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佩奇小说网>数理化通俗演义>第六十四回 王子追电子探得微观新奥秘数学加物理辟出力学新体系量子力学的创立

第六十四回 王子追电子探得微观新奥秘数学加物理辟出力学新体系量子力学的创立(第2页)

两年后的一个夏天,戴维逊访问英国,遇到著名的物理学家玻恩。两人刚坐好,戴维逊就迫不及待地将那个在肚子里憋了两年的问题提了出来。玻恩不听犹可,一听戴维逊如此这般的描述,便喜不自禁,也不顾是与客人初次见面,突然在对方肩上拍了一把,大声说道:“朋友,您已经撞开了上帝的大门。”

“难道电子真的也是一种波吗?”

“是的,光有波粒二象性,一切物质微粒也有波粒二象性,电子也不例外。这正是欧洲大陆上近年来最新的理论。可惜这个假设还从没有人来验证,想不到证据却操在您的手里。”

“看来我们美国与这里远隔重洋,真是消息闭塞。我要是早一点儿来访问,何至于苦闷两年呢?快请您告诉我是谁提出了这个伟大的假设。”

“就是那个法国人德布罗意,这个人本是学文科的,半路出家投身物理。但也正因此他没有我们同行中惯有的旧框子,所以倒捷足先登。他不但提出假设,还推出公式,能具体地求出粒子的波长呢。他的论文发表在法国科学院会议周报上和英国的《哲学杂志》上,您可以仔细研究一下。”

各位读者,容作者在这里插几句闲话。德布罗意和戴维逊等人证明电子是波,这实在抽象,我们这里只举一个例子就可知这个理论的威力。我们平常所以能看到东西是靠光,那是平常的光作用于物体,再反射到我们眼里。光学显微镜显示物体微小细部的能力,以所使用的光的波长短到什么程度而定。因此,放大能力最强的显微镜便使用紫外光。这好比我们撬一块大石头,要用一根粗木棍,而剔牙时却只能用一根细牙签了。好了,现在证明电子和光一样也是波,而且它的波长比紫外光要小几千倍,何不用它来代替光显示物体呢?果然,人们把电子束集中在一个焦点上,射过物体,便在荧光屏上得到一个放大的图像。1932年世界上出现第一架电子显微镜。1938年美国人制成了一架能放大三万倍的电子显微镜,而当时最大的光学显微镜也只能放大两千五百倍,现在人们使用的电子显微镜已经能放大到二十万倍以上了。

再说这个海森堡越研究越深。最后,他发现我们虽然可以在宏观世界里准确地观察任何现象,而在微观世界里简直做不到这一点。这好比我们用一支粗大的测海水温度的温度计去测一杯咖啡的热量,温度计一放进去,同时就要吸收掉不少热量,所以我们根本无法测准杯子里原来的温度。而作为原子内的能量如此之小,任我们制成怎样精确的仪器,也会对它有所干扰。观察者及其仪器永远是被观察现象的一个不可分割的部分,一个孤立自在的物理现象是永不存在的,这便是“测不准原理”。我们生活在这个物理世界,身在此山中,难识庐山真面目。

玻尔身体强壮,年轻时曾是丹麦国家足球队队员,所以他后来获诺贝尔奖时,一家丹麦报纸曾有这样一条幽默的大标题:足球名将玻尔获诺贝尔物理学奖。

后来,玻尔虽已成了名人,但还时常干一点儿孩子们爱干的事情。一天晚上他和几个学生外出归来,街上静悄悄的,一个学生看到银行大楼的墙面是用水泥格子拼成的,就好奇地向上爬了两层。玻尔也要逞能,说他也敢爬。当他爬到一层高时,跑来两个警察,以为是盗贼在作案,可是走近一看,说了声“这不是玻尔教授吗”,便走开了。还有一次,他和几个学生看电影,看到电影里的恶棍和英雄比武,总是恶棍被打死。他解释说这是因为英雄有一种自我反射,所以比恶棍动作快,学生们不服。于是他们就吵吵嚷嚷的,到玩具店里买了几把手枪,在院里比武,结果玻尔真的将他们一个一个“打死”了。玻尔就像卢瑟福当年领导卡文迪许实验室一样,在哥本哈根当着孩子王,其淳朴、天真可见一斑。

再说第六届索尔维会议开幕,玻尔打出的第一张牌就是“测不准原理”。他阐述道:“根据这个原理,我们要想精确地测定粒子的位置,就无法测定它的速度;反过来,要想测定其速度,就无法测定它的位置。”

正当与会的大部分科学家都点头表示理解时,想不到爱因斯坦一人站起来反对:“事物是客观具体地存在的,我不相信上帝会在随便丢骰子,碰运气。”

“这和你的相对论并不矛盾啊?”

“可是你在这里否定了因果关系,我不相信世界是捉摸不定的。现在我来设计一个实验,请您解释。假如有一个理想的盒子,里面有光源,在固定的时间打开一下盒上的闸门,放出一些光来。我们再称一下盒子的重量,根据质量的变化就能算出光放出的能量。这样,我们不就可以任意精确地测出光放出的能量、放光的时间了吗?”

爱因斯坦真不愧为理论物理学家,他随意就设计出一个思想实验,一时把个玻尔问得无言以对,好端端的一个会议竟无法再开下去。

这玻尔哪能服气,整整一晚上没有睡觉,召集他的学生们紧急商讨对策。第二天,天一亮,玻尔就去敲爱因斯坦的门,并且手里真的捧着一个“爱因斯坦盒子”,盒子吊在弹簧秤上。他笑眯眯地说:“爱因斯坦先生,请看您的盒子,它一放出光,质量就要变化,弹簧**,盒子做上下运动,盒子中的钟也在动,就是说它在引力场中的位置已经变化。而根据您的相对论,这时钟的速率必定也要变化,这样您首先就得不到准确的时间。时间测不准,当然您的盒子还是逃不出我的测不准原理啊。”

爱因斯坦正因昨天的胜利甜甜地睡了一个好觉,玻尔三言两语反叫他张口结舌,无言以对了。但是爱因斯坦还是不服气,不到一天,他又想出了一个实验,可是以后每次设计的实验都让玻尔驳倒。就这样,这场争论一直持续了几十年,直到爱因斯坦离开人世,他也不承认测不准原理。人们很为他第一个支持普朗克的量子论,但最后又反对量子力学感到遗憾。但是玻尔和爱因斯坦无论怎样争论,双方都襟怀坦**,谦虚地吸取对方的意见,发展自己的理论。这与牛顿同莱布尼茨的争论已经截然不同了。爱因斯坦称赞玻尔说:“他无疑是当代科学领域中最伟大的发现者之一。”玻尔则说:“在征服浩瀚的量子现象的斗争中,爱因斯坦是一位伟大的先驱者,但后来他却远而疑之,这是一个多么令我们伤心的悲剧啊。从此他在孤独中摸索前进,而我们则失去了一位领袖和旗手。”

玻尔虽和爱因斯坦经常争论,但是两人友谊极深,他每次到美国的普林斯顿讲学,并不住什么旅馆、饭店,而是干脆住在爱因斯坦家里。一来是老友多时不见,感情上很愿意能多待在一起,二来便于继续探讨问题。1939年,玻尔又来到美国,他爬上爱因斯坦的那个二层小楼,还不等气喘平息便说:“亲爱的,您知道我今天带来什么重大消息?”

“不过是又想出了什么思维实验的好例证,来证实您的测不准理论罢了。”

“不,今天已顾不上辩论理论问题,这可是实验物理学家们干出的大事,它可能直接关系着我们的生活,关系着政治。”

到底玻尔说出一件什么大事,且听下回分解。

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