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14看书 > 历史 > 1900:游走在欧洲的物理学霸 > 第523章 人类智慧之巅峰!量子力学论道史!李奇维的选择!量子主宰!
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量子研究所。

气氛有点尴尬。

因为矩阵力学和波动力学之争,海森堡和薛定谔的关系直转急下。

两人虽然谈不上是仇人,但是道统之争,岂是那么容易化解。

这可让研究所内的众人过足了吃瓜之瘾。

“精彩!刺激!”

“我就喜欢看这种天才相杀的剧情!”

“两人旗鼓相当,谁都奈何不了谁。”

“btw,我个人喜欢波动力学。”

“......”

海森堡在研究所内感觉很孤单。

他特意关注了最近各大物理期刊的论文发表情况。

得出了一个非常悲催的事实:

90%以上关于量子力学的论文,用的全都是波动力学的架构。

甚至他还看到了玻恩的论文。

“啊!”

“玻恩,你这个叛徒!”

“你也算是参与过矩阵力学创建的大佬啊。”

“怎么可以这样!”

海森堡体会到众叛亲离的感觉。

唯一让他安慰的是,泡利师兄一直在默默支持着他。

泡利亲口对他说:

“矩阵力学才是量子力学的正统!”

泡利确实够哥们,为了这句话,他还发表了一篇论文。

泡利在矩阵力学的基础上,引入了一个新的矩阵,名为泡利矩阵。

利用它,可以更好地解释磁场和自旋的关系。

他在细节上完善和拓展了矩阵力学。

波动力学有个致命的缺点,那就是在电子自旋上描述不足。

而现在泡利甚至又加强了矩阵力学对自旋的描述。

瞬间又拉大了差距。

海森堡大喜。

“这才是真正的兄弟!”

海森堡和薛定谔的斗争持续进行。

研究所内众人大部分都在吃瓜,但是有一个人内心却五味杂陈。

伊蕾娜一个人静静地坐在办公室的位置上。

她的思绪早已不知飞到何方。

她并不关心矩阵力学和波动力学谁是正统。

在她看来,这是可以通过开会讨论解决的事情。

因为真理是越辩越明的,她相信布鲁斯教授一定会给出盖棺定论的结果。

伊蕾娜关心的是,为什么每次这种物理大世,都是由男人掀起呢?

各种全新的理论体系,都是由男人率先提出。

这让她很不服。

“我们女性也可以掀起科学狂潮!”

虽然伊蕾娜在强力概念上有一定的贡献,但那并不足以让她产生影响学界的统治力。

毕竟强力概念是布鲁斯教授最先构思出来的。

所以,她需要做出创新性的突破!

就像海森堡和薛定谔那样,让整个物理学界都为之轰动。

可惜,目前为止,她的博士课题进展缓慢。

原子核领域始终没有什么特别重大的发现。

因此,伊蕾娜有心无力,她现在很沮丧。

“我的路到底在哪里呢?”

此刻伊蕾娜还不知道,她的璀璨天命还未到来。

继量子力学之后,她会掀起一场新的物理大世。

而在那场大世中,将出现能重塑世界格局的可怕理论:铀核裂变!

用任何语言形容它的重要性都不足为过。

这一世,李奇维要借助它,踏上真正的无上巅峰!

但是现在,他却要赶紧解决更迫切的问题。

矩阵力学,波动力学,到底谁是量子力学的正统?

真实历史上,量子力学从诞生到发展再到最后的完善,可以说是聚尽当世所有最顶级天骄的智慧。

因此,它的历史是非常非常精彩的。

从整体框架看,可以分为旧量子论、过渡期、量子力学三个阶段。

旧量子论是以普朗克的量子概念、爱因斯坦的光的波粒二象性、玻尔的量子轨道模型为核心。

过渡期是德布罗意的物质波理论作为承上启下之桥梁。

最后,进入量子力学的阶段。

这个阶段相比旧量子论更加地复杂,过程也更加曲折。

大致又可以分为以下几个时期。

首先,第一个时期。

海森堡和薛定谔分别提出矩阵力学和波动力学,从而爆发两派大战。

但这个时候的争论,主要是量子力学领域内部的问题。

在这个时期里,玻恩提出了著名的【概率解释】。(后面具体解释)

这个解释是关于波动方程中波函数ψ的含义。

薛定谔认为电子波就和普通的水波一样,波函数代表了电子波随时间和空间的规律变化。

但是玻恩认为,波函数ψ并非是电子波,其也不是像真实的波一样扩散运动。

他认为电子波是一种概率波。

事实证明,玻恩的概率解释才是对的。

于是,有人取笑“薛定谔不懂薛定谔方程”。

意思是薛定谔对于自己提出的波动方程中波函数的解释是错的。

但是薛定谔和爱因斯坦都不承认概率解释。

接着,是第二个时期。

在第一个时期中,薛定谔因为波函数问题,败下阵来。

虽然他自己不承认,但是物理学界主流都接受了玻恩的概率解释。

此外,薛定谔的失败并不影响波动力学依然是大家最喜欢的版本。

甚至概率解释让波动力学更为成熟完善。

因此,海森堡很难受。

明明打败了薛定谔,但是反而让对方的波动力学比矩阵力学更受欢迎了。

在这种极度情绪下,海森堡灵感爆发,逆天而起。

他在矩阵力学的基础上,提出了一个更为惊人的理论。

那就是著名的【不确定性原理】!

即:不可能同时确定微观粒子的位置和动量。

这个理论让海森堡的矩阵力学大放异彩。

于此同时,薛定谔自己又从数学上证明了,波动力学和矩阵力学其实是等价的。

这意味着两种理论都没有错。

但是两者的物理基础又完全不同。

电子到底什么时候是波,什么时候是粒子呢?

怎么确定呢?

这说明一定还有更深层次的道理,导致出现了这种匪夷所思的情况。

量子力学急需创造一个新理论来调和粒子和波的矛盾性。

在这种情况下,玻尔出手了!

量子力学进入第三个时期。

这时候的玻尔,是量子力学领域当之无愧的扛把子。

所以,虽然海森堡算是他的半个弟子,但是他并没有偏袒对方。

玻尔认为波动力学的波动性和矩阵力学的粒子性,都是正确的,应该同时考虑。

换言之,他认为海森堡和薛定谔两人的观点都错了。

但是,如何把两个矛盾的性质统一起来呢?

玻尔在挪威滑雪散心的时候,一朝顿悟,终于想出了完美的解决方案。

那就是著名的【互补原理】!

他认为对单个量子客体进行描述的时候,任何单方面的描述都是不完整的。

只有同时从粒子性和波动性两个角度考虑,才能形成对单个量子客体的完整描述。

这个观点听起来有点像废话,但是却包含了量子力学最深刻的内涵。

当用数学形式阐述互补原理时,又引申出两个重要的概念。

【态叠加原理】和【波函数坍缩】。

这两个概念和后来的单电子双缝干涉实验息息相关。

在普通人眼里神秘莫测,震碎三观的双缝实验,被互补原理完美解释。

一点也不神秘!

至于在双缝干涉实验基础上,更进一步的延迟选择实验、量子擦除实验,同样一点也不神秘。

它们都可以被互补原理轻松地解释。

至此,量子力学的框架算是全部完成了。

但是,还遗留一个小问题。

那就是波动力学无法解释电子自旋的问题。

于是,狄拉克横空出世,他把狭义相对论和量子力学结合,提出了狄拉克方程。

这个方程可以完美解释电子自旋,彻底补足量子力学的最后短板。

接着,狄拉克在此基础上,开辟了【量子场论】的框架,为后来的粒子物理提供了最强大的理论工具。

不过,那就是另外一条线了,此处不再细谈。

这时,有人可能会问:

咦?不对不对。

“上帝不掷骰子!”;

“我不看月亮,难道月亮就不存在了吗?”;

“薛定谔的猫”;

“量子纠缠”。

这些经典内容怎么还没有出现?

别急。

第三时期结束后,以玻尔为首,海森堡、泡利、玻恩等人,形成了量子力学领域著名的哥本哈根学派。

哥本哈根学派的核心理念就是大名鼎鼎的【哥本哈根诠释】。

它包含了三个内容:玻恩的概率解释、海森堡的不确定性原理、玻尔的互补原理。

凭借哥本哈根诠释,玻尔等人挑战天下英豪!

而这些英豪,就是以爱因斯坦为首的。

在玻恩提出概率解释后,爱因斯坦曾私下写信给玻尔。

他认为世界的本质不可能是随即概率的。

从而提出了那句著名的“上帝不掷骰子”。

而当玻尔提出互补原理、态叠加原理、波函数坍缩后,爱因斯坦又跳出来反对。

反驳的话就是:“我不看月亮,难道月亮就不存在了吗?”

终于,这些矛盾在1927年的第五届索尔维会议上集中爆发了!

于是,就诞生了人类有史以来最知名的会议。

在这届索尔维会议上,玻尔神威浩荡,战力滔天,把爱因斯坦等人反驳的哑口无言。

不管是掷骰子还是看月亮,在哥本哈根诠释下,全都迎刃而解。

以爱因斯坦为首,薛定谔、德布罗意为小弟组成的保守派,遭遇惨败!

但是,爱因斯坦没有被玻尔说服,他没有放弃。

接着,在1930年的第六届索尔维会议上,双方又爆发一次大战。

这一次,爱因斯坦剑指不确定性原理。

他提出了著名的“爱因斯坦光盒”。

这个思想实验一出,瞬间就让海森堡等人慌神了。

眼看爱因斯坦就要赢了,但是最后关头,玻尔再次出手。

哥本哈根诠释第二次完胜!

爱因斯坦接连遭遇两败,但依然越战越勇。

终于,他在1935年,向量子力学发起了最后一次攻击!

他和他的助手,发表了一篇只有几页纸的论文,被称为“EPR论文”。

这篇论文是针对量子力学的完备性发出质疑的。

文章一出,学界轰动!

所有人都觉得,这一次爱因斯坦要赢了。

但是乐极生悲,玻尔第三次出手了!

这一次,他提出了大名鼎鼎的【量子纠缠】概念。

一举粉碎了EPR论文的质疑。

爱因斯坦从此心灰意冷。

至此,哥本哈根学派成为量子力学领域的绝对权威。

三败爱因斯坦,这是何等可怕和傲人的战绩!

玻尔之名,恐怖如斯!

然而,就在哥本哈根学派欢欣鼓舞之时。

事情再度反转!

仅仅两年半之后。

爱因斯坦的头号大将兼忠心小弟,薛定谔突然爆种。

他发起了保守派的最后一击。

在很多人来看,这是爱因斯坦等人的垂死挣扎。

但就是这一击,却狠狠地打在了哥本哈根学派的死穴之上!

薛定谔从来都不信什么概率解释、波函数坍缩之类的概念。

他把这些匪夷所思的概念,巧妙地引入到宏观世界。

从而提出了那个恐怕是量子力学领域最最著名的思想实验。

【薛定谔的猫】!

第四神兽一出,天下皆惊。

这一次,哥本哈根学派再也解决不了这只猫了。

哪怕是玻尔出手也不行。

因为它把人的意识和客观世界结合在了一起。

甚至比哥本哈根诠释本身还令人匪夷所思。

直至今日,薛定谔的猫依旧是无解的难题。

为了解释这个问题,后世又发展出一些其他的量子力学解释。

比如:平行宇宙学说等。

但这些理论都不够完美。

所以,薛定谔的猫才会如此出名!

它依然像个幽灵一样,飘荡在量子力学的世界里,等待着最后的裁决。

以上,就是量子力学和哥本哈根学派的整个历史脉络。

毫不夸张地说,这就是一部跌宕起伏、大气磅礴的人类智慧巅峰史。

李奇维每每回顾这段历史,都会产生一种高山仰止之情。

众多绝世天才的思想碰撞,闪耀出人类理性最璀璨的火花!

但同时,他也会产生一种深深的遗憾之情。

因为这场量子力学的发展史,或许将成为人类历史中的绝唱!

前无古人,后无来者!

再也不可能有那么多的顶级物理家,齐聚在一起,为了纯粹的学术而论道万古!

但是!

李奇维是幸运的!

现在,他来到了这个时代。

他此刻的地位,超越了爱因斯坦和玻尔。

那么,他又将如何引领这场最伟大的学术论道呢?

是霸天绝地,一人独战天下!

还是超然物外,俯瞰量子天骄!

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