序
假如要推选数学学发展史上最伟大的这些年代,这么有两个时期是一定会上榜的:17
世纪末和20世纪初。后者以牛顿《自然哲学之物理原理》的出版为标志,宣告了现代
精典数学学的即将成立;而前者则为我们带来了相对论和量子论,并最彻底地推翻和
重建了整个数学学体系。所不同的是,明天当我们再谈论起牛顿的时代,心里更多的
早已只是对那段光辉时光的怀旧和缅怀;而相对论和量子论却一直深深地影响和困惑
着我们至今,如同两颗稚嫩的橄榄,嚼得越久,反倒愈发滋味无穷。
我在这儿先要给你们讲的是量子论的故事。这个故事更像一个传奇,由一个不起眼的
线索开始,曲径通幽,逐渐地落樱斑斓,乱花迷眼。正在没个头绪处,忽然间峰回路
转,天地宽广,如河出伏流,一泄汪洋。但是还未来得及一览景色,一晃又大起大
落,误入白云深处不知归路⋯⋯量子热学的发展史是数学学上最兴奋人心的篇章之
一,我们会听到化学大楼在大风大雨下旋即崩塌,却又在熊熊烈焰中得到了洗礼和重
生。我们会看见最革命的思潮肆虐大地,带来了让人吃惊的电闪雷鸣,同时却又突显
出惊艳人心的美丽。我们会看见科学怎样在荆棘和沼泽中艰辛地走来,却愈发坚定了
对胜利的信念。
量子理论是一个复杂而又难解的谜团。她像一个神秘的少女,我们天天与她相见,却
仍然难以揣测她的内心世界。明天,我们的现代文明,从笔记本,电视,手机到核能,
航天,生物技术,几乎没有那个领域不依赖于量子论。但量子论到底带给了我们什
么?这个问题至今却仍然无法回答。在自然哲学观上,量子论带给了我们前所未有的
冲击和振动,甚至改变了整个化学世界的基本思想。它的观念是这么地革命,乃至最
不保守的科学家都在潜意识里对它怀有深深的惧意。现代文明的繁盛是理智的胜利,
而量子论无疑是理智的最高成就之一。并且它被赋于的力量太过强悍,因而有史以来
第一次,我们的理智在胜利中同时埋下了才能毁灭它自身的种子。因而量子论的奠基
人之一玻尔(NielsBohr)都要说:“如果谁不为量子论而倍感疑惑,那他就是没有理
解量子论。”
掐指算来,量子论成立至今早已超过100年,但它的一些基本思想却始终不为普通的大
众所熟知。这么,就让我们再度回到那种伟大的年代,再度回顾一下那场史诗般壮观
的革命,再度去游走于那惊涛狂涛之间,感受一下晕眩的觉得吧。我们的游艇就要出
发量子物理史话图文版,当你倍感焦虑或则惊讶时,请勿必抓紧舷边。但你们也要时刻记住,当初,化学
史上最伟大的天才们也走过同样的航线,而她们的觉得,和我们是一模一样的。
第一章黄金时代
一
我们的故事要从1887年的法国开始。坐落莱茵河里的卡尔斯鲁厄是一座景色秀丽的城
市,在它的城中心,竖立着知名的18世纪的宫殿。郁郁葱葱的森林和温暖的气候也使
得这座小城成为了法国的一个旅游名胜。但是这种怡人的风景虽然没有分散海因里希•
鲁道夫•赫兹(Hertz)的注意力:如今他正在卡尔斯鲁厄学院的一间实
验室里专心致志地抚弄他的仪器。那时侯,赫兹刚才30岁,似乎不会想到他将在科学
史上成为和他的老师赫耳姆霍兹()一样鼎鼎有名的人物,不会
想到他将和卡尔•本茨(CarlBenz)一样成为这个小城的骄傲。如今他的心思,只是完
完全全地饱含在他的那套装置上。
赫兹的装置在昨天看来是很简单的:它的主要部份是一个电火花发生器,有两个相隔
很近的小铜球作为电容。赫兹全神贯注地凝视着这两个相对而视的铜球,之后合上了
电路开关。瞬间,电的魔力开始在这个简单的系统里诠释下来:无形的电压穿过装置
里的感应线圈,并开始对铜球电容进行充电。赫兹冷冷地凝视着他的装置,在心上面
想像着电容两段电流不断上升的情形。在热学的领域攻读了这么久,赫兹对自己的知
识是有充分信心的,他晓得,随着电流的上升,很快两个小球之间的空气都会被击
穿,之后整个系统都会产生一个高频的振荡回路(LC回路),而且,他如今想要观察
的不是这个。
果然,过了一会儿量子物理史话图文版,随着细微的“啪”的一声,一束美丽的金色电花爆开在两个铜球
之间,整个系统产生了一个完整的回路,细小的电压束在空气中不停地摇动,盛开出
幽幽的萤光。
赫兹反倒更加紧张了,他盯住那串电火花,还有电火花后面的空气,心上面想像了一
幅又一幅的图景。他不是要看这个装置怎样形成火花漏电,他这个实验的目的,是为
了求证那虚无缥缈的“电磁波”的存在。那是一种哪些样的东西啊,它看不见,摸不
着,到那时为止谁也没有见过,验证过它的存在。而且,赫
