1924年注定是物理学史上最非凡的一年。
诞生于这年的成果,或许不是物理学中最最重要的,毕竟有广相在前,很难超越。
但这一年绝对是最精彩的一年,整个物理学界都在为量子力学而疯狂。
它的内涵极其丰富,物理解释神秘莫测。
很多天骄哪怕只是做出一点微小的工作,都足够名留青史了。
德国,哥廷根大学。
洪特如往常一样,早早就来到了实验室。
只不过他今天表现的有点激动。
因为前段时间他发现了一个非常有意思的现象。
他今天准备好好研究。
洪特在前年博士毕业后,就成为了导师玻恩的助教,后者还为他谋求了一份哥廷根大学的讲师工作。
所以,他可以一边上课,一边继续跟着玻恩做研究,就如当初的威尔逊。
作为洪特规则的提出者,按理说,他在物理学界也不能算无名之辈。
但是洪特这个人非常低调,他不喜欢到处参加会议,只喜欢埋头搞研究,所以论文发的很猛。
真实历史上,他一共发表了250多篇论文,绝对是高产物理学家。
随着量子力学的兴起,洪特作为玻恩的学生,当然不会错过。
他最近的课题是用量子力学研究分子光谱。
不管是旧量子论还是量子力学,在单原子的研究上,都产生了特别好的效果,几乎可以解释一切问题。
但是一旦涉及到分子,哪怕是最简单的双原子分子,情况就会变得非常非常复杂。
量子力学会遇到各种各样的问题,因此诞生出很多细分方向的理论。
而分子光谱就是其中之一。
洪特在他的实验过程中,发现了一个很不可思议的现象。
分子竟然能够从一个位势阱穿越障碍,到达另一个位势阱,然后再穿越回来。
什么意思呢?
举个形象的例子。
假设分子是个小球,它的前方有一个小土坡。
现在,分子想要越过小土坡这个障碍,到达另一边。
那么常规办法是什么呢?
给分子小球施加能量,让它的能量超过小土坡的高度所需要的势能。
比如,可以推分子小球,或者拉着分子小球,越过小土坡。
这很好理解,也符合经典物理学的图景。
但是洪特却发现,分子竟然还有另外一种方式。
这种方式极其匪夷所思。
那就是:分子小球好像没有看见这个小土坡一样,直接就直愣愣穿过去了。
简直就跟穿墙一样,没有任何理由。
这颠覆了洪特的三观。
他今天就是为了解决这个问题。
很快,他又重复了一遍实验,结果毫无疑问。
分子又神奇地直接穿越过障碍了。
他忍不住惊呼一声。
“这太离奇了!”
这时,一个年轻人被洪特的声音所吸引。
他走了过来,满脸好奇,笑着问道:
“洪哥,你的实验取得突破了吗?”
看见来人,洪特显得非常热情,同时又非常兴奋。
“费米,我觉得我发现一个了不得的现象。”
“你是布鲁斯教授认可的天才,要不你帮我分析分析。”
费米连忙谦虚道:
“洪哥,你就不要取笑我了。”
“我才刚刚毕业,什么都不懂,需要向你学习。”
费米博士毕业后,受到意大利政府特别奖金的资助,前往德国留学。
机缘巧合之下,他来到哥廷根大学,在玻恩的指导下从事研究工作。
于是,他就和洪特成为了好朋友,二人年纪相仿,自然有很多共同话题。
费米作为意大利物理学界的希望,承载着众人的期许。
真实历史上,费米在玻恩那里镀金一段时间后,又去了荷兰莱顿大学呆了一年多。
留学结束后,他回到罗马大学直接担任物理学教授。
而那时,他只有25岁。
紧接着,他在28岁时,又被选为意大利科学院的院士。
天才程度,可见一斑。
洪特闻言,哈哈一笑。
他知道眼前这个小老弟是不折不扣的绝世天才。
所以,他很认真地想寻求对方的意见。
于是,他就把自己发现的分子离奇现象描述了一遍。
费米听完后,产生了极大兴趣。
“哇!”
“这个现象很有意思!”
“在经典力学里,这是不可能发生的事情。”
“小球怎么可能直接越过障碍呢?”
二人热烈地讨论起来。
这时,费米说道:
“我觉得可以用概率波解释这个现象。”
“分子虽然在障碍的一侧,但是它的本质是概率波。”
“也就说,分子是有一定的概率出现在另一侧的。”
洪特皱了皱眉头,他思考了一会,说道:
“之前,我也想到用概率波解释。”
“但这样会有一个问题。”
“分子因为概率波虽然会直接出现在障碍的另一侧。”
“但是,这个【出现的过程】是什么样的呢?”
“它越过障碍的机理是什么呢?”
“电子可以出现在原子内部的任意一处,那是因为原子内部是空的,没有阻碍。”
“但如果在原子内部放置一个障碍物,电子会不会就被挡住呢?”
费米毕竟是天才,瞬间就明白了洪特的意思。
对方说的确实很有道理。
能不能出现和怎么出现,不是一回事。
如果没有这个障碍,分子出现在另一侧,就很好解释。
但有了障碍,就得解释分子到底是如何穿过障碍的。
一时间,二人绞尽脑汁,也想不到什么头绪。
这个现象太诡异了。
这时,费米提议道:
“洪哥,我们去问问玻恩教授吧。”
“量子力学,他比我们更有经验。”
洪特笑道:“正有此意!”
于是,二人结伴来到玻恩的办公室。
咚咚咚!
“请进!”
浑厚的声音响起。
玻恩头也没抬,他正在给好友冯·卡门回信。
早在十多年前,二人就开始一起合作发表论文,产生了深厚的友谊。
如今,冯·卡门去了美国。
他在密立根的盛情邀请下,帮助加州理工学院组建了航空实验室,并且还建造了风洞。
冯·卡门当时在哥廷根大学,主要研究方向是流体力学和空气动力学。
这两个领域,绝对是力学中的硬骨头。
而冯·卡门成果累累,是业内公认的力学大佬。
至于真实历史上,他和钱学森的故事,应该就不用多说了。
这次,冯·卡门给玻恩写信,是讨论正在筹备的“第一届世界力学家大会”。
冯·卡门作为力学领域的公认领头羊,他想举办力学家们自己的布鲁斯会议。
也就是所谓的第一届世界力学家大会。
这是专门为了讨论纯粹力学理论而成立的会议。
力学虽然是物理学领域最古老的科学,但它经久不衰,对世界的影响丝毫没有随着时间减弱。
在后世的大学里,力学甚至是和物理学平级的学科,而不是分支。
由此可见它在物理学中的地位。
冯·卡门作为大佬,振臂一呼,八方云集。
世界各地的力学家们,都激动万分。
最终决定,第一届世界力学家大会将于今年8月份,在荷兰的代尔夫特市举办。
冯·卡门此番来信,就是希望老友玻恩能发动人脉,为他宣传一波。
玻恩欣然应允。
他自己虽然不会参加这个力学大会,但毕竟也算是物理学领域的大事,他很乐意帮忙。
他准备把消息告知布鲁斯教授等一众大佬们。
或许就有谁对力学感兴趣呢。
这时,洪特和费米走了进来。
二人看见玻恩教授在忙,安静地站在一旁。
玻恩抬起头,见是他俩一起,笑着问道:
“怎么了?”
洪特说道:
“教授,我在研究分子光谱时,遇到一个问题。”
“我和费米讨论无果,特来请教您。”
玻恩闻言,来了兴趣。
在他心里,洪特是不输于费米的低调天才。
既然二人同时来此,说明这个问题一定不简单。
“哦?”
“你们俩坐下,说来听听。”
于是,洪特就详细阐述了分子穿越障碍的问题。
玻恩听后,表情越来越惊讶。
这个现象可太有意思了。
说不定就能证明概率波的存在!
圈子里都知道,布鲁斯教授是在他发表的论文上,找到了概率波的灵感。
玻恩也把这篇论文当成他最大的成就。
不止一次,他摇头叹息。
“哎,当初我要是多想一步,或许概率波就是我提出的了。”
“就差一点点......”
不过即便如此,物理学界也没谁敢小觑他。
毕竟,不是谁都有资格和能力启迪到布鲁斯教授。
量子力学论道大会之后,玻恩又重复了好几次之前的实验,都证明了粒子散射方向和概率有关系。
但这远远不够。
概率波本来就是从他的实验结果中总结而出的。
除非,他能发现新的实验现象,再次佐证概率波。
而现在,他在洪特的发现上,看到了希望。
不过,他也赞同对方的观点。
“确实,单独的概率波不能解释分子的这种奇怪的穿墙现象。”
玻恩陷入了思考之中。
忽然,他惊呼一声,下意识地问道:
“如果分子在穿过障碍的那一刻,能量突然发生变化,超过了障碍物的能量壁垒呢?”
“等到它穿过去后,能量又恢复原状。”
“这样的话,从总体看,分子本身的能量没有任何变化,但是它却穿过了障碍。”
嘶!
洪特和费米听后,皆是一惊。
对啊!
这是一个可行的方式!
二人的眼睛越来越亮!
但问题随之而来,分子的能量怎么会突然变大,然后又变小呢。
这不合理啊!
突然,玻恩大笑一声。
“哈哈!”
“我知道了!”
“是不确定性原理!”
轰!
洪特和费米的脑海中仿佛有惊雷在炸响!
茅塞顿开!
他们俩不是蠢人,瞬间就明白了。
洪特忍不住感叹道:
“上帝啊!”
“这也太巧妙了!”
“布鲁斯教授刚发表完不确定性原理,我就发现了这个神奇的现象。”
洪特从来没有如此开心过。
哪怕是当初发表洪特规则,都没能让他如此激动。
他竟然像戴维森博士一样,误打误撞,证明了一个惊世理论。
根据不确定性原理,分子的位置和动量是不确定的。
如果在穿越障碍的那一刻,分子的位置突然很精确,那么它的动量必然变化极大。
而动量变化,动能自然变化,于是分子就有了越过壁垒的可能。
哪怕只是短到不可测量的一瞬间,但对于分子尺度而言,已经足够了。
等到分子越过障碍后,它的位置又变得不精确,那么动量就又会回到原位,变得精确了。
逻辑堪称完美!
当然,这其中需要严格的数学证明。
但洪特完全不惧,眼前的玻恩教授,可是矩阵方面的专家。
有他在,万事无忧!
洪特忍不住马屁道:
“玻恩教授,您太强了!”
费米心神震动!
果然不可小觑天下英豪。
他在来到哥廷根大学前,虽然知道玻恩之名,但是并没有太过崇拜。
对于他们这个时代的年轻人而言,崇拜的对象有且只有一个:布鲁斯教授。
至于其他人,都是费米要超越的对象。
而现在,费米醒悟,也许他将来的成就会超过玻恩。
但此刻,对方身上还有很多值得他学习的地方。
玻恩笑着说道:
“洪特,你这个发现极其重要。”
“按我理解,它应该算是同时证明了概率波和不确定性原理。”
“概率波为分子穿越提供了可能性,而不确定性原理为分子穿越提供了方法。”
“两者相辅相成,才早就了这一神奇的量子现象。”
洪特、费米皆是点点头。
费米也真心为他的洪哥感到高兴。
对方平常很低调,但不声不响就搞出了个大动作。
颇有种无欲则刚的意境。
他笑着说道:
“洪哥,要不你给这个现象命名吧!”
“比如叫【洪特效应】?”
洪特闻言,笑的合不拢嘴,然后连忙摆摆手。
“那不行,那不行,太高调了。”
接着,他转向玻恩,说道:
“教授,要不您来命名吧?”
玻恩微微一笑,说道:
“你们年轻人呀,就喜欢在这上面瞎耽误工夫,叫啥都行。”
“既然这是量子现象,分子就像在障碍物面前开个隧道,然后穿过去。”
“不如就叫:量子隧穿效应。”