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14看书 > 历史 > 1900:游走在欧洲的物理学霸 > 第517章 矩阵力学的缺陷!波粒二象性之巅峰!物质波理论!万物皆波!
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海森堡的矩阵力学宛如一道闪电划破夜空,照亮了旧量子论的迷雾。

通过这个理论,可以自然而然地推导出氢原子光谱的经验公式、光在电磁场中的分裂等现象。

当物理学家们深入研究矩阵力学以后,众人无不感叹:

“海森堡是真正的天才!”

对方不仅从零到一创造了矩阵,同时还把矩阵和物理完美结合在一起。

惊为天人!

海森堡名声大噪,一跃成为当世知名物理学家。

他受到很多大学和机构的演讲邀请,去宣传他的量子力学理论。

不过,他的第一站,当然是选择在量子研究所。

“没有布鲁斯教授,就没有我海森堡的今天。”

海森堡知道自己的理论非常晦涩难懂,需要学习矩阵这种冷门的数学知识。

所以,他喜欢一直强调理论的优点。

此刻,面对布鲁斯教授和所内的同事,他侃侃而谈:

“矩阵力学的基础是电子的间断性,这与量子概念的本质是吻合的。”

“且它承认电子的跃迁行为。”

“矩阵力学脱胎于旧量子论,保留了其中一些概念,但它又是超越了旧量子论。”

“它依赖于我们对原子行为的实际测量,而不是凭空想象。”

薛定谔、伊蕾娜等人心中感慨。

如果说权力让政治家着迷,那么学术成就则让科学家着迷。

现在的海森堡和之前简直判若两人!

再也没有了害羞和拘谨,变得淡定从容,大开大合。

连演讲的语言风格,都带点高大上的逼格了。

这时,海森堡又笑着补充道:

“当然,我也承认,矩阵力学确实有点抽象。”

“很多人写信向我抱怨,为什么要创造出这么难的数学形式。”

“对此,我只能说:没办法,真理就是如此。”

“而且和布鲁斯教授在广义相对论中的黎曼几何比起来,我觉得矩阵算简单的了。”

“至少大家学个一段时间,都可以自如地推导了。”

众人爆发一阵唏嘘声。

显然,他们不相信海森堡的鬼话。

用对方的矩阵力学算氢原子的轨道,简直要了老命。

要是算两个氢原子组成的氢分子的性质,那更是难上加难。

没一两个星期,都不可能算出来的。

物理学界苦矩阵力学久矣。

李奇维看着满面笑容的海森堡,心中好笑道:

“小海同学,趁现在多笑一会,很快你就要笑不出来了。”

这时,一直面无表情的薛定谔问道:

“海森堡,请问你如何解释爱因斯坦教授提到的可视化图景问题。”

“你的矩阵力学,是不是消除了电子的物理形式呢?”

哗!

众人皆是看向薛定谔。

一直以来,薛定谔在大家的心中,就是研究所的老大哥。

不仅研究领域众多,博采众长,而且脾气很好,非常乐于助人。

小伙伴们都很敬重和喜爱他。

但是最近一段时间,众人隐约地发现,薛大哥有点不一样了。

“我感觉他是受到泡利和海森堡的刺激了。”

“要知道,薛大哥可是咱们研究所的第一位成员,资历最老。”

“但是现在,他却被年轻天才后来居上,估计心里应该不好受吧。”

“哎,可惜啊,薛大哥那么聪明的人,就是缺少一个关键的灵感。”

众人小声地讨论着,薛定谔没有听到对自己的议论。

他提出问题,并非是刻意针对海森堡。

而是他已经下定决心,以后专门研究量子力学。

随着年龄的增大,薛定谔担心自己的一生,就要这样平庸地度过了。

因此,他不想再浪费自己的时间,胡乱地去试错。

他想选择一个确定的领域,不停地深入下去。

而量子力学让他看到了方向!

一个新的理论诞生,一定是充满着各种机会的。

此时不抓住,将来就再也没有机会了。

所以,他非常关心矩阵力学,尤其是它目前存在的问题。

有问题,说明存在优化和改进的空间。

此刻,海森堡不知道薛定谔心里在想什么。

他并没有因为对方提出问题而不爽。

相反,他也很敬重这位所内的老前辈。

海森堡自信,自己的矩阵力学可以解释量子论的一切!

“薛定谔博士,感谢你的提问。”

“我认为这并不是一个需要讨论的问题。”

“我可以找到一个对比的例子。”

“那就是麦克斯韦方程组。”

“电磁波和原子一样,也是真实的物理存在。”

“但是通过麦克斯韦方程组,我们能想象出电是如何生成磁吗?”

“我说的不是电磁感应这种行为,而是其背后的原理。”

“恐怕不行吧。”

“所以,我认为矩阵力学,它就有点像麦克斯韦方程组。”

“通过矩阵,将原子的行为数学化。”

“况且,现阶段我们也根本观察不到原子的内部,只能通过数学手段去描述。”

“因此,我认为矩阵力学的可视化问题,并不是什么致命的问题。”

“当然,一切都是在发展中的。”

“或许将来矩阵力学还会被进一步完善。”

薛定谔轻轻点点头。

虽然海森堡的回答并没有说服他,但是他也指不出矩阵力学的具体错误。

矩阵力学再抽象,至少它很有用。

这一点就足以掩盖其它所有的缺点了。

海森堡自信地扫视一圈,他反而很希望有人能继续提出问题。

因为每一个问题,都是对他理论的完善。

就和当初的旧量子论一样,从刚提出时只有一个量子数,到最后变成了四个量子数。

海森堡一朝得道,走上人生巅峰,但是他还没有自负到认为自己的理论是完美的。

连布鲁斯教授都不敢说这种话。

任何一个物理理论,随着时间发展,都是在不断迭代。

忽然。

他发现布鲁斯教授的表情有点不对。

有点凝重,好像在沉思。

这时,众人也发现了异常,心中非常疑惑。

布鲁斯教授难道发现了什么问题?

这有点不可思议啊!

“布鲁斯教授虽然不是矩阵力学的第一作者,但他的贡献是不可忽视的。”

“这说明他本人肯定是认可矩阵力学的,否则怎么可能同意发表呢。”

“但是这表情,又是什么意思呢?”

薛定谔心中悸动。

他觉得有点匪夷所思。

矩阵力学可是海森堡在布鲁斯教授的指导下完成的。

对方怎么可能会质疑呢?

在众人的注视和不解下,李奇维开口了。

“海森堡,你刚刚说矩阵力学的基础是电子的间断性。”

“其实电子的间断性,就是电子的粒子性。”

“但大家可以发散一下思维,如果电子不是粒子怎么办?”

“矩阵力学还能成立吗?”

哗!

此话一出,整个房间内鸦雀无声。

所有人瞪大双眼,露出不可置信的神情。

“布鲁斯教授,您要不要看看您在说什么。”

“电子不是粒子?”

“那它是什么?”

海森堡一脸懵逼。

他都怀疑自己是不是听错了。

布鲁斯教授可是公开高度评价了矩阵力学。

称它是物理学从黑暗进入光明的转折点。

但现在,对方竟然在矩阵力学的根基上,提出了这样一个看起来天方夜谭般的问题。

一时间,海森堡不知道该说什么了。

这时,伊蕾娜作为所内唯一的女生,她出言打破了尴尬。

“教授,您之前不还在夸赞矩阵力学吗?”

“为什么现在您会认为这个理论的根基存在问题。”

众人立刻竖起耳朵,他们很想知道理由。

李奇维看着伊蕾娜,随即说道:

“我并不是质疑矩阵力学的正确性。”

“作为旧量子论的重构理论,它是非常成功的。”

“这一点毋庸置疑。”

“但是,我在使用矩阵力学的时候,有一个现象无法解释。”

“那就是光的波粒二象性!”

哗!

众人皆是一惊!

伊蕾娜眉目微蹙,俏脸上有着疑惑。

“波粒二象性?”

李奇维解释道:

“海森堡所用的简谐振子模型,是针对运动物质的模型。”

“换言之,它无法处理电磁波这样的波动。”

“我们用矩阵力学可以很好地解释光的粒子性。”

“但是对于它的波动性,矩阵力学就无能为力了。”

伊蕾娜恍然!

原来如此!

众人瞬间对布鲁斯教授佩服的五体投地。

当别人还沉浸在使用矩阵力学解释原子光谱时,布鲁斯教授竟然想到了用它研究波粒二象性。

最关键的是,还找到了一个不可解释的难题!

“布鲁斯教授也太可怕了!”

薛定谔听后,心中掀起了滔天巨浪!

他刚决定以后全心研究量子力学,结果布鲁斯教授就提供了一个方向。

而且还是那种极具想象力的方向。

是啊,光子也是微观粒子,但是它和电子等粒子不同,光子是波粒二象性的。

矩阵力学可以处理光子的粒子性,却处理不了光子的波动性。

这说明矩阵力学有需要改进的地方。

这对于薛定谔而言,简直是天大的好消息。

但是对于海森堡,就是天大的坏消息了。

他连忙反驳道:

“教授,我不同意您的看法。”

“矩阵力学是基于电子的行为而建立的。”

“而电子本身就是粒子,它又不是波。”

“矩阵力学不需要能处理波动的性质。”

“光子的波动性是需要单独考虑的因素。”

“所以,您的假设不能成立。”

伊蕾娜等人都点点头。

这一次,众人没有站在布鲁斯教授这一边,反而全都是支持海森堡。

因为电子是粒子,这简直是再正常不过的常识了。

矩阵力学既然能完美解释电子的一切,就不需要再为了光子的波动性大改。

薛定谔右手摩擦着下巴,静静思考。

他在主观上支持布鲁斯教授。

但客观上,他觉得海森堡说的确实很有道理。

毕竟电子和光子的性质不同,不能混为一谈。

面对海森堡的回复,李奇维微微一笑。

他早都猜到对方会这么回答。

此刻,他幽幽地说道:

“若电子不仅是粒子,也是波呢?”

轰!

众人骇然!

海森堡完全呆住了。

“这......”

“不可能吧......”

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海森堡把在量子研究所内的那场分享,当成梦魇,选择遗忘。

他打死也不能同意布鲁斯教授的观点。

不管他有多么敬重对方。

因为电子是波的观点,实在太骇人听闻了!

简直如天方夜谭一般!

不仅是他,伊蕾娜等众人都不相信。

况且最后布鲁斯教授只是一笑了之,并未深入探讨。

这更让众人觉得那是布鲁斯教授在头脑风暴。

反正以前开会,什么稀奇古怪的观点,都有人提过。

因此,海森堡也就不在意了。

他继续在各个大学和研究所,举办讲座,阐述他的矩阵力学。

与此同时,法国,巴黎大学。

郎之万在国外开完会议后,立刻回到了他的实验室,继续自己的研究。

自从居里夫人事件之后,他就把全部的精力放在了科学领域。

人相比之前也成熟很多。

作为和布鲁斯教授同时代的人,郎之万对自己的个人发展不是非常满意。

他和薛定谔有点像,研究领域非常广泛。

X射线、气体理论、磁性理论、相对论、量子论等等,皆有一定的学术成果。

但是离物理大佬还差了一点距离。

就是因为他没有扛鼎性的重要成果。

不过,他的基础确实扎实,算是物理大佬之下第一批次人物了。

看到导师归来,众学生非常兴奋。

他们问出了目前最关心的问题:

“教授,您知道量子力学和矩阵力学吗?”

郎之万笑了笑,说道:

“当然知道。”

“虽然那段时间,我正好在美国开会。”

“但是这篇论文在物理学界的影响力太大了。”

“我已经把论文反复看了好几遍了。”

忽然,郎之万话音一转,感慨道:

“哎,你们当中要是有谁能发表这样一篇论文。”

“我就是现在立刻退休也愿意。”

“我们法国在现代物理学领域,落后实在太多了。”

众人你看看我,我看看你,都尴尬地不敢接话。

他们当然也想啊。

但是大家对自己都有自知之明。

海森堡那是何等绝世天才!

别说他们这些人,就是导师自己也比不上啊。

郎之万也觉得自己有点强人所难了。

于是,他岔开话题,问道:

“德布罗意呢?”

“他最近还是没有来学校吗?”

有人回道:

“德布罗意先生已经半年没来了。”

郎之万叹息了一声,没有说什么。

德布罗意的身份太敏感了。

哪怕他是对方的导师,也不可能真的像对待普通学生那样严格。

所以,他对于德布罗意一直是放养的状态。

关于研究课题什么的,尽量顺着对方的心意。

只是这么长都不来学校,也不来实验室。

郎之万觉得德布罗意可能是读不下去这个博士了。

“也难怪,毕竟他是历史转物理。”

“基础太差,导致现在研究最前沿的领域后,就有点力有未逮了。”

郎之万甚至做好了最坏打算。

实在不行,为了照顾德布罗意哥哥的面子,他也得想办法让对方顺利毕业,拿到博士学位。

毕竟,不是每个博士都需要像布鲁斯、玻尔等人那样逆天。

此刻,郎之万口中的德布罗意,已经在自家的豪宅中闭关半年了。

每天都有两个女仆服侍日常起居,德布罗意把所有的时间都投入到研究之中。

这期间,哪怕当他得知海森堡发表矩阵力学后,他也没有过于惊讶。

因为,他知道自己的成果丝毫不差!

现在,他只差临门一脚了。

书房内,德布罗意正在奋笔疾书,他的眼神极为专注。

他的脑海中又回想起半年前布鲁斯的惊世之言:

“既然波动性的光子具有粒子性,那么粒子性的电子可能具有波动性吗?”

哥哥莫里斯认为电子是波,简直像天方夜谭。

他是标准的科班生,从小学的是牛顿力学、物质、运动等等概念。

物质和波是泾渭分明的两种现象。

虽然出了光子这种难以捉摸的存在。

但毕竟光子是光速的,有一些特殊性质也好理解。

然而电子不一样啊!

它是实实在在的物质,和苹果、地球一样。

这样的存在怎么可能是波呢?

这直接颠覆了莫里斯几十年的科学三观。

无论如何也不能接受。

但是德布罗意却没有这么多思想包袱。

他是从文转理的,这反而让他能摆脱固相思维的束缚。

“电子为什么不能是波呢?”

他对于布鲁斯教授的观点着了迷。

但是,观点只是观点,要想形成论文,还需要严格的理论逻辑推导。

而这大半年的时间,德布罗意就是在为此奋斗。

他仔细回顾了布鲁斯教授理论证明光的波粒二象性的过程。

从中得到了灵感。

根据质能方程:E=mc2。

根据量子论中的李-普朗克公式:E=hv。

基于这两个公式,德布罗意做了一个大胆的假设:

粒子与波具有相同的特性!

他认为在量子的世界内,二者可以被看成是同一种表述。

所以,对于电子而言,就可以得到:

mc2=hv。

但是这里就存在一个问题了。

电子它毕竟是物质粒子,它不能像光子那样以光速运动。

所以,德布罗意需要想办法去掉光速c这个物理量。

把它变成普通的波动关系。

为此,他用群速度和相速度之乘来代替光速。

光是一种电磁波,而群速度和相速度就是波动学中的概念。

简单理解一下。

假设一个波动的曲线是正弦曲线。

那么相速度就是指波峰或者波谷的传播速度,用u表示。

而群速度是指从0到2π这一组包的传播速度,用v(群)表示。

经过推导后,对于光这样的电磁波而言,其波速的平方c2=uv(群)。

因此,公式就变成:muv(群)=hv。(1)

又根据相速度除以波长等于频率,即v=u\/λ,(2)

结合(1)(2)可得:

λ=hu\/muv(群)=h\/mv(群)。(3)

到这里后,还差最后的临门一脚。

那就是如何把群速度和电子的运动联系在一起。

群速度是波的性质,电子的运动是粒子的性质。

这两者怎么结合呢?

德布罗意思考半年之后,终于找到了答案。

他再次给出一个大胆的假设:

他认为电子的波动性和粒子性是同时存在的,电子就像是冲浪的人,它的运动是随着波动进行的。

(导波理论,过于复杂了,不便展示)

根据这个假设,就能把电子的动量和波动联系在一起。

最终得出:动量p=mv(群)。(4)

结合(3)(4),德布罗意得出了一个匪夷所思的公式:

λ=h\/p。

电子的波长λ,等于李-普朗克常数除以电子的动量。

这表明电子确实具有波动性。

波粒二象性在电子上得到了完美体现!

德布罗意甚至更进一步大胆推测,他在论文中写下:

“波粒二象性不止是光子才有。”

“一切微观实物粒子,包括电子、质子等,都有波粒二象性。”

“更进一步,宏观物质同样具有波粒二象性。”

“万物皆在波动!”

轰!

德布罗意甚至被他自己写的内容震撼了!

他不仅在布鲁斯教授的基础上,详细而严密地推导出电子具有波粒二象性。

甚至根据他的公式,可以推广到任何物质都表现出波的性质。

德布罗意把这种波命名为【物质波】。

意为是物质本身具有的波动性质!

此刻,德布罗意呼吸急促,浑身颤抖。

那是激动到极致的表现。

他这篇论文把布鲁斯教授的光的波粒二象性带到了巅峰的境界!

“呼!”

不知过了多久,德布罗意终于平静下来。

他站起身,走到窗前,看着窗外的天空大地,内心澄澈。

这一刻,他对布鲁斯教授感激到了极点。

“没有布鲁斯教授,就没有物质波,也没有我德布罗意的今天。”

他是下一任的公爵继承人,他家的豪宅传承了几百年,家族财富数不胜数。

身边美女如云,往来皆达官显贵。

然而这一切,在德布罗意看来,都如过眼云烟。

何以解忧,唯有物理!

“我乘波而来,亦乘波而去。”

轰!

声音飘渺,直冲云霄!

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