《上帝擲骰子嗎》|有趣的量子史話

《上帝擲骰子嗎》



愛因斯坦的名言“上帝不擲骰子”通常被用來表達(dá)他對(duì)量子力學(xué)中隨機(jī)性的不認(rèn)同。這句話源于愛因斯坦與量子力學(xué)的奠基人之一尼爾斯·玻爾之間的爭(zhēng)論。本書以生動(dòng)有趣的語言,以時(shí)間的發(fā)展為脈絡(luò)介紹了歷史上的物理學(xué)家們對(duì)量子物理的逐步了解。里面穿插著對(duì)物理學(xué)家的性格事跡描述,在作者的帶領(lǐng)下了解到有血有肉的物理學(xué)家們。本書一共有十二章,每一個(gè)章節(jié)里面又分為五個(gè)小部分進(jìn)行講述。

第一章:黃金時(shí)代

? 主要內(nèi)容:本章開始從對(duì)卡爾斯魯厄的生活環(huán)境和歷史環(huán)境開始描述,在卡爾魯斯厄大學(xué)里海因里?!?shù)婪颉ず掌澰谶M(jìn)行一場(chǎng)偉大的實(shí)驗(yàn):求證“電磁波”是否存在。在作者細(xì)致的描述之下可以想象到赫茲在這場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的興奮與喜悅?!安还芾碚撛鯓訜o懈可擊,它畢竟還是通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)論的呀”從此麥克斯韋的電磁波理論預(yù)言被證實(shí)?!肮馐请姶挪ǖ囊环N”也被世人所了解。


光的微粒說和波動(dòng)說



在電磁波理論被證實(shí)之后第七年,20多歲的馬克尼閱讀了赫茲的論文,幾年后成功的將聲音穿越大西洋,信息時(shí)代開啟。但此時(shí)在一場(chǎng)關(guān)于“光”的大戰(zhàn)正在醞釀著。在中世紀(jì)以前關(guān)于光是什么有許多種假說,視覺成像也有兩種理論,一種是射入論,另外一種是射出論。直到格里馬第的光的衍射實(shí)驗(yàn),人們看到光通過兩個(gè)小孔之后形成明暗交錯(cuò)的條紋圖像,于是提出最早的光的波動(dòng)說。

光的微粒說與波動(dòng)說的斗爭(zhēng)的導(dǎo)火索1663年的波義耳對(duì)光的顏色的論文。牛頓與胡克進(jìn)行激烈的斗爭(zhēng)??梢钥吹疆?dāng)時(shí)的科學(xué)家們是互相存在摩擦的,甚至幼稚的詆毀。牛頓選擇支持微粒說,認(rèn)為光是微粒的,最后通過牛頓天才般的證明理論微粒說取得勝利。

直到1792年托馬斯·楊設(shè)置光的雙縫實(shí)驗(yàn),波動(dòng)說才重新出現(xiàn)在大眾視野前。

? 關(guān)鍵概念:以太、牛頓環(huán)、經(jīng)典物理學(xué)、牛頓力學(xué)、拉普拉斯決定論。

? 思考與啟示:這一章讓我對(duì)物理學(xué)的發(fā)展歷程有了更深入的了解,也讓我對(duì)光的本質(zhì)有了更深刻的認(rèn)識(shí)和了解到經(jīng)典物理學(xué)的輝煌成就,也感受到人類在自然演進(jìn)過程中對(duì)事物的思考分析充滿了智慧的辯證。在作者精心的寫作中,一些思考總是讓人醍醐灌頂,比如在牛頓反對(duì)波動(dòng)說中“光和聲音同時(shí)波,光無法繞開障礙物”這些類似的反駁讓人感覺幽默又崇拜他們的智慧。現(xiàn)代我們所使用的廣播和電視攝像等等都需要這些理論的支撐,看完這些感慨科技的神秘。

第二章:烏云

? 主要內(nèi)容:描述了 20 世紀(jì)初物理學(xué)面臨的兩朵烏云,黑體輻射、邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)等。這些問題揭示了經(jīng)典物理學(xué)的不足。這一章節(jié)作者從1900年的倫敦說起,帶領(lǐng)我們走進(jìn)皇家研究所的一場(chǎng)報(bào)告會(huì),通過開爾文的論文演講開始為我們描述一個(gè)小實(shí)驗(yàn)里面穿插著與中國(guó)的戰(zhàn)爭(zhēng)情況讓我對(duì)這段歷史時(shí)期產(chǎn)生別樣的情緒。


開爾文



開爾文男爵在英國(guó)皇家研究所作的報(bào)告《在熱和光動(dòng)力理論上空的19世紀(jì)烏云》中指出了兩朵“烏云”,一是邁克爾遜—莫雷的實(shí)驗(yàn),意圖探測(cè)光以太對(duì)于地球的漂移速度,而實(shí)驗(yàn)結(jié)果光以太相對(duì)于地球沒有任何相對(duì)速度。這個(gè)結(jié)果說明是否存在“以太”這種物質(zhì)是巨大的問號(hào),而“以太”是波動(dòng)說大廈的根基,否定了“以太”,波動(dòng)說就崩潰?!耙蕴笔墙^對(duì)運(yùn)動(dòng)的代表,是經(jīng)典物理學(xué)和經(jīng)典時(shí)空觀的基礎(chǔ)。否定了“以太”,那么整個(gè)物理世界轟然崩潰。以太這個(gè)想象出來的物質(zhì)也被證實(shí)不是光的介質(zhì)。

? 關(guān)鍵概念:黑體輻射、紫外災(zāi)難、邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)。

? 思考與啟示:這一章讓我意識(shí)到科學(xué)的發(fā)展是一個(gè)不斷解決問題和挑戰(zhàn)的過程,對(duì)光的本質(zhì)有了更深入的思考。

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