釋呢?

愛蹭熱點的愛因斯坦,陷入了沉思。

正當他百思不得其解,突然大眼睛一瞟,瞟到了一個靚仔:量子祖師爺·馬克斯·普朗克普朗克,德國人,會彈會唱會作曲,平平無奇的大帥哥。

原本靠顏值就能當個人生贏家,走向人生巔峰,可普帥很任性,偏要靠才華,死磕物理學。

在他剛準備闖蕩物理江湖的時候,有一名物理老師曾勸他:開個玩笑,其實是當時的物理學家們認為,物理界差不多被研究禿了,僅剩的幾根毛也是可有可無。

可普朗克偏偏不信這個邪。

別看普帥的顏值一路跌停,人家的學術成就卻是高歌猛進。

而他研究的課題,就是兩朵烏雲之一的——具體啥是黑體輻射,解釋起來太過複雜,混子哥就不在這裡展開了,有興趣的可以自行了解。

但咱們要記住的,是普朗克為了解釋這個問題,所得出的一個衝擊三觀的結論。

話說在經典物理的世界觀裡,大家覺得能量是可以無限分割的。

可為了解釋黑體輻射,普朗克做了個大膽的假設:能量是不能無限分割的,切到最小要卡殼!這個不可再分的最小單位,普朗克叫它能量子,也就是量子的雛形。

用這個假設,就可以完美解釋黑體輻射問題。

可那個年代還是經典物理的天下,普帥的理論,無疑被看作歪門邪道,他本人都不咋信。