关于量子力学故事的书(爱因斯坦发现量子力学的故事)

时间:2022-09-25 15:44 | 分类: 故事汇 | 作者:用户3191008516 | 评论: 次 | 点击:

爱因斯坦与物理学的革命:量子力学开端,下面一起来看看本站小编用户3191008516给大家精心整理的答案,希望对您有帮助

关于量子力学故事的书(爱因斯坦发现量子力学的故事)1

今天我们来简单介绍爱因斯坦在相对论和量子论建立时他的贡献

大家看到上面这张照片,这张照片跟大家通常看到的爱因斯坦照片不太一样,通常看到的都是那个发乱糟糟满脸皱纹叼个烟斗的那个爱因斯坦,大家都觉得这个脑袋聪明的不得了,其实这个脑袋已经不行了,行的是年轻时候的脑袋。

这是他发表那个狭义相对论的时候26岁左右时候的脑袋,我就觉得现在有很多宣传给年轻人造成一个印象,好像重大成就都是老头老太太发现的,其实完全不是,一般来说发现的人都是中青年人,很多都是青年人发现,20多岁,30多岁的时候作出了重大贡献,到了四五十多岁以后基本上都没有重大发现了。

这就是学问大了,但是贡献不大,也就是创新能力就大大下降了,所以我们大家要努力,要在争取在中青年时代做出成就!


​物理学革命

上个世纪初的这个物理学革命是一个很有意义的一件事情,在1900年的4月27号,英国皇家协会为迎接新世纪的来临,开了一次庆祝会,在这个会上面,当时德高望重的物理学权威开尔文勋爵发表了一个很著名的演说

就是说:“物理学的大厦已经建成,未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了”。

这是因为,当时牛顿的力学已经完备的建立起来,发展成拉格朗日的分析力学,牛顿的光学也已经发展起来了,后来又被发展为那个波动光学,电磁学也发展起来,热力学也已经发展起来了,所以物理学家们充满了信心,认为物理学已经完成任务了。

但另一方面,开尔文有一双慧眼,他说现在还有两个问题,而且他认为这两个问题比较重要:“现在明朗的天空当中还有两朵乌云,一朵黑体辐射有关,一朵和迈克尔逊实验有关”,现在开尔文这个话太有名了,后来就在这两朵乌云里诞生了量子论和相对论。

而当年的年底就诞生了量子论,它是普朗克提出来的,五年之后又诞生了相对论,是爱因斯坦提出来的,而且爱因斯坦同时在那一年也把普朗克的量子说发展成光量子理论,成为今天的光量子理论。

所以他非常有,今天我们也看到一些物理学上困难不断的,有人说这又是一朵乌云,那又是一个乌云,其实说的都不对,或者更准确的说那是水平不够。

关于量子力学故事的书(爱因斯坦发现量子力学的故事)2

话说:“天下武学出少林。”

把这句话放在物理科学的发展史上,就叫做:“天下物理出经典。”经典物理是人们探索宇宙运行规律中创建的最为成功的理论。以牛顿为代表的众大师创建的经典理论散发着耀眼的光辉,其涵盖内容无所不包,其思想体系融汇贯通,其科学思路令人叹服。经典物理的科学思想为我们的江湖打下了坚实的基础,而牛顿就如同那已经仙去的达摩祖师,虽然躯体已故,但其经典客观的灵魂永在。

然而,科学发展无止境。科学之源在钻研究极理论的过程中发生了内乱。在这过程中,一个叫玻尔的人,在吸取了经典理论的精华之后,带领几个弟子独辟蹊径出走经典,另行开山立派成立量子派,创建了令人耳目一新的量子理论。在量子派中,玻尔带领众弟子,以“以柔克刚”的思想,虚实转化,阴阳相合,创建了一整套完美的理论。

在这理论中,概率虚实剑、不确定阵法和互补阴阳功是几项绝招,概率虚实剑让敌人摸不清来剑的所在,无招胜有招;不确定阵法让自身飘忽不定,使敌人无所攻击;互补阴阳功则是至高无上的心法,阴阳转化之间,自身或虚或实。原地遁形化为虚,无处不在化为实,不经意间给人致命一击,让敌人无可防备。虚虚实实、阴阳转化的思想开创了科学中的一片新天地,自此玻尔成为了量子派开山祖师,量子派也在科学武林中大放异彩,大有取经典派而代之之势。

而作为科学之源的经典派却也不是那么好欺负的。经典派中也出现了一位大宗师,爱因斯坦宗师。他继承了牛顿祖师经典客观的灵魂衣钵,少年成才一举成名,发挥科学之源的无量心法,将经典派理论升华到一个新高度,开创了经典派的一片新天地。爱因斯坦的核心思想是“唯快不破”和“众生平等”,他据此创建了经典派的两项科学体系:小无相功和大无相功。

在小无相功中,有几项依据“众生平等”创立的绝招:时间变慢拳法、物体缩短腿法和物体变重心法,这几招可以让敌人变得极为弱小,再配合上自己的“唯快不破”神功,简直是击破一切对手的存在。

而大无相功则更加厉害,有两项绝招,分别为:时空扭曲、黑洞攻击。前者将时间和空间融为一体,在身边散发出时空扭曲的气场,任何来自对手的攻击都将被这气墙所消融,使得对手永远无法攻入自己的圈子,再配合上小无相功,确是金刚伏魔的无上心法。而后者则配合超强的内功,将对手身边的时空扭曲到极致,直接吞没对手,将对手化为乌有,可谓一招致命。

这两派在科学武林中鼎足而立,经典派的理论易学,因而信徒众多、势力庞大,量子派则起点颇高,虽然门生较少,但却是精英云集。这两派在科学发展史上既互相融合又互相争斗,谱写了一出浓墨重彩的篇章。而这篇章中最精彩的,又莫过于量子派祖师玻尔和经典派宗师爱因斯坦之间的较量了。

那么,到底谁的绝招更厉害呢?来幻想一下吧!

从前我一直以为,科学家都是潜心做研究,安静过生活的geek,江湖上的恩怨情仇与他们无关,然而我最近看了一个故事,发现科学界才是最江湖的地方,背负着拯救宇宙的责任在撕逼,猛烈程度令人发指!

历史上遭遇最残忍约架的科学家,莫过于量子力学奠基人-尼尔斯·玻尔!

他遭遇了科学界最恐怖的事,被爱因斯坦反对,面对这巨大的挑战,他不仅没有退缩,反而靠着自己超前的理论,击败了爱因斯坦!

事情是这样的:

1885年,玻尔出生在丹麦哥本哈根,从小就是个聪明的孩子,但他有一个奇葩的爱好:特别爱戳穿别人的错误!比如说:他经常在上课的时候对老师说:”这样讲是不完美的,是不完全正确的,还有更好的授课方式“因此挨了无数顿胖揍...18岁的时候,他考上了丹麦最好的大学,哥本哈根大学。在大学举办的一个聚会上,玻尔碰到了当时极富名望的哲学家霍夫丁教授,他立刻凑上前去,然后非常尖锐地指出了教授所著教材里的逻辑错误,把教授搞得很没面子...

1913年,他提出了著名的玻尔模型,完美解释了氢原子的结构和特性,后来经过不断的完善,一个全新的物理体系——量子力学诞生了

玻尔因为发明了玻尔模型,获得了1922年的诺贝尔物理学奖,并因此受到了丹麦国王的接见。就在国王致辞的时候,玻尔听到了一个不妥的地方,于是立刻打断了国王的讲话,当场说:“国王,您这个地方讲错了”,这种作大死的方式简直是别出心裁...然而他还是顺利地活了下来...

1920年代是一个伟大的时代,爱因斯坦刚刚发表了光子说和广义相对论这些伟大的理论,正要逐渐成为物理界的主流思想,一位震烁古今的大科学家正在步入神坛

就在这时,玻尔发现了一个令人石化的事情——他发现自己的量子力学和相对论是矛盾的!这就很尴尬了...与此同时,爱因斯坦看玻尔不爽其实已经很久了。1920年,两人第一次见面,互相阐述了自己的理论后,都认为对方大错特错!爱因斯坦相信世界是有规律可循的,比如往桌子上抛一枚硬币,如果人们知道硬币飞起的所有力学数据,那么是可以算出硬币落下时是正还是反的,而玻尔认为世界是由概率组成的任何事物的结果都是按概率分布的。

量子力学的架构建成后,爱因斯坦很快给玻尔寄了一封信,信中毫不讳言地说:“量子力学固然是堂皇的。我无论如何深信上帝不是在掷骰子。”

这种不留任何情面的公开撕逼,让和谐社会怎么构建?而面对20世纪最伟大科学家的公然反对,玻尔发挥出了超常的嘴炮水平,立刻给爱因斯坦回信:“爱因斯坦,别去指挥上帝该怎么做。”

1927年10月,第五届索尔威会议在布鲁塞尔召开了集结了全世界最顶尖的物理学家,堪称全明星阵容

这张照片相信你一定见过,29个人之中有17人,是诺贝尔奖的获得者,毫不夸张地说,他们就是二十世纪科学的开拓者与奠基人!在凝重的气氛下,会议召开了,玻尔第一个发言,他对量子力学的阐述,赢得了不少掌声。这时,主持人点名爱因斯坦发表意见,爱因斯坦才开口说”反对玻尔的观点”,会场就瞬间炸开了锅!支持玻尔和爱因斯坦的两派科学家,全都起立高喊自己的观点,很快高喊变成了怒吼,因为他们的分歧,事关物理的未来和人类的命运

主持人让大家安静,爱因斯坦继续发言。他走上讲台,画出了构思已久的模型,他相信这个模型,就代表了量子力学的末日,让他万万没想到的是,这时玻尔迅速走上讲台,证明了这个模型是符合量子力学的,爱因斯坦,out...这让爱因斯坦大吃一惊,要知道在此之前,这位科学巨人从未被否定过!第二天,不服气的爱因斯坦,又想出了一个更厉害的难题,全场科学家都紧张地噤声不语,如果这个问题无法解答,那么一个理解宇宙的新方式就被消灭了!这时,玻尔不紧不慢地走上讲台,画出一幅实验示意图,表明这个实验仍然符合量子力学的特性,爱因斯坦,out×2...

世界上最顶尖的物理学家都在注视着,连输两次的爱因斯坦感觉很丢人,很快回到了住所。那段时间里,爱因斯坦每天早上,都会给出一个试图驳倒量子力学的实验,而玻尔总能在晚饭前给出驳倒爱因斯坦的证明。如此往复,索尔威会议结束时,爱因斯坦终究没能驳倒玻尔。

但爱因斯坦始终不承认量子力学,他在给朋友的信中写道:“玻尔、海森堡的绥靖哲学是如此精心策划的,使它得以向那些信徒暂时提供了一个舒适的软枕。那种人不是那么容易从这个软枕上惊醒的,那就让他们躺着吧。”屡战屡败的爱因斯坦决定暂时休战,想潜心研究一个大招,一次性彻底把玻尔打倒。

而玻尔完全没有放一马的意思,他用熟练的嘴炮技能,对爱因斯坦继续穷追猛打,1929 年,玻尔发表了一篇文章,把他的量子理论与相对论作了比较,并用了爱因斯坦当年驳倒牛顿经典物理体系的方式,来阐述量子力学,以彼之道还治彼身。

爱因斯坦看完这篇论文,被气得头发都爆炸了,次年,第六届索尔威会议开幕了,爱因斯坦带来了他策划已久的必杀技:光子箱

箱子里有若干光子。打开时间Δt,只放出一个光子,Δt确定,于是箱子轻了m,可以用理想的秤测出将Δm代入E=mc^2,ΔE也确定ΔE和Δt都确定,测不准原理ΔEΔt > h/2π不成立。玻尔看到光子盒后,被震惊地面色苍白,呆若木鸡,当场并不能给出解答。因此当天爱因斯坦获胜走出会议室,他当时觉得胜券在握,量子力学只是哗众取宠的伪理论,相对论才是解释世界的唯一真理!

然而让他万万没想到的是:第二天一大早,玻尔就给出了答案:一个光子跑了,箱子轻了Δm,用弹簧秤称,设置零点,设位移Δq,根据广义相对论的红移效应,箱子在引力场移动Δq,Δt也相应改变,ΔT可以计算:ΔT>h/Δmc^2,代入E=mc^2得ΔEΔT > h/2π。量子力学再次获胜!

爱因斯坦万万没想到,精心设计的实验会被自己的相对论驳倒,只好在会议结束时,口头上承认了量子力学的正确性,从这以后,两人之间的论战再也没有停止!

1949年爱因斯坦70周岁生日的时候,美国出版界邀请了众多物理学家,为爱因斯坦七十寿辰撰写庆贺文章被邀参加的玻尔抓住这个机会,在庆文中阐述了他对相对论的异议,并证明爱因斯坦每次提出的假设都是错误的...书内最后一篇文章是爱因斯坦的致答文,在答文中,爱因斯坦仍然坚持自己一贯的观点,并猛烈地批驳了玻尔的观点,连祝寿的时候都不放过,简直让人大开眼界。

后来,随着科学的发展,量子力学逐渐成为了物理学研究的主流。

1962年,玻尔逝世,这位酷爱给别人挑错的人,敢于为了真理与任何人撕逼,最终成为了充满传奇的伟大科学家。

在现实生活中,有很多类似的量子纠缠并相互作用的事情让大家感到不可思议。

在孪生兄弟之间,当一个人经历痛苦的时候,另外一个人立即就有感应,甚至会有一模一样的痛苦;有的夫妻或者父子之间,当一方经历极大痛苦时,另外一方也能迅速感应到。我以前一位男同事,某日早上身体极度难受,内心翻腾不已,几次欲吐,无法集中精力工作,很快,其母亲从老家来电话告诉他父亲刚刚跌倒去世。

所有这些现象,究竟是怎么回事?

其实,对这些奇怪的事情,理论物理学已经从理论和实践上获得了确切的证明和解释,只是,众多生命科学学者不了解这样的巨大进展,普通百姓更无从知晓了。

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关于量子力学故事的书(爱因斯坦发现量子力学的故事)3

1879年3月14日,著名物理学家阿尔伯特·爱因斯坦出生,他在日后重筑了现代物理学大厦,开创了现代科学技术新纪元,被公认为是继伽利略、牛顿以来最伟大的物理学家。

140年后,2018年3月14日,著名物理学家斯蒂芬·霍金去世,享年76岁。霍金可以说是继爱因斯坦之后,当今最为知名的物理学家之一。

而今天,是爱因斯坦诞辰140周年,也是霍金逝世1周年,在这个特殊的日子里,我们来聊一聊两位伟大的科学家给了我们什么样的启示?

我有一个大胆的想法

话说爱因斯坦的时代,当时的人都认为经典物理学已经相当完备了,只需要修修补补就可以了,整个世界用牛顿的体系就够了。当时的牛顿甚至都快被神格化了。

面对这样的权威,年轻的爱因斯坦说:不!我不这样认为!我有一个大胆的想法。我就要说出来,你爱咋咋地。

于是,在1905年,他一连发出几篇诺贝尔奖级别的论文,其中就包括狭义相对论,光电效应,它们彻底击碎以牛顿为代表的经典物理体系,而这一年也被称为爱因斯坦的奇迹年。

60多年后的1970年,年轻的霍金和另外一位科学家彭罗斯合作,提出了广义相对论框架中的奇点理论。在这之前,创立广义相对论的爱因斯坦认为:如果广义相对论完备的话,宇宙中就不会存在宇宙大爆炸的奇点。

爱因斯坦被认为是物理学桂冠上的明珠,是20世纪最权威的物理学家,而广义相对论又被认为是极为可靠的理论。面对这样的权威,年轻的霍金说:不!我不这样认为!我有一个大胆的想法。我就要说出来,你爱咋咋地。

于是,霍金在证明奇点定理的同时,还证明了广义相对论的不完备性。

他们面对权威,敢于说:不!

这其实已经很不容易的,然而他们还能证明自己的想法,这正是两人的过人之处。

纯粹

1927年,第五届索尔维会议召开,这会议集结了当时全世界最顶尖的科学家,这当中有许多人让高中生和大学生闻风丧胆,瑟瑟发抖。

虽然群星众多,但关键只在爱因斯坦和尼尔斯·波尔两人之间。波尔代表着量子力学,而爱因斯坦是反对量子力学的,他认为量子力学是不完备的。而这次的交锋只是他们学术分歧的第一回交手,往后数得出来的交手至少还有2次,每次都打得天昏地暗,连居里夫人这样的大咖都只能在一旁目瞪口呆。

然而,他们的争论只局限在量子力学本身。波尔在去世时,办公室的黑板上还画着爱因斯坦用来反对量子力学的思想实验,而爱因斯坦呢?也一直在思考如何证明量子力学的不完备。

虽然在学术上,两人一次次的针锋相对,甚至爱因斯坦还说了那句:上帝不会掷骰子。而波尔回敬了一句:爱因斯坦,不要去指挥上帝该怎么做。

但两人在生活当中一直都是很好的朋友,他们是如此的纯粹。

而霍金也是如此,当初霍金提出了黑洞面积定理,他发现黑洞的表面积只能随着时间增大,不能减小。这也是他最大的成就之一,这使他一时声名鹊起,跻身顶尖物理学家之列。

后来,这个发现吸引了一个年轻人贝根斯坦,他根据霍金的理论,进而证明了黑洞表面积和它的熵成正比。知道这件情之后,霍金是非常非常非常地反对的,因为霍金的推导过程只是从数学上完成的,咋可能和热力学有关。但他没有一下子跳出来吆喝站队骂街,而是非常克制。

虽然自己已经成名的物理学家,贝根斯坦只是一个小辈。霍金先是重新推导了一遍,没有发现任何错误,然后花了大半年的时间,在默认贝根斯坦的结论是正确的基础之上,加入“量子化”的条件,得到了黑洞向外辐射能量的结论,也就是著名的霍金辐射。而这也成为了霍金最大的学术成就。

而霍金这种克制的态度,学术问题只通过学术来解决,即使自己再不情愿,也不带入任何情感,是值得我们学习的。

可以说,爱因斯坦和霍金之所以能够成为伟大的物理学家,有一部分原因就在于他们的纯粹,不夹杂任何情感因素,就事论事的精神和一丝不苟的态度。

反观现在网络上的喷子,常常只是观点不合就能喷起来,而喷的内容往往和争论的事情毫无关系。于是,很多时候连自己在争论啥最后都忘了。这也是常人和科学家们的差距。

所以,爱因斯坦和霍金的故事告诉我们:嘴炮很容易,但敢于做,认真做,坚持做,不惨杂任何杂念地做,其实很难。不过,如果你做到了,那就距离成功不远了。


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