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14看书 > 历史 > 1900:游走在欧洲的物理学霸 > 第533章 概率波!量子力学最神秘概念!终现!惊世骇俗!全场轰动!
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在众人的骇然目光注视下,李奇维心如止水,泰然自若。

从今天开始,量子力学将真正挑战人类的认知极限。

你若是信,那你就能理解量子力学。

你若是不信,你就永远不能理解量子力学。

一切的一切,都要从第三种波开始。

锐利的眼神扫过在场众人后,李奇维开口了。

“一个月前,玻恩教授曾经发表过一篇论文,不知道在座诸位有谁看过。”

“那篇论文的题目是《散射过程的量子力学》。”

“它是基于海森堡的矩阵力学,通过研究粒子在散射过程中的行为,来研究粒子的间断性质。”

“其中有一个现象非常有意思。”

“论文中,玻恩记录下散射后的粒子在某一个方向出现的概率。”

“我猜想,他这是仿照矩阵力学对于光谱强度的研究思路。”

玻恩闻言,神色一动。

这篇论文是他在研究矩阵力学时,附带写的文章。

论文甚至没有发表在《自然》上,而是发表在了德国本土的物理期刊上。

他没想到竟然会被布鲁斯教授关注到。

一时间,玻恩有点受宠若惊。

只是他有点疑惑。

“这篇论文有什么特殊性吗?”

除了玻恩本人,在场的只有海森堡看过那篇论文。

不过,他同样也是一头雾水,不知道布鲁斯教授有何深意。

他朝着玻恩看了一眼,后者轻轻点点头,然后又摇摇头。

二人都不明白。

至于其他人,都没有看过这篇论文,纷纷摇头。

因为很明显,这是一篇和矩阵力学相关的论文。

在波动力学大行其道的情况下,关注它的人肯定较少。

这时,海森堡说道:

“教授,我看过那篇论文。”

“但是它和您说的第三种波有什么关系呢?”

李奇维微微一笑,继续说道:

“当然有关系。”

“玻恩自己都没有发现,他这篇论文蕴含着多么震惊的发现。”

说罢,李奇维打开了玻恩的论文。

“各位请看。”

“在散射实验中,玻恩只把粒子的各个方向的概率列成向量。”

“他想通过矩阵来研究这个概念。”

“但是。”

“如果我这时把波动力学的概念引入进来。”

忽然,李奇维提高声音,仿佛有一道熟悉的影子附体。

众人立刻感受到一种来自神秘东方教师的恐怖威压。

“注意看,我要变形了!”

“我把粒子散射方向的概率,和波动方程中的波函数ψ联系在一起。”

“就会得到这样一个结果:粒子在某个方向出现的概率,和波函数ψ的平方成正比!”

“这意味着,波函数ψ描述的电子波,并不是像水波那样的机械波。”

“ψ描述的是电子在空间中分布的概率波!”

“所以我认为,薛定谔所说的只有波的观点是错误的。”

“电子具有波粒二象性,但其中的波动性,不是已知的机械波或者电磁波。”

“而是一种全新的波,第三种波,【概率波】!”

“波函数的模的平方|ψ|2代表了电子在某个时刻,空间某个位置出现的概率!”

“即:电子在各个地方出现的概率,像一个波!”

轰!

话音刚落,全场骇然!

所有人瞪大了双眼,仿佛看到了生平最不可思议的事情。

“概率是个波?”

“老天啊!这怎么可能呢?”

玻恩的一双眼睛几乎要喷出火焰。

那是智慧之火!

他没想到自己的论文竟然能得出如此惊世骇俗的观点。

这太可怕了!

德布罗意心神震荡!

刚刚布鲁斯教授才证明波动力学和矩阵力学等价。

结果反手就抛弃了薛定谔的波动说。

布鲁斯教授支持的是波粒二象性!

这点和德布罗意是相同的。

只不过这个波粒二象性中的波实在有点匪夷所思。

德布罗意想象不出,电子出现在各个地方的概率,怎么会是波呢?

波是描述物质运动状态的函数。

概率又不是运动,怎么会形成波呢?

不仅是德布罗意,所有人都百思不得其解。

忽然,普朗克、爱因斯坦、玻尔等不少人神色震撼。

“概率?”

他们想到了一件久远且相关的事情。

在第二届量子论会议上,玻尔阐述了旧量子论的核心:量子轨道模型。

在玻尔的理论中,电子有轨道和跃迁的概念。

电子从低能级可以跃迁到高能级,同样也可以从高能级跃迁到低能级。

当时,就有人提问:

“电子在跃迁时,它怎么知道自己要跃迁到哪个能级呢?”

“是什么物理因素决定了电子的跃迁行为?”

玻尔没有回答出来。

最后,是布鲁斯教授提出了一个极为大胆的想法:

“电子以概率的方式随机跃迁!”

那时候,没有人认可这个观点。

因为它太匪夷所思了。

概率这种虚无缥缈的东西,怎么能用来描述精确的物理世界呢?

虽然热力学中也有概率统计的说法。

但那是针对大量分子的热运动,给出的宏观分析。

从本质上看,每个分子的运动状态都是确定的。

只不过由于数量太大,没有办法全部列出它们的运动方程,所以通过概率统计的方法进行描述。

因此,热力学中的概率和电子跃迁的概率,完全是两种概念。

前者很容易理解,而后者则颠覆了人的三观。

到今天之前,物理学界都还没有对电子跃迁的概率行为达成共识。

幸好,跃迁本身对于旧量子论的应用而言,没有什么太大的影响。

所以,大家都默认不去讨论那个问题,遗留至今。

但是今天,布鲁斯教授又提出了一个更加疯狂的想法:电子波的波动性竟然是概率波。

概率论重出江湖!

惊世骇俗!

这已经超越了所有人的想象极限。

众人完全不理解那是一种什么样的物理图景。

“概率就是概率,怎么会和波有关系呢?”

人群中,薛定谔已经完全呆滞了。

他根本不敢相信自己听到的内容。

“布鲁斯教授直接否定了波动说。”

“波粒二象性才是正统!”

“并且还提出了概率波这种惊世骇俗的概念。”

“不可能,绝对不可能!”

薛定谔陷入了自我迷惘之中。

这时,玻恩带着巨大的疑惑,忍不住问道:

“布鲁斯教授,我还是有点不明白。”

“概率怎么可能是波呢?”

玻恩恐怕是场上最激动的人了。

但他也最冷静。

他自己发表的论文自己很清楚。

绝对没有和概率波有任何的关系。

完全是布鲁斯教授靠着他那恐怖的物理直觉,硬生生凭空想象出来的。

他担心自己的拙作,承载不了那么天马行空的思想。

李奇维看着玻恩,心中感慨。

真实历史上,玻恩的名气远远不如玻尔,甚至非专业的人都没有听说过。

但是对于最最顶级的物理大佬们而言,玻恩其实才是严格意义上对量子力学贡献最大的人。

一切,都是因为他提出的概率波!

这个理论实在是太过重要了。

可以说,是整个量子力学的基础的基础。

哥本哈根诠释的核心,都是建立在概率波的概念之上。

而现在,李奇维内心激荡。

“这一世,量子力学的万般因果就由我来承担吧。”

接着,他继续解释道:

“我曾经在第二届量子论会议上,提到过电子跃迁是概率性的行为。”

“可惜,目前学界还没有承认。”

“当我在阅读玻恩的论文时,脑海中又迸发出那个想法。”

“这一次,我自信我绝对不会错!”

哗!

众人骇然!

这是何等的霸气侧漏!

“对于概率波,我举个形象的例子来说明。”

“假设现在这里有一个电子。”

“它并非像薛定谔认为的那样,是一个真实的波动在空间里传播,就像水波扩散那样。”

“电子本身还是粒子,但是它可以【同时】出现在空间中的【任何】地方。”(切记这两个词)

“这时,有人会问:那么A点和B点,电子到底出现在哪里呢?”

“答案就是波函数ψ。”

“根据波动方程,我们可以求出电子的波函数ψ。”

“ψ本身不代表电子出现的概率,它只是描述电子体系的函数。”

“|ψ|2才代表了电子出现在A点和B点的概率。”

“比如,我们算出电子出现在A点的概率是0.9,出现在B点的概率是0.2。”

“那么我们就可以说,电子出现在A点的概率,比出现在B点的概率大。”

“而且更神奇的是,这种概率分布形成的波,能够像真实的波一样,发生干涉、衍射等现象。”

“所以,薛定谔才会把概率波误认为是真实的波动。”

“但其实,它不是。”

“电子在A点的概率是x,在B点的概率是y,在C点的概率是z......”

“这些概率的分布,它的数学形式和机械波电磁波的波函数形式一样。”

“所以,薛定谔才会自然而然地把电子的概率波认为是机械波。

“通过这个理论,我们就能解释刚刚玻尔提出的那个问题。”

“波动力学中,电子波是弥漫在整个原子空间内的,这一点薛定谔没有说错。”

“那为什么还会出现分立的能级呢?”

“很简单,因为我们观测到的能级,只是电子出现概率最大的地方。”

“所以,它宏观表现出好像电子有分立的能级。”

“但其实没有。”

“能级本身并不存在,它就是一片区域而已。”

“电子不是必须待在特定的轨道上,它可以出现在原子内的任意一处,只不过在各处出现的概率不一样。”

“大家请看。”

李奇维一边说,一边画图。

“以氢原子为例,电子在原子核周围各处出现的概率是这样的。”

“每个黑色小点都代表【电子出现在这里】,黑点的疏密程度就代表了电子出现概率的大小。”

“黑点越密,电子在这个区域出现的概率越大;黑点越疏,电子在这个区域出现的概率越小。”

“这些黑点看上去,就像是一片带负电的云状物笼罩在原子核周围。”

“所以,我把它称为【电子云】。”(这就是电子云概念的来源)

“电子云取代了旧量子论中轨道和能级的概念。”

“电子并不是我们想象的那样,以一个小球的形态,在各个轨道上运动。”

“电子是充斥在整个电子云内。”

“凡是电子云覆盖的地方,电子都有概率出现,只不过概率大小不一样而已。”

“以上,就是我对概率波的解释。”

静!

死一般的寂静!

房间内鸦雀无声、落针可闻。

所有人都被震撼的目瞪口呆,仿佛时间静止。

匪夷所思!

不可思议!

难以置信!

甚至是:感觉布鲁斯教授在胡扯!

“上帝啊!”

“这......这可能吗?”

“这绝对不可能啊!”

“这个想法已经不是惊世骇俗了,而是超越了这世、这俗!”

“布鲁斯教授太可怕了!”

“这种理论根本不是人能想出来的。”

很快,全场轰动!

房间内爆发出一阵巨大的惊呼声!

概率波的概念,让所有人都疯狂了。

总结下来,它一共包含了三个核心观点:

第一,电子等微观粒子具有波粒二象性,且波动性不是真正的波,而是指概率的分布不同。

只不过概率分布的数学表达形式和常规意义上的波函数相同,所以形象地取名为概率波。

比如假设机械波的波函数是f=x+1这种形式,那么电子出现位置的概率分布也是f=x+1。

第二,电子的概率波就像云雾一样,弥漫在整个原子范围内,电子可以同时出现在任何地方。

具体出现在哪里,取决于通过波函数计算出来的值,即|ψ|2。

根据薛定谔方程,只要求出t时刻电子的波函数,接着后续所有时刻的波函数都能求出。

第三,概率波虽然不是真实的波动,但是它却可以像真实的波动那样,发生干涉、衍射等现象。

比如两个电子波在一起,就可能发生干涉行为。

这种干涉就好像是概率的叠加。

可以说,在场的任何一个人,现在都不敢相信概率波理论。

实在太吓人了!

爱因斯坦喃喃自语:

“不可能!”

“绝对不可能!”

“这岂不是说,上帝在掷骰子?”

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