时下数学学最热门的是哪些专业?
要回答这个问题,我们可以从科普畅销书说起。众所周知,科普是联系科学家和普通大众最终的纽带,生动有趣的内容和深入浅出的解析仍然是科普读物的两大法宝。我们可以看一下,市场上哪一类科普读物最多。入选2006年第三届“吴大猷科普奖”的《量子化学杂记——上帝掷色子吗?》不断加印重印宇宙 量子通讯,仍然抢占着国外科普读物霸主的地位。法籍华裔加来道雄博士所著的《平行宇宙》也是一部量子热学的专著。这本精典的科普书属于《科学还可以这样看》系列,上面包含了《量子纠缠:上帝效应,科学中最怪异的现象》《量子宇宙:一切可能发生的正在发生》《量子理论:爱因斯坦与玻尔关于世界本质的伟大论争》等多部与量子热学有关的科普读物。我想,如今可以回到文章开始哪个问题。时下数学学最热门的就是量子热学。
与量子热学相关的科普读物
喜欢看悬疑小说的人对时间穿越和平行宇宙的概念都不陌生宇宙 量子通讯,这种概念同时也孳生了许多悖论,为了让小说自洽,聪明的悬疑作者们选择了使用量子力学来解释这种悖论。任何头痛的问题,如同一见到量子热学都会迎刃而解。为此,虽然不看科普书,许多悬疑迷也从悬疑小说里早早晓得了量子热学。
这似乎很容易理解,基础化学发展了几个世纪,早已日渐建立,现代化学学家想要有所突破是十分小机率的风波,但是,后来发觉的许多现象,例如宋体幅射,或则针对比原子还小的粒子,基础化学早已未能给出合理的解释。在这些情况下,量子理论应运而生,但是仍然到明天成为许多物理学家主要的研究方向。从众多科普作品也可以看下来,大众对于这方面的知识需求也非常饥渴。在通信发达的明天,人们对于科学研究有了前所未有的热忱和关注。
科学史上,大部份学科都不是一人之力完成的,量子热学发展到明天离不开诸多科学家的努力,其中包括普朗克、尼玻尔、海森堡、薛定谔、泡利、德布罗意、玻恩、费米、狄拉克、爱因斯坦、康普顿等你们耳熟能详的科学家们。
第五届索尔维大会合影:前排左起:A.皮卡尔德(A.)E.亨利厄特(E.)P.埃伦费斯特(P.)Ed.赫尔岑(Ed.)Th.德唐德(Th.de)E.薛定谔(E.)E.费尔夏费尔特(E.)W.泡利(W.Pauli)W.海森堡(W.)R.H.富勒(R.H.)L.贝里渊(L.)
中排左起:P.德拜(P.Debye)M.克努森(M.)W.L.克拉科夫(W.L.Bragg)H.A.克莱默(H.A.)P.A.M.狄拉克(P.A.M.Dirac)A.H.康普顿(A.H.)L.德布罗意(L.de)M.克拉科夫(M.Born)N.波尔(N.Bohr)
后排左起:I.朗繆尔(I.)M.普朗克(M.)M.居里夫人(MmeCurie)H.A.洛仑兹(H.A.)A.爱因斯坦(A.)P.朗之万(P.)ch.E.古伊(ch.E.Guye)C.T.R.威尔逊(C.T.R.)O.W.理查森(O.W.)
量子热学的完善是一个相对其他学科来说并不算漫长的过程,从1900年开始至今也不过一百多年。但这一百多年却涌现出了大批优秀的化学学家和许多知名的理论,这种人和她们所做的研究影响、改变了我们的世界。
随着科学发展,人们对于“大”和“小”的认知也在不断变化着,曾经人们以为的“大”就是天,或则说月球本身,再后来到太阳系、银河系乃至全宇宙;曾经人们以为的“小”是蚂蚁,是组织,是细胞,是原子,之后是各类各样繁杂的基本粒子。这种基本粒子给数学学家带来了头痛和困扰,她们发觉,当她们把精典热学的理论套用在这种幽灵通常不可飘忽的基本粒子之上时,这些仍然被她们奉为显学的理论失效了,不再适用,好多检测到的现象都难以用精典热学来解释,在这些情况下,量子理论应运而生。
基本粒子
造成量子论出现的是一个古典热力学困局即宋体幅射问题。1900年,世纪之交,普朗克提出了量子假说,假设宋体以hv为单位不连续的发射和接收幅射,估算出了宋体幅射能量分布公式,成功地从理论上解释了宋体幅射现象。普朗克将最小的不可再分的能量单元叫做“能量子”或“量子”。当初12月14日,他将这一假说报告了美国化学学会,宣告了量子论的诞生。所以有观点称普朗克为量子热学的创始人,从这一点来看并不为过。由于他不但提出了“量子”这一概念,还通过学说报告的方式向世人展示了量子论。1905年爱因斯坦引进光量子的概念,推导入光子的能量、动量与幅射的频度和波长之间的方程式,解释了光电效应。
1913年,仍然跟爱因斯坦论争的玻尔提出了以他命名的玻尔模型。玻尔觉得电子只能在一定能量的轨道上运转。内层轨道比外层轨道可以容纳更多的电子;较内层轨道的电子数决定了元素的物理性质。假如内层轨道的电子落入外层轨道,将释放出一个带固定能量的光子。1924年,玻恩在一篇论文中使用“量子热学”这个词汇。这也标志着以普朗克、爱因斯坦和玻尔对量子热学所做的研究告一段落,同时开启了量子热学研究百花齐放的新篇章。
薛定谔于推出了一个相对论的波动多项式。而薛定谔关于一只置于装有毒气袋子里的猫是死是活的精典问题也成为量子热学一个知名的假定;海森堡成立了解决量子波动理论的矩阵方式;狄拉克改进了矩阵热学的物理方式,使其成为一个概念完整、逻辑自洽的理论体系。
量子热学解释了平行宇宙,也解释了我们的宇宙
在那几年,几乎每三天都有关于量子热学领域的新发觉,这种发觉鼓舞着科学家们继续前行的同时,也渐渐建立了量子热学的理论系统。量子热学促使我们对世界的认知越来越清晰,这不仅仅是一个神妙的理论,这对于我们的本田生活和生产也有着巨大的推进,从激光、电子显微镜、原子钟到核磁共振的医学图象显示装置,都借助了量子热学的原理和效应。对半导体的研究引起了晶闸管和二极管的发明就是利用量子热学的支撑。在核装备的发明过程中,量子热学的概念至关重要。至今为止,仅仅万有引力难以使用量子力学来描述。
从精典化学到量子理论再到现在的量子热学,这是历史发展的必要。其实有好多人认为这种跟我们的生活没哪些关联,虽然正是由于这种理论,我们才拥有了明天的生活。