阅读提示:下面的内容作为娱乐就好,我仅具备高中知识,没有能力做严谨叙述。对我们普通人而言,了解一些量子物理知识,可以在与朋友聊天时显得博学一些,至少不会被那些夸夸其谈者吓到。如果您还能够注意到,某个无知的人是怎样接受新知识的,那是我的荣幸。本文的科普内容主要出自曹天元所著“量子物理史话”,这是读后感。嫌弃我的文字或想了解更多知识,可以去读原著,那是真正的科普。
1924与1925年之交,物理学处于一个迷茫时期。玻尔的原子模型呈现出很多问题;辐射的本质究竟是粒子还是波仍处于白热化的争论中。
海森堡受到一种思潮的影响:物理学的研究对象应该只是能够被观察到、被实践到的事物,而不是建立在观察不到或者纯粹是推论的事物上。于是,他从只能够被试验观察和检验的东西出发,来验证玻尔的理论。
玻尔说电子沿着某些特定的轨道运行,每个电子轨道代表一个特定的能级,但人们并没有办法检测到这样的轨道。玻尔的轨道是从光谱线推导出来的,但每一条光谱线所代表的仅是“能级差”或“轨道差”,而不是“轨道”。
这如同在数轴上取几个点,我们知道任意两点之间的差值,可以推导出每个点的数值。玻尔用这个推导出的数值定义了电子的轨道。海森堡说既然我们知道的只是差值,就用差值来解决问题。那么任意两点间的差值就只能用一个二维表格来表示,海森堡发明了这种二维表格的运算方式,然后惊奇地发现,原先的问题都得到了完美的解决。只是,这种运算方式不符合乘法交换律,p*q≠q*p。海森堡坚定的相信数学才具有唯一的意义,数学说p*q≠q*p,那我们就必须相信。
他将论文草稿交给老师波恩评论,波恩发现这种奇怪的表格运算正是线性代数的“矩阵”,这种工具已经在半个世纪以前被发明,海森堡不知不觉的又重新发明了一次。波恩找到他的年轻助教约尔当,他们共同完善了这篇论文并发表出来。新体系在理论上获得巨大成功。
对于当时的物理学家而言,海森堡的体系是个怪物。没人讲得清矩阵究竟是个什么东西,这里面的物理意义是什么。而海森堡坚定的说:所谓“意义”并不存在,数学就是一切“意义”所在。
闲聊:
上大学时有线性代数课,只是那时我忙于更有意义的事情(如谈恋爱),除了知道这个名字还有矩阵的样子,其它一无所知。前不久女儿开始上线性代数课,她抱怨说:微积分那东西学过就可以融在血液中,但线性代数高中时也学过,一放下就不知道怎么回事了。我安慰她:没关系,想一想那些物理学界的大牛们,也品尝过被矩阵统治的恐惧。
当我知道了矩阵力学被提出的过程后,突然涌出一个奇怪的想法。我们总会觉得抽象的东西难以理解,看得见摸得着的具体事物不存在理解困难。但是,当汉森堡剥离掉那个抽象的“轨道”概念,仅是将观测到的具体数据列出来,人们却迷失了,无法想象它是个什么东西。
联想到绘画作品都是颜色、线条以及空白组成的,我们可以轻松欣赏有关人物、景观的画作,但是当呈现在我们面前的就是单纯的颜色、线条、空白时,我们就难以理解它的意义。由此可见,也许我们的头脑只能理解抽象的概念,任何观察、感受到的具体事物都需要转化为抽象概念才能知道它是什么,它所对应的意义。
“无,天地之始;有,万物之母”。也许,未经我们大脑处理的客观世界就是所谓的“无”,是我们的大脑将它们抽象、分类,才有了万物。
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