為什麼說量子力學是現代文明發展的基石?

時間 2021-06-01 18:04:12

1樓:鹽選推薦

20 世紀物理學的兩大支柱,乙個是我第一課講的廣義相對論,另乙個就是我這裡要講的量子力學,它們之間有著天壤之別。

這兩個理論都告訴我們,自然的細微結構要比我們看到的更加微妙。廣義相對論是一顆小巧的寶石:它是由愛因斯坦憑藉一己之力思考、孕育而來的,是關於引力、空間和時間簡潔而又統一的觀點。

然而量子力學,或者說「量子理論」則正好相反,它在實驗上獲得了無與倫比的成功,其應用也改變了我們的日常生活(比如我用來寫文章的電腦就和它息息相關)。但是這個理論在誕生一百多年之後,仍然籠罩在一片神秘莫測的奇異氛圍中。

量子力學正好誕生於 1900 年,它幾乎引領了整整乙個世紀的密集思考。德國物理學家馬克斯·蒲朗克( Max Planck)計算了乙個「熱匣子」內處於平衡態的電磁場。為此他用了乙個巧妙的方法:

假設電磁場的能量都分布在乙個個的「量子」上,也就是說能量是一包一包或一塊一塊的。用這個方法計算出的結果與測量得到的資料完全吻合(所以應該算是正確的),但卻與當時人們的認知背道而馳,因為當時人們認為能量是連續變動的,硬把它說成是由一堆「碎磚塊」構成的,簡直是無稽之談。

對於蒲朗克來說,把能量視為乙個個能量包塊的集合只是計算上使用的乙個特殊策略,就連他自己也不明白為什麼這種方法會奏效。然而五年以後,又是愛因斯坦,終於認識到這些「能量包」是真實存在的。

「在我看來,如果我們假設光的能量在空間中的分布是不連續的,我們就能更好地理解有關黑體輻射、螢光、紫外線產生的陰極射線,以及其他有關光的發射和轉化的現象。依據這個假設,點光源發射出的一束光線的能量,並不會在越來越廣的空間中連續分布,而是由有限數目的『能量量子』組成,它們在空間中點狀分布,作為能量發射和吸收的最小單元,能量量子不可再分。」

這幾句話說得簡單而又清晰,是量子理論誕生的真正宣言。請注意這段話一開始「在我看來」這幾個不同凡響的字眼,這不禁讓人聯想到,達爾文在自己的筆記中以「我認為」這幾個字為開端來介紹他物種進化的偉大思想,而法拉第在其著作中第一次介紹電磁場這個具有革命意義的概念時,則提及自己「猶豫不決 」。偉大的天才都懂得三思而行。

起初,愛因斯坦的這項成果被同行們當成笑柄,他們認為這個年輕才子在信口開河。後來愛因斯坦就是憑藉這項研究獲得了諾貝爾獎。如果說蒲朗克是量子理論之父的話,那麼愛因斯坦就是讓這一理論茁壯成長的養育者。

2樓:

量子力學之於半導體工業,就如牛頓力學之於工業革命。

或許沒有牛頓力學一樣能發明蒸汽機,但是缺少理論支柱的技術發展永遠是零散的、經驗式的、依賴天才誕生的。

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