虛空聖堂 作品

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。