从剑桥留学生到物理学之神 第42章

作者:虚空圣堂

  “然后他凭借强大的数学能力,硬生生用粒子解释了光的折射、反射、甚至是衍射。”

  “最离谱的是,就连光既然是粒子,却为什么能透过玻璃,都被他用粒子说解释了。”

  “牛顿认为,光是在以太中传播的,并乘着以太波飞行,以太波遇到玻璃后,会部分透射,导致上面的光粒子跟着一起透射。”

  说到这里,教室内众人不得不佩服牛顿逆天的想象力。

  “后来,胡克去世了,便没有人能争论过牛顿。”

  “而且此时的牛顿,已经发表了万有引力定律和三大运动定律,他就是物理学界的权威,无人敢撼动。”

  “不过波动说后继有人,1690年,荷兰物理学家惠更斯发表了《光论》,他用波动方程完美解释了反射,折射和衍射。”

  “并且,他提出了一个尖锐的问题:如果说光是微粒,那为什么我们看不到两条光交叉时,发生碰撞呢?”

  “可惜,如此强有力的证据依然胜不了牛顿,因为1695年,惠更斯就去世了,此后再也没有人敢挑战牛顿了。”

  “至此,牛顿的光粒子说就统治了整个18世纪。”

  “牛顿、胡克、惠更斯之间关于光本质的争论,我称之为第一次波粒战争,以粒子说获胜而告终。”

  “不过,粒子说的获胜不是全面的胜利,不能让所有人心服口服,因为人们只是屈服于牛顿的权威光环。”

  “1727年牛顿去世后,物理学就一直不缺乏反抗权威者!”

  “1801年,英国物理学家托马斯·杨,不理解牛顿为什么非要绕来绕去,用力学解释光的衍射,无论怎么看,都是用波动解释更自然。”

  “因此,他提出干涉思想。如果光是波动,那么一束光在通过两条狭缝时,就会因为发生干涉,在屏幕上留下明暗相间的条纹。”

  “反之,如果光是粒子,那么在屏幕上只会出现两道明亮的条纹。”

  “于是,物理学史上最经典的实验之一,杨氏双缝干涉实验就出现了,这个实验是如此的简洁优美,自己在家点个蜡烛就能实现。”

  “屏幕上确实出现了明暗相间的条纹,结果有力地证明了光是波动,而非粒子。”

  “托马斯·杨发表了他的观点后,由于挑战了牛顿的权威,立刻受到无数人的攻击和辱骂。”

  “逼的他赶紧出来道歉,表达自己很崇拜牛顿,但伟人也可能会犯错,影响科学进步。”

  “杨的实验,开启了第二次波粒战争,不过这次的主场不在英国,而是在法国,因为牛顿在英国已经被神化。”

  “法国人可就不在乎了,1819年,法国科学院甚至提出悬赏征文,内容是用精密的实验确定光的衍射现象,并用数学推导出光经过物体时的运动情况。”

  “不久,法国工程师菲涅尔就发表了一篇论文,并带有严谨的数学分析。”

  “他认为如果一束光通过大小合适的圆盘后,会在圆盘后面的阴影中心出现一个亮斑,并且阴影外面还会出现宽度越来越小的亮环。”

  “法国物理学家泊松是微粒说的坚定支持者,他认为不可能出现论文中的预测情况。”

  “于是,他当着科学院评审人员的面,现场做了圆盘衍射实验,结果竟然真的出现了亮斑,与论文描述的一致。”

  “菲涅尔名声大噪,成为光学界的传奇人物,但这个亮斑却被后世称为了泊松亮斑。”

  “至此,牛顿的微粒说破产,人们发现,牛顿竟然也会犯错,这简直不可思议。”

  “第二次波粒战争,波动说胜利。”

  教室内众人此刻听的如痴如醉,尤其是非物理系的学生,更是想不到李奇维能把枯燥的物理知识,讲述的如此生动有趣,让人仿佛亲身体验了每一次的实验和争论。

  不少人都收起了轻视的心思,能对物理学史的熟悉达到这种程度,说明对方不仅是天才,更是下了苦功夫。

  就连不少教授和讲师,也对李奇维的演讲佩服有加,要是他们能有这种思维,恐怕一定会有更多的学生热爱学习物理。

  李奇维看着众人的表情,就知道自己装逼成功,开玩笑,后世的各种物理科普书能是白看的吗。

  不过,紧接着,他就忽然提高了声音,改变了表情。

  不再是温文尔雅,如沐春风,而是意气风发,霸气绝伦。

  “然而,光的争论还远没有结束,波动说并非真理。”

  “今天在这间教室内,我将发起第三次波粒之战。”

  “不过,和前两次不同的是,这次的争论结束后,就再也没有第四次了。”

  “因为,我将彻底终结关于光的本质的讨论,为波粒之争画上句号。”

  轰!

  教室内瞬间哗然。

  嘲讽者,都认为李奇维狂妄自大,锋芒毕露。

  崇拜者,却认为李奇维惊才绝艳,唯我独尊。

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第61章 波粒二象性,终结一切

  当李奇维在众目睽睽之下,说出要终结光的波粒之争后,教室内的气氛瞬间被点燃。

  不少外校的学生都义愤填膺,觉得李奇维就是在胡扯。

  “大言不惭,一个已经研究了上千年,争论了几百年的问题,很多伟大的科学家都解决不了,他凭什么能终结?”

  “从哲学的角度考虑,世界是不可知的,任何事物都是在发展中变化,我们只能了解一个侧面,布鲁斯·李有点骄傲了。”

  “不是说东方人都是含蓄内敛吗?这个布鲁斯·李完全和想象的不一样啊。”

  和嘲讽的学生不同,以凯斯教授为首的物理学者们都激动万分,眼中饱含期待。

  他们知道李奇维证明的光电效应,就表示光确实具有粒子性,波动说不是正确的。

  但是他要如何终结呢?

  李奇维等到教室内逐渐安静后,才继续缓缓说道:“我最近在《自然》杂志上发表的论文,提出了光量子的概念。”

  “非物理专业的人可能不清楚,光量子就是把光当成一个个单独的粒子,和光的粒子说不谋而合。”

  “不过,我现在更想直接把光量子称为光子。”

  “利用光子概念,我成功解释了光电效应,这个困扰物理学界十几年的难题。”

  “而且最新的实验结果已经证明了,我的光子理论是正确的,因此光确实是粒子。”

  “说到这里,可能有人会觉得,我所谓的第三次波粒之争,恐怕就是要支持粒子说吧。”

  这时,教室内出现了各种讨论声,按照李奇维之前的讲述,好像确实是这样。

  第一次是粒子说胜利,第二次是波动说胜利,然后他现在说要终结争论,那第三次看来是粒子说胜利了。

  难道光的本质就是粒子吗?

  第一排的几位物理学评委老师,以及后排的很多物理学者,都微微摇头,他们不相信,事实会如此简单。

  凯斯教授忽然想到了什么,喃喃自语,“难道.难道布鲁斯·李真的是那样认为的?”

  在所有人的不解和等待中,李奇维终于不再遮掩,他继续说道:“不,我不会说光就是粒子。”

  “因为杨氏双缝干涉实验和圆盘衍射实验,都强有力地证明了光的波动性,任何人都无法反驳。”

  “所以,我认为光的本质很简单,它既是波动,也是粒子。”

  “光同时具有波粒二象性!”

  说完,李奇维转身在后面的黑板上,写下了三个英文单词:wave-particle duality。

  静!

  教室内死一般寂静。

  所有人都被李奇维的大胆想法震惊了。

  一个物体怎么可能同时是波动又是粒子,这完全不符合日常感受,甚至是逻辑。

  凯斯教授一双大眼紧紧地盯着李奇维,对方在去年就和自己说过这个结论,但是自己一直搞不明白。

  “原来光是同时具有这两种性质,wave-particle duality,这个形容太贴切了。”

  “布鲁斯,你果然不愧于天才之名啊!这种想法,简直能惊艳世界!”

  此时所有的物理专业师生激动地浑身颤抖,他们又要见证一个伟大的概念诞生。

  这种充满矛盾却又统一的美感,让人迷醉,物理学实在太有意思了。

  李奇维看着众人的表情,他当然知道光的波粒二象性对物理的冲击有多大。

  其实当初在量子论会议时,少数的物理大佬应该已经察觉了,但是他们不敢提!

  就和量子概念一样,波粒二象性这个概念也是匪夷所思的,完全违背了直觉。

  也只有李奇维这种不知“天高地厚”的物理新秀,才敢公开发表这个观点。

  今天过后,物理学界必将又一次,因他而刮起一场风暴,波粒二象性正式出世!

  李奇维以21岁的年龄,直接终结了长达三百多年的争论,光的本质竟然如此神奇。

  凯斯教授此刻再也忍不住,主动第一个提问。

  “布鲁斯,按照你的说法,光的波粒二象性有没有可能也不是终极理论,而是更高理论的特例?”

  李奇维一怔,看来凯斯教授也不是泛泛之辈,这个问题非常好,而且很难回答。

  如果按照后世量子场论的说法,万物其实都是场激发出来的,波动和粒子都是表象而已。

  更不用提弦理论,万物是弦的振动产生的。

  但是现在,这些都不能提,于是他说道:“凯斯教授,你的问题非常好,但是物理学毕竟是一门实验科学。”

  “任何理论都要经过实验的验证才行,从我现在的认知来看,我找不到比波粒二象性更本质的理论。”

  凯斯教授微微点头,李奇维的意思他明白了,物理发展也要考虑时代的局限。

  不过,还是有人提出了反对,“布鲁斯,伱好,我是牛津大学哲学系的博士,我有一个问题想问你。”

  “请说。”

  “如果按照你的说法,光是同时具有粒子性和波动性,那么在某一个瞬间,这个瞬间短到让光来不及转换。”

  “光在这个瞬间是什么呢?这个状态我们如何去思考呢?”

  李奇维轻轻点头,看来牛津也有人才,他说道:

  “光的波动性很好理解,光就是一种电磁波,它的波动表现为电磁场的交替变化。”

  “但是光的粒子性,并不是宏观世界中的微粒概念,不能把单个光子想象成是很小的弹珠。”

  “光子只是保留了经典颗粒的概念,它的本质是不连续的一份能量。”

  “因此,不能用牛顿力学定律去解释单个光子的行为。”

  “当时间为瞬时值时,光子以粒子的形式传播;当时间为平均值时,光子就以波的形式传播。”

  “大量光子在一起就会表现为波动性,个别光子则会表现出粒子性。”

  “甚至,你用检测波动的方式去观察光,光就是波动;你用检测粒子的方式去观察光,光就是粒子。”

  “这是光的波粒二象性的本质决定的,与经典物理学有很大的不同,你可以把它当成公理。”

  李奇维也觉得自己的解释拗口,但是没办法,因为如果想真正解释清楚,就得提出物质波的概念。

  任何实物粒子都具有波粒二象性,微观粒子的运动需要使用薛定谔方程,从概率波的角度去解释本质。

  光也是微观粒子的一种,因此它的状态可以用波函数解释,概念有点太超前了。

  甚至如果用标准粒子模型解释,光子其实是传递电磁相互作用的规范玻色子,那更是骇人听闻。

  哲学博士听的目瞪口呆,这简直超脱了他的想象,单个光子是粒子,多个光子聚在一起就成波动了?

  这也太不哲学了,难道是所谓的量变产生质变,这一刻,他想用哲学的逻辑去解释波粒二象性。

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第62章 专治各种不服

  答辩教室内,当李奇维说出光具有波粒二象性后,说实话,在场能大概理解的不超过五个人。

  因为这里不是量子论会议,大佬云集,能深刻理解波粒二象性的奇异本质。

  大部分人只能知道一个概念,无法从更高的角度去思考。