這本書(shū)是英國(guó)科普作家蒂姆·詹姆斯寫(xiě)的一本量子力學(xué)科普入門(mén)書(shū),從微觀世界的維度解讀宇宙。但是本人理科功底實(shí)在薄弱,好多地方還不能融順貫通,好在也有收獲,先理順一些概念。
一、時(shí)間膨脹效應(yīng)
或者叫時(shí)間扭曲。我以前一直不理解:為什么光速不變?同樣沿著光,你坐飛機(jī)我走路,你的光速不應(yīng)該更快嗎?原來(lái)是時(shí)間搞的鬼。
時(shí)間膨脹效應(yīng)是指在相對(duì)論中,時(shí)間的尺度隨著觀察者速度的改變而改變。比如,對(duì)移動(dòng)中的兩個(gè)觀察者來(lái)說(shuō),時(shí)間的流速一定不同。一個(gè)人的速度越快,他的時(shí)鐘就越慢,結(jié)果光的時(shí)間流動(dòng)也更慢,看上去似乎光速是一樣的。你的朋友騎在自行車(chē)上,她的時(shí)間更慢,因此在測(cè)量光速時(shí),得到的結(jié)果似乎是一樣的。所以光速不變。(如果你的運(yùn)動(dòng)速度跟光速一樣,時(shí)間就靜止了。)
(運(yùn)動(dòng)的人顯年輕,是時(shí)間變慢了嗎?大腦越用越有活力,是不是也有同樣的道理在?)
二、光電效應(yīng)
簡(jiǎn)單地說(shuō),就是當(dāng)光照射在一片潔凈的金屬上時(shí),金屬原子外層的電子就會(huì)飛離金屬表面。這是因?yàn)殡娮幽芪展?,如果入射光的能量足夠大,電子就能吸收光并被剝離。入射光的能量是根據(jù)顏色來(lái)的,紅光、橙光和黃光對(duì)金屬表面不起作用,而綠光、藍(lán)光和紫光會(huì)導(dǎo)致電子發(fā)射。
三、量子躍遷
電子被固定在繞原子核距離不等的殼層上,能量越低越靠近原子核;電子會(huì)吸收能量,但只吸收能使它們脫離束縛的固定能量,多一點(diǎn)、少一點(diǎn)都不吸收。這意味著兩個(gè)殼層之間的電子不存在中間能量值。因此,當(dāng)電子吸收一個(gè)光子并躍遷到更高的殼層時(shí),它不會(huì)通過(guò)中間的“真空地帶”。它顯然是瞬間從內(nèi)殼層跳到外殼層的,這就是所謂的“量子躍遷”。
量子躍遷是指電子從一個(gè)殼層消失,出現(xiàn)在下一個(gè)殼層,并在這個(gè)過(guò)程中吸收一個(gè)光子(如果獲得能量)或釋放一個(gè)光子(如果失去能量)。
四、電磁場(chǎng)
電場(chǎng)跟磁場(chǎng)是一體的,如果你拿一塊磁鐵上下擺動(dòng),會(huì)在磁場(chǎng)中創(chuàng)造一個(gè)垂直的波(?),這一舉動(dòng)同時(shí)還在電場(chǎng)中產(chǎn)生了一個(gè)擾動(dòng),與原來(lái)的磁擾動(dòng)呈直角。該電場(chǎng)的波動(dòng)會(huì)再對(duì)磁場(chǎng)產(chǎn)生反作用。磁場(chǎng)又會(huì)再次振動(dòng),從而擾動(dòng)電場(chǎng)。如此循環(huán)不止。最開(kāi)始你在磁場(chǎng)中創(chuàng)造了波,當(dāng)電場(chǎng)與磁場(chǎng)一起振動(dòng)并相互干擾的時(shí)候,波也隨之傳播,這些波叫作“電磁波”。
“電磁波”的傳播速度是光速,電磁場(chǎng)(或者叫光子場(chǎng))就是產(chǎn)生光波(勒內(nèi)·笛卡爾和托馬斯·楊都論證過(guò))的介質(zhì)。
如果振動(dòng)一個(gè)電子(帶電、有磁性的粒子),我們就能創(chuàng)造一個(gè)以光速向外傳播的波。然而我們看不到它,因?yàn)閷?duì)人眼來(lái)說(shuō),光束的能量太低了,但無(wú)線電天線可能會(huì)接收到它。如果我們以每秒數(shù)百萬(wàn)次的頻率振動(dòng)電子,就可以看到電磁畸變,電子會(huì)依次發(fā)出紅光、橙光、黃光、綠光、藍(lán)光、靛藍(lán)光,最后是紫光。
如果振動(dòng)得再快一點(diǎn),波的能量就會(huì)變得非常大,以至于再一次隱形,它會(huì)繞過(guò)我們的眼睛,就像尖厲的狗吠聲會(huì)繞過(guò)我們的耳朵。再繼續(xù),電子還能發(fā)射出紫外線和X射線。
還有一些概念包括整個(gè)書(shū)的框架邏輯,還要延伸閱讀理解。