【品·鉴】遇事不决,量子力学

乔伊君
2020-04-28 看过

现在,我们常说“遇事不决,量子力学;解释不通,穿越时空”,但到底什么是量子力学?如何才能穿越时空?想必很多人是说不出一二三的,那为何大家又都喜欢归属于量子力学呢?我觉得可能是量子力学过于深邃,较一般大众而言太过高深了的缘故。

话说回来,我最早接触量子力学,得益于相对论的学习。那会儿上初中,在胡家庙报刊亭,跟着朋友选杂志。碰巧《科学世界》那一期讲的是相对论,他觉得太复杂,放在了一边,可我看得饶有趣味,因此就买了下来,其中有讲高处的时间流逝要比低处快一些。于是,我在某一天将这个秘密告诉了我的同桌,她却回了我一个白眼。

这多年来,每当我想到这件事,都会感觉很有趣,因为相对论和量子力学都是在某种程度上颠覆了我们传统的认知,给予我们对这个世界以新的思考。当然啦,外行人(非专业人士)来学习量子力学,在知识基础和研究方法上难免有些许困难,这里,我就比较推荐吉姆·巴戈特的这本《量子通史——量子物理史上的40个重大时刻》。

这本书从量子力学的诞生讲起,一直叙述到现如今的研究进展。全书以通史为纲要,选取40个重要时间点,来详细地讲述量子力学的发展。书中提及了很多伟大的物理学家、数学家,以及光谱学家,其中有些人为我们一般大众所熟知,如爱因斯坦、泡利等。通过有趣的故事线索,将整个量子力学的发展拼接起来,穿插的绘图,也帮助读者更好地去理解。

其实,量子力学这一领域,不仅对一般读者显得难入法门,就连年轻的奥地利物理学家沃尔夫冈·泡利都常会为解决不了问题而闷闷不乐。要知道泡利可是当之无愧的天才,他出生于书香门第,中学时就开始自修物理学,后来甚至成为了慕尼黑大学最年轻的研究生。而正是这样一位天才,在被人问及为何不开心时,他答道:“一个人在思考反常塞曼效应时,怎么可能开心呢?”

当然,理解量子力学的分析可能过于困难,但了解其历史,对大众读者而言,还是很容易接受的。首先,量子力学的诞生,是借由经典力学框架的崩溃引发的,但一项理论的没落,其过程并非是一蹴而就的。从爱因斯坦提出光量子理论开始,就遭到了物理学届很多名家的反对,其中就有大名鼎鼎的玻尔。玻尔因为不愿接受爱因斯坦的光量子理论,便和同事提出了玻尔-克喇末-斯莱特理论,并且,曾试图借由他的个人魅力和表达能力来说服年轻同行接受他的理论。

与此同时,德国光谱学家阿尔弗雷德·朗德对核电子进行了研究。并在此基础上,德裔美国核物理学家奥托·斯特恩和同事瓦尔特·盖拉赫进一步研究了银原子在磁场中的影响。这些科学家的研究为旧量子理论做了最后的挣扎,但在随后的实验结果面前,欢呼声即将宣告休止。

其次,旧量子力学的崩溃,强烈催生出新量子力学的诞生,如何去预测氢原子的发射光谱?成为新量子理论首先要解决的难题之一。往后的科学家们,正是在这一基础上,才能不断进行新的研究,从而推进了新量子力学的发展。

最后,我想提一下量子力学发展史中的趣闻。薛定谔,想必很多读者都听过“薛定谔的猫”吧!其实,薛定谔的圈子要比他的猫有趣的多。薛定谔和妻子安妮保持着相对“开放”的婚姻,而薛定谔与同事彼得·德拜、数学家赫尔曼·外尔又形成了一个复杂的社交网,他们常常在一起放纵生活,寻求刺激。安妮爱上了外尔,外尔的老婆海琳·约瑟夫在追随现象学大师埃德蒙德·胡塞尔期间,又爱上了保罗·外尔。而这位保罗·外尔与彼得·德拜合作开发了X射线衍射分析法。不得不说一句,科学家的圈子,有时也很乱啊。

量子力学对于我们大多数人而言,如同天方夜谭一般,虚无缥缈;又像是海市蜃楼一样,可望而不及。那么,我们还有必要去学习,或是了解量子力学吗?我觉得是有的,量子力学是一种认知世界的方式,是我们看待时间和空间的一种视角,不论何时何地,人类的前进,都是与梦想,与求知相伴而行的。如果有一天,我们能够更清楚的意识到我们的生存方式与未来处境,我认为那很可能就是量子力学的发展所引发的变动。

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