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怎麼評價量子科學

生活 更新时间:2024-12-05 07:10:06

從經典的光明盲者海倫、名言頌唱官魯迅、絕代史神司馬遷、雙輪風火史鐵生、放射教母居裡,到今天的糧倉主宰袁隆平、潛水雄魂黃旭華、不屈傲骨任正非、文創之星單霁翔、煉金聖手屠呦呦……

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一代代風流大神稱霸高考作文戰場之時,諸位物理學家卻幾乎全部挂機,隻有霍大師、愛同志偶爾冒個泡勉強保證存在感。

究其原因,無非是不學物理的弟兄們,壓根不知道這群逼到底幹了點啥……憑着黑洞、相對論這些小學時期就能掌握的詞彙,拿上高考作文湊數,确實有失體面,情有可原……

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……個屁啊!摒棄學科歧視,應從你我做起。為了讓物理界的科(pí)學(pí)家(xiā)們平等地登上高考作文的舞台,請允許溴某人今天為您科普玄似算卦的頂級科學領域:量子學,以及這背後的神仙們:

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今天的目标很明确:得讓您知道什麼叫量子。

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故事要從19世紀末說起。當時是伽總、牛總經典力學平天下,掃六合,物理學界一片太平盛世。不少科學家都得瑟得一批,仿佛搞懂世界隻是時間問題。

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不過,天下大事合久必分。1900年的英國皇家學會的新年慶祝會上,站出了這麼一位聖女貞德級的flag bearer:著名物理學家,“開爾文勳爵”威廉•湯姆孫。

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這位皇家旗幟手,憑一嘴精湛的立flag技巧,準确預言了接下來至少兩個世紀物理的發展方向。他是這麼說的:

“科學的大廈已經基本建成,未來的科學家隻是做一些修改就行了。”

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這是flag的主體,另外他承認:“明朗的天空中,還有兩朵小小的、令人不安的烏雲。”

這就非常厲害了!他口中的這兩朵“小小的烏雲”,一朵與黑體輻射有關,引出了現在的量子學;另一朵是關于光速相對性的争議,是相對論體系提出的契機。

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那麼請允許溴某人跳過您極有可能聽不懂的廢話,為您獻上不太噎得慌的幹貨:量子學史(白話通俗彩插就差注音版)。

請讓我們從“黑體輻射”這個高大上的詞彙開始,了解一下“黑體”的概念,以便裝逼。

正所謂“白熱化”— 我們都知道高溫的物體,以電磁波的形式釋放能量(不知道的,請假裝知道一下)。生活經驗告訴我們,灼燒鐵絲時,白熱的鐵絲比紅熱的溫度更高(沒有生活經驗的同學可以親手試一試,看看哪一個燙得更疼)。科學家們自然不會放過這種現象。自19世紀了解了電磁波的本質,他們就一直在研究熱輻射的問題。

但是首先,研究的對象總需要相對理想。想要調查物體本身的熱與發光的關系,就不能讓這個物體反射其他光線。不要幻想用墨水塗黑什麼的就可以輕松解決問題,顔料的吸光度遠遠滿足不了研究的需要(正所謂黑得泛光)。科(pí)學(pí) 家(xiā)們往往有更加巧妙的思路。“黑體”就是物理學家的浪漫:說白了就是一個究極黑的物體,黑洞洞的,拿手電照都賊黑内種。

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聽起來很難實現?其實您老家煤爐子上的小眼就是一個近似黑體:除非裡面的煤被燒熱了,不然的話這個小洞裡面看起來總是黢黑(原理如下圖)。

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那麼現在,恭喜您已經了解了黑體的幾乎全部含義。想必大家一定頗有感觸:深井冰科學家們起的不少高深名字,技術含量不超過你家煤爐子。

既然找到了理想的研究對象,科學家們興高采烈地開始研究起了黑體熱輻射。經過長時間嚴謹的研究與數學建模,物理學家們得出了重要的結論:我們搞不懂!

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提出這個重要結論的大人物,包括德國的維恩,英國的瑞利和金斯。

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這幾位大老師提出的數學模型,分别巧妙地符合了熱輻射的短波段規律和長波段規律,隻可惜兩個答案不能搓在一起。就好像這個多選題選B C,維恩公式算出來是A B,而瑞利-金斯公式算出來C D。尤其是瑞利-金斯公式,其推導結論竟然是:黑體在紫外波段放出的能量無限大。

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可惜黑體沒有穢土轉生,沒有無限查克拉。瑞恩-金斯公式顯然是錯的。這個嚴密的扯淡謬論,就是flager湯姆孫同志口中的“一朵小烏雲”,史稱“紫外災難”(喜歡這個名詞的同學可以拿去裝逼)。

接下來,請我們熱烈歡迎新科學的曙光:普朗克同志登場!這位優秀的同志思想頗為先進:既然我們已經走上了扯淡的不歸路,何不在扯淡的路上徹底放飛自我呢?

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帶着這蘇東坡般的豁達樂觀思想,在與保守的自我做了一番激列的思想鬥争後,普朗克同志發表了絕世僅有的究極扯淡理論:也許能量不能無限拆分。放出能量這個事兒,得按份算,不散裝……

(選讀部分)1901年普朗克提出了能量量子化假設:輻射中心是帶電的線性諧振子,它能夠同周圍的電磁場交換能量,諧振子的能量不連續,是一個量子能量的整數倍。這個假設基于他在1900年提出的純粹經驗公式,該公式隻是為了符合實驗結果而提出的。

這是相當有挑戰性的創舉:在沒有原理的情況下選擇相信實驗經驗,并以此推至一個理論。雖然經典力學的研究方法與此不沖突,但提出這樣的違背經典力學經驗的理論,無疑需要信心與勇氣。

這意味着什麼?意味着一個從我們小學起就困擾我們的問題被解決了:0.00……01與0無異。在自然界中,沒有無限小的數。當一個量小到不足“一份”時,這個量就失去了意義,不複存在。

這簡直是對物理學界智商的侮辱,仿佛你拿着題問你同桌:“1+1怎麼會等于零?!”“你把減号看成加号了,憨批…”

莊子同志的理論也該改一改了:“一尺之捶,日取其半,早晚掰完。”

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但确實是這樣:從沒有人公開質疑過經典物理中“能量無限可分”的潛規則。至于“能量分份”這個理論到底是真是假?沒人敢說。不過拿這個聽起來究極扯淡的理論去算黑體輻射問題,真的很香!

結果很明确:18年後,乃至今天,物理學界基本全體王境澤化,捧着普朗克的理論大快朵頤。

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至于普大叔說的這個不可拆分的能量“最小包裝”,被稱為“能量子”,簡稱“量子”。一量子除以電磁波的頻率,就是普朗克常量。

恭喜各位弟兄完成了今天的學習!你們得到了一個可用于“出框思維”“堅定自我”等主旨作文的典型高端事例。不過這隻是量子物理的風雲初記。量子理論将給經典物理帶來怎樣的沖擊,如果世界不是無限可分的,又會産生怎樣的奇葩結論……

下次,我們該講到老熟人—愛因斯坦同志在量子學史的光輝成就,敬請關注溴某人!

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