量子力学的诞生是体现事物发展的常规逻辑的,不像万有引力那样拥有牛顿被“苹果”砸了的童话故事,也不像相对论一样在爱因斯坦脑子中形成,它是许许多多物理学家(可能也有其他人)智慧的结晶,经典物理理论在几个实验中面临挑战,意味着原有的理论已经不足以解释这些新的现象了,量子力学出现了。
说一下经典物理面临的挑战是有必要,其中最著名的就是“黑体辐射”,它是经典物理学上空的两朵“乌云”之一(另一朵是关于亚里士多德提出的“以太”,在此不赘述,有兴趣可以自行了解)。首先得清楚几个概念:何为黑体?指的是物理上一种理想空腔,它能将射入其内的电磁波完全吸收(不会反射或者投射)。对比黑洞,人们耳熟能详,也更加感兴趣,通俗的说法是光都无法逃逸的一种天体。何为黑体辐射?黑体在吸收电磁波的同时也会以电磁波的形式辐射出自身的能量,最终处于热力学平衡。黑体的特点就在于辐射光谱和材料本身的物理性质无关,只与温度有关。温度越高,光谱中蓝色光越多红色光越少,按照经典理论推出的公式(瑞利-金斯定律)有一个不符合实验的结果,频率趋向无穷时,能量同时也会趋向无穷(被称为“紫外灾难”)。
解决这个难题的是康普顿,他将物体中的原子看作微小的量子谐振子,由此不得不假设这些量子谐振子的总能量不是连续的,只能是离散的数值(经典物理学的观点认为是连续的),并且单独量子谐振子吸收和放射的辐射能也是量子化的。用我们老师的一句话说, “子”这个字造的太好了,它代表的是独立的不可再分隔的一个单元,理解了它就算是入门了量子力学。 “量子”指的是一个物理量存在最小的不可分割的基本单位,这个最小单位就叫作量子,且这个物理量是量子化的。
(相关推导我应该会慢慢给出,毕竟一涉及公式,就很难科普,并且这篇的专业术语太多,是一次失败的科普。)
参考:小时百科、百度百科...
撰后记:本人是一个彻头彻尾的唯物主义者,但每天没事干就都会想一些灵魂生命的事情,只有两个字形容——“神奇”。但这种出于感觉的形容一点都不唯物,所以为了知道这其中的秘密,为了从底层揭示出生命的本质,要学好量子,有种感觉,答案就在量子中。好吧,又是感觉,感觉来的到底是在很多条件约束下确定的,还是也有它的波函数呢,不得而知。感兴趣这样不正经的东西,真的让人烦恼,果然吧,物理的尽头是神学,可我刚开始就去接近神学,这可能就是我不爱理解概念,不爱推公式,却对物理近乎执着喜欢的原因吧。先学好量子吧,以后厉害了,自己开设量子生态系统,毕竟在没有话语权的时候,第一步都是先掌握话语权,没掌握就说要么说的连自己都说服不了,要么就是真理被人嘲笑。都是人间悲剧,还是稳扎稳打,学会人类智慧的结晶之后再发展自己的智慧吧,也希望自己能有那样的日子,并且在那样的日子里我的头脑还保持清醒,还能摆脱已知的约束,拥有自己的智慧。