本書(shū)主要講解了量子物理史話,以量子力學(xué)的發(fā)展為主干,用輕松愉快的敘述方式介紹了整個(gè)量子物理的起源,發(fā)展過(guò)程以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
故事是從牛頓這一偉大經(jīng)典力學(xué)奠基人開(kāi)始的。書(shū)中介紹了當(dāng)時(shí)物理學(xué)在牛頓的帶領(lǐng)下蓬勃發(fā)展,后來(lái)隨著麥克斯韋方程組的出現(xiàn),電磁學(xué)也被納入了經(jīng)典力學(xué)當(dāng)中,物理界呈現(xiàn)在無(wú)比繁榮的景象中,似乎世界的本質(zhì)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn),所以的現(xiàn)象都能被物理所解釋。
在這之中,有一個(gè)問(wèn)題一直困擾著所有人,那就是電子到底是粒子還是波。從牛頓開(kāi)始,波粒大戰(zhàn)就從沒(méi)有停止過(guò),一直持續(xù)了300年,其中一直圍繞著該爭(zhēng)論的一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)就是,雙縫干涉實(shí)驗(yàn),即光子透過(guò)雙縫之后會(huì)在屏幕上出現(xiàn)干涉現(xiàn)象,粒子說(shuō)永遠(yuǎn)也解釋不了這個(gè)現(xiàn)象,這是波動(dòng)說(shuō)的一個(gè)有利實(shí)驗(yàn),微粒說(shuō)永遠(yuǎn)攻不下波動(dòng)說(shuō)也是因?yàn)檫@個(gè)實(shí)驗(yàn)。波粒之爭(zhēng)這也算是一個(gè)量子力學(xué)的起源吧。
然后物理學(xué)界迎來(lái)了兩朵烏云,即兩個(gè)用經(jīng)典物理學(xué)無(wú)法解釋的實(shí)驗(yàn),最后兩朵烏云分別導(dǎo)致了相對(duì)論革命以及量子論革命的爆發(fā)。正是從這個(gè)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始,隨著物理學(xué)家們的研究,普朗克提出了量子這個(gè)概念,指出了能量不能連續(xù)傳輸,而是以量子為單位,一份一份傳輸?shù)?。此時(shí)可以說(shuō)量子力學(xué)就是從普講朗克開(kāi)始的。
量子力學(xué)出來(lái)后,微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)仍然在爭(zhēng)論之中,然后隨著波爾這位偉大物理學(xué)家以及他的弟子的出現(xiàn),這場(chǎng)爭(zhēng)論漸漸地迎來(lái)了曙光。之后海森堡引入了矩陣解決了量子力學(xué)中的主要問(wèn)題,使得他在量子力學(xué)的發(fā)展中占有很大的地位。但他的方式并不容易被人們理解,一些規(guī)則的意義也無(wú)法解釋。
與此同時(shí),薛定諤的波動(dòng)方程橫空出世。薛定諤的波動(dòng)方程與海森堡的矩陣一樣,是為解決量子力學(xué)的主要問(wèn)題而存在的,但是由于該理論容易被人們所理解,因此人們更偏向用薛定諤的理論去解釋問(wèn)題。此時(shí)量子理論分為了兩個(gè)學(xué)說(shuō):矩陣力學(xué)和波動(dòng)力學(xué)。有趣的事,一個(gè)是從粒子的運(yùn)動(dòng)方程出發(fā),一個(gè)是從波動(dòng)方程出發(fā),這不又回到了微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)的爭(zhēng)論了嗎。但是他們的理論的結(jié)果完全一樣,這也在暗示著微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)是要統(tǒng)一在一起的。
此時(shí)來(lái)到了波粒爭(zhēng)論的高潮。在經(jīng)歷了各個(gè)物理學(xué)家對(duì)量子的研究之后,波爾提出了一個(gè)最終結(jié)論,電子既是波同時(shí)又是粒子,即著名的波粒二象性。這也是量子力學(xué)中最為精彩的部分。
然后接下來(lái)就是對(duì)量子理論的爭(zhēng)論,這也是一直到現(xiàn)在也沒(méi)有結(jié)論的地方。波爾他們哥本哈根派認(rèn)為電子平時(shí)是以波動(dòng)的形式存在的,只有在觀測(cè)的時(shí)候電子才會(huì)以粒子的形式存在。對(duì)于這樣的解釋,薛定諤用貓的一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)形容該解釋,認(rèn)為他們的解釋會(huì)使得貓既是死的又是活的,覺(jué)得這是不可理喻的,這就是著名的薛定諤的貓。對(duì)于該解釋,愛(ài)因斯坦也是不認(rèn)同,覺(jué)得世界應(yīng)該是客觀的,不應(yīng)該與意識(shí)有關(guān)。
時(shí)間一轉(zhuǎn)眼就來(lái)到了近代,由于哥本哈根派的解釋并不能讓所有人都信服,因此有很多對(duì)于量子力學(xué)的解釋也出來(lái)了。比如多宇宙理論,隱變量,系綜等等。多宇宙理論也比較有意思,說(shuō)的是其實(shí)世界是由多宇宙組成的,即貓同時(shí)是死的又是活的,只不過(guò)我們相對(duì)于粒子處于一個(gè)宏觀的狀態(tài),只能生活在一個(gè)宇宙中,即世界在這個(gè)宇宙的投影,我們無(wú)法觀察得到其他宇宙的的事物,即只能看到貓的一個(gè)狀態(tài)。但是由于粒子很小,導(dǎo)致能夠受到其他世界的影響,因此出現(xiàn)了雙縫干涉現(xiàn)象。多宇宙理論就是我們平時(shí)說(shuō)的最多的平行宇宙,還是十分有趣的。
量子物理的史話已經(jīng)走到盡頭,對(duì)于它的爭(zhēng)論現(xiàn)在還沒(méi)有一個(gè)真正的結(jié)論,也許在不久的未來(lái)就能夠發(fā)現(xiàn)吧。