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14看书 > 历史 > 1900:游走在欧洲的物理学霸 > 第546章 量子隧穿效应!神秘“穿墙”!同时证明概率波和不确定性原理!
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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。”

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