第468章 舊量子論終結!以我布魯斯·李之名義!宣佈量子力學之到來!
李奇維提出的“電子自旋不可描述”,讓在場所有人震撼不已。
不管是天才還是大佬們,都無法想象那是一種什麼樣的狀態。
物理學發展到最後,難道終極結果是不可知?
那對於物理學家而言,有點過於殘忍了。
真實歷史上,電子自旋概念的提出,是量子力學的一個重要分水嶺。
在它之前,稱呼是【舊量子論】;
在它之後,才是真正的【量子力學】。
舊量子論之所以帶一個“舊”字,是因為它依然採用經典物理學的觀念,來理解量子世界。
從普朗克提出量子概念,到玻爾提出量子化軌道,再到最後四大量子數全部出現。
你會發現,這其中到處都有經典物理學的身影。
比如玻爾認為電子繞原子核的運動,是以軌道的形式,軌道就是經典物理學的概念。
電子自旋中的自旋,同樣也是經典物理學的概念。
可以說,舊量子論的一切,全都是建立在經典物理學之上。
我們無法通過最基本的原理或者假設,用數學推導出電子的各種行為。
換句話說,舊量子論沒有理論基礎。
所以,它才會出現各種問題。
比如電子自旋的矛盾性。
等等。
以上這些問題,最終導致了量子力學的誕生。
它對於現代物理學的重要性,不亞於牛頓力學對於經典物理學的意義。
用任何語言形容它的偉大,都不足為過。
李奇維立於眾人之前,腦海裡閃過的正是量子力學那波瀾壯闊的歷史。
對於後世每一個物理學專業的學生而言,那都是令人神往的時代。
而李奇維甚至很快要親手開闢這個黃金大世。
沒有人可以理解他內心的激動。
但是現在,他卻先要給泡利解釋電子自旋的問題。
這個問題,可不好回答。
真實歷史上,海森堡橫空出世,提出了量子力學的第一個版本:矩陣力學。
通過矩陣力學,就可以直接推導出電子的前三個量子數(除去自旋)。
震驚天下!
但是矩陣力學有個缺點,就是太晦澀難懂了。
因為它用到的數學工具:矩陣,當時根本沒有多少物理學家熟悉,更別提使用了。
強如泡利,都得花費半個月,才能使用矩陣力學推導出氫原子的電子模型。
其他人可想而知。
然而幸運的是,海森堡提出矩陣力學沒多久。
緊接著,薛定諤靈感爆發,提出了量子力學的第二個版本:波動力學(薛定諤方程)。
(薛定諤之所以能提出波動力學,是受到了德布羅意的波粒二象性的啟發。)
(這是另一段精彩的故事,涉及矩陣力學和波動力學的鬥爭,暫時不劇透哈。)
使用波動力學,同樣可以直接推導出電子具有前三個量子數。
但是對於物理學家而言,波動力學就比矩陣力學要友好太多了。
因為波的知識,可是物理學家的強項,大家都能很好地理解和計算。
所以,波動力學一出現,就力壓矩陣力學,成為量子力學的主流版本。
同時也正因為此,海森堡和薛定諤就互相看不對眼了。
但經過一段時間後,大家發現,矩陣力學和波動力學,在數學上其實是等價的。
(注意!在物理上卻是不等價的!)
兩者都沒有錯,只不過是同一理論的不同側面。
但不論是哪一個,都無法正確推導出第四量子數:電子自旋。
這時,狄拉克出手了!
他創造性地把狹義相對論和波動力學結合在一起,統一了狹義相對論和量子力學。
提出了震驚物理學界的狄拉克方程。
在這個方程中,狄拉克考慮了電子在做高速運動時的相對論效應。
通過它,就可以直接推導出電子具有自旋,且自旋量子數是1\/2,同時也能推導出磁矩。
後來,就把自旋為半整數的粒子,稱為費米子,比如電子等。
而自旋為整數的粒子,稱為玻色子,比如光子,自旋量子數為1。
至此,電子的所有行為和屬性,才有了堅實的理論基礎。
這就是電子自旋推導的來龍去脈。
可以說,它貫穿了整個量子力學的發展歷程。