量子物理的小故事.docx

量子物理的小故事

第一篇：量子物理的小故事量子物理的小故事原来量子力学是这么搞出来的(献给学习固体物理的苦主们)来源：宋飞Leon的日志一故事发生在二十世纪初的法国。巴黎。一样延续着千百年的灯红酒绿，香榭丽舍大道上散发着繁华和暧昧，红磨坊里弥漫着躁动与彷徨。路上走着一个年轻人，名叫德布罗意（DeBroglie）。在当时，这名字屌得就跟你说你姓爱新觉罗一样。事实上德布罗意的爸正是法国的一个伯爵奸内阁部长，德布罗意正是一个典型的富二代。这样一个不愁吃穿不愁房只是成天愁着如何打发时光的纨绔子弟自然要找一个能消耗精力的东西来度过那些寂寞的日子。这一点至今未变。而他选择了„„研究中世纪欧洲史，据说这倒也不仅是为了装B——中世纪史中有着很多神奇的东西吸引着他，据说。时间转眼到了１９１９，这个科学界骚动的年代。比如，就在这一年，德布罗意突然萌生了转系的念头。他发现，原来物理学中有着更多神奇的东西吸引着他，尤其是感兴趣于当时正流行的：量子论。简言之，他就是迷恋于当时一个很潮的观点：光是粒子。按说这本该不值个烂钱，因为几百年前一个大牛牛顿就曰过：光是粒子。不过后来这个观点被菲涅尔、泊松一群做光学的搞得很久不流行了。几百年来，科学界正统的观点是：光是波。十几年前的一天，某君普朗克突然说：原来光还是粒子啊~~！大家本来不想鸟他，结果爱因斯坦用他的理论做着做着就做出了光电效应！这本来是物理学里的一朵乌云，现在突然没了，于是学界就哗然了。当年的德布罗意倒并不见得对这一观点的物理思想有多么深刻的见地，按他的理解，光是粒子就是在说原来牛顿是对的我们被后人忽悠了。或许一时冲动，年轻人告别了中世纪欧洲史，告别了奢侈糜烂的生活，来到了一派宗师朗之万门下，说：请您收我念PhD吧。二历史上，郎之万为什么给德布罗意offer已经很难说清，德布罗意到底花了多少精力去读他的PhD也已经很难说清。白驹过隙，五年说过就过了。作为历史系中世纪欧洲史专业的德布罗意，发现转到物理系以后的确力不从心。当下，很现实的问题就是如何搞定那篇令他蛋疼的毕业论文，算是对青春一个交代。这个问题让他辗转反侧很多年。毕不了业，烦！德布罗意只听爱因斯坦那帮家伙一直念什么光是粒子还是波„„普朗克早不念了，他不坚定，已经完全抛弃自己当初的量子假设，转回去做经典了。波呢，还是粒子？粒子呢，还是波？还是是粒子又是波呢？毕不了业啊，烦！纠结五年终于过去了。抓住１９２４的尾巴，德布罗意终于提交了自己的博士论文。不计封面，论文只有一页之多一行。遥想在那个没有枪手、没有万方的时代，这已经是不容易了。他的一页纸的论文反复而执着地论述粒子是波波是粒子，说来说去就一句话：既然波可以是粒子，那么粒子未必不能是波。光既然可以既是粒子又是波，别的粒子干嘛不行？波的波矢和角频率与粒子动量和能量的关系是：p=h/(2*pi*k),E=hv这是他的论文里出现的唯一两个公式，其他主要是议论和感想。其实，就这两个公式也是从爱因斯坦发表于1905年那篇《光电效应》中借用而来的。很难想象这样一篇博士论文是怎样通过答辩的。正式表决之前，德布罗意的老板也就是朗之万得知，论文评审委员会的六位教授中的三位表示一定会投反对票。本来在欧洲，一个学生苦读数年都那不到学位是很正常的事情，更别说一个来混日子的的花花公子。这一点也至今未变。然而，偏偏德布罗意的父亲又是一位权高望众的内阁部长。名门之下，德公子寒窗五年，最后连一个Ph.D都没拿到，双方岂不都很没面子？情急之中，朗之万往他的一个好朋友那里寄了一封信。也许当初的朗之万只是碍于情面想帮德布罗意混得一个PhD，然而事实上，这一封信却改变了科学史。三这封信的收信人是爱因斯坦。信的内容大致如下：尊敬的爱因斯坦阁下：在我这里有一位研究生，已经攻读了五年的博士学位，如今即将毕业。给你看他的毕业论文！当中有一些想法„„我觉得很新鲜„„„„请问您怎么看？另，该研究生的父亲是弊国的伯爵，内阁的**部长„„若您„„将来您来法国一定会受到最隆重的接待！朗之万就是说，如果您不肯给个面子，以后就甭来法国了。不知爱因斯坦是出于知趣呢，还是出于因为自己当年的离经叛道产生的惺惺相惜，对着这满篇色即是空空即是色一样的文字盯了半天，他很客气回了一封信，大意是说：Itisinteresting.在英语里，interesting一般用于描述一种想说它好却说不出怎么好所以不知怎么说才好的微妙状态。此时的爱因斯坦已颇有威望，既然他都说interesting了，评审委员们也就心领神会了。终于，化险为夷。浪荡子弟德布罗意就这样拿到PhD，回去炫耀去了。按照当时欧洲的学术传统，朗之万需要将德布罗意的博士论文分寄到了欧洲各大学物理系。几乎所有人都以为事情会就此了结，以为德布罗意那篇“很有趣”的博士论文在档案堆里从此埋没。然而历史总喜欢以不确定性原理来开