重新学习数理化-学点量子物理史话

虽然是理科出身,但一直就不感冒,学习困难且耗尽脑细胞,感觉无趣、无用、无聊。

重新拾起来是因为去年考MBA的时候,学习数学和逻辑,不知道脑子怎么有点开窍,突然很享受那种解题的快感!发现思考的过程很让人安静

等集中精力去专注做一件事,画一页又一页的白纸,内心愉悦又有成就感。或许数理化给予人的不是知识,而是那种思考的过程和逻辑能力。

量子物理史话,摘自量子学派的读书活动。其实看到的时候,真的不明所以,但是钱钟书先生说过,接触真理就有一寸欢喜吗。

不是想当学霸,而是想去享受思考的过程,因为碎片化的信息、故意标题党的文章太耗费自己的时间和精力,并且一无所获,还不如利用碎片化的时间,去集中思考一下,在量子物理史里面去畅游一下,或许能发现自然界美的来源,发现数理化的之美呢。

量子物理史-----穿越过去 看学术上的纷纷扰扰

1887年的德国。赫兹(就是长期在初中物理书上的那位)他建立了电磁理论。并且计算了电磁波的前进速度等于光速,就是我们平时看到的光就是电磁波的一种。打败了波动说与微粒。

其实关于光的本质,波动说与微粒说长达了半个世纪之久 (哇塞,对真理的探索 就是让人那么入迷 如此喋喋不休50年 ),我们数一下都是哪些大咖在争论吧,都在争论什么呢

1663年,波义耳的一句话,引发了波微说的争论,他说 “颜色是光照上去才产生的结果”。他助理胡克明确支持波动说。

1672年,牛顿发表了《关于光与色的新理论》被波义耳助理胡克激烈抨击,结果牛顿脾气也不大好(学术界的人发起来脾气不得了的)支持微粒说

1690年,惠耿斯《光论》继续支持波动说。

1704年,牛顿可不示弱,出版了《光学》,从粒子角度解释薄膜透光及衍射现象,质疑如何光如声波一样,为什么无法绕开障碍物前进 (好像说的也蛮有道理)

第一次波粒之战,波动说惨败!(真理到底掌握在谁的手里呢)

1773年,一个天才 托马斯 杨诞生,在1807年出版了《自然哲学讲义》,描述了光的双缝干涉实验,因为微粒说无法解释光的干涉条纹现象。

1809年,马吕斯发现了偏振现象,用以攻为守的战略,去回击微粒派。两大高手不相上下。

1819年,一位工程师菲涅耳提交了《关于偏振光线的相互作用》,解决了一直困扰波动说的偏振问题。

第二次波粒之战,波动说胜出!(菲涅耳也成了 和牛顿并肩的光学界的人物)

然后1887年,赫兹确定之后,最终让光的波动说成为了板上钉钉的事实!!!

19世纪 热和光动力理论上空的两个乌云

第一个乌云:

来自网络

实验的背景:

19 世纪流行着一种“以太”学说, 它是随着光的波动理论发展起来的。那时,由于对光的本性知之甚少, 人们套用机械波的概念, 想像必然有一种能够传播光波弹性物质, 它的名字叫“以太”。许多物理学家们相信“以太”的存在, 把这种无处不在的“以太”看作绝对惯性系, 用实验去验证“以太”的存在就成为许多科学家追求的目标。

当时认为光的传播介质是“以太”。由此产生了一个新的问题:地球以每秒30公里的速度绕太阳运动,就必须会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来,同时,它也必须对光的传播产生影响。这个问题的产生,引起人们去探讨“以太风”存在与否。如果存在以太,则当地球穿过以太绕太阳公转时,在地球通过以太运动的方向测量的光速(当我们对光源运动时)应该大于在与运动垂直方向测量的光速(当我们不对光源运动时)。

迈克尔逊-莫雷实验(Michelson-Morley Experiment),是1887年迈克尔逊和莫雷在美国克利夫兰做的用迈克尔逊干涉仪测量两垂直光的光速差值的一项著名的物理实验。但结果证明光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的,由此否认了以太(绝对静止参考系)的存在,从而动摇了经典物理学基础,成为近代物理学的一个发端,在物理学发展史上占有十分重要的地位。

第二朵乌云:黑体辐射实验和理论不一致

任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的,也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关,因而被称之为热辐射。为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律,物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body),以此作为热辐射研究的标准物体。

所谓黑体是指入射的电磁波全部被吸收,既没有反射,也没有透射(当然黑体仍然要向外辐射)。显然自然界不存在真正的黑体,但许多地物是较好的黑体近似(在某些波段上)。

解决这两个乌云 被德国人 马克斯 普朗克攻破了!

马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克,出生于德国荷尔施泰因,是德国著名的物理学家和量子力学的重要创始人。


普朗克演讲的内容是关于物体热辐射的规律,即关于一定温度的物体发出的热辐射在不同频率上的能量分布规律。普朗克对于这一问题的研究已有6个年头了,今天他将公布自己关于热辐射规律的最新研究结果。普朗克首先报告了他在两个月前发现的辐射定律,这一定律与最新的实验结果精确符合(后来人们称此定律为普朗克定律)。然后,普朗克指出,为了推导出这一定律,必须假设在光波的发射和吸收过程中,物体的能量变化是不连续的,或者说,物体通过分立的跳跃非连续地改变它们的能量,能量值只能取某个最小能量元的整数倍。为此,普朗克还引入了一个新的自然常数 h = 6.626196×10^-34 J·s(即6.626196×10^-27erg·s,因为1erg=10^-7J)。这一假设后来被称为能量量子化假设,其中最小能量元被称为能量量子,而常数 h 被称为普朗克常数

量子论就像神话中的英雄海格力斯,一出生就被抛弃在荒野里,命运更为他安排了重重枷锁。他的所有荣耀,都要靠自己那非凡的力量和一系列艰难的斗争来争取。对普朗克本人来说,他从一个革命的创始者而最终走到了时代的反面,没能在这段振奋人心的历史中起到更多的积极作用,这无疑是十分遗憾的。

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