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對(duì)量子力學(xué)做出杰出貢獻(xiàn)的人和事第一頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日LouisdeBroglie
LouisVictordeBroglie,
著名法國(guó)物理學(xué)家。1910年取得歷史學(xué)學(xué)位。在哥哥影響下,他轉(zhuǎn)向物理學(xué),1913年獲物理學(xué)學(xué)士學(xué)位。1923年,他把光的波粒二象性推廣至實(shí)物粒子,在此基礎(chǔ)上,1924年向巴黎大學(xué)提交了關(guān)于物質(zhì)波理論的博士論文,并獲得博士學(xué)位。但是物質(zhì)波理論的發(fā)表,并未引起物理界的注意,幸運(yùn)的是他的博士論文的抄本碰巧傳到愛(ài)因斯坦手中。愛(ài)因斯坦不僅支持了普朗克的量子論,而且把德布羅意推上了物理學(xué)舞臺(tái)。薛定諤就是接受了這種物質(zhì)波的思想后,建立起量子力學(xué)的。德布羅意是世界上第一個(gè)以博士論文獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)(1929年)的學(xué)者。
第二頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日薛定諤貓Schroedinger'scat
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:這只貓十分可憐,她被封在一個(gè)密室里,密室里有食物有毒藥。毒藥瓶上有一個(gè)錘子,錘子由一個(gè)電子開(kāi)關(guān)控制,電子開(kāi)關(guān)由放射性原子控制。如果原子核衰變,則放出α粒子,觸動(dòng)電子開(kāi)關(guān),錘子落下,砸碎毒藥瓶,釋放出里面的氰化物氣體,貓必死無(wú)疑。這個(gè)殘忍的裝置由薛定諤所設(shè)計(jì),所以此貓便叫做薛定諤的貓。薛定諤貓是關(guān)于量子理論的一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)第三頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日
由于原子核在何時(shí)衰變是隨機(jī)事件,具有不確定性,所以在密室未打開(kāi)進(jìn)行觀測(cè)之前,貓的狀態(tài)也是不確定的,用量子力學(xué)的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō),就是處于“死與活的疊加狀態(tài)”——既死了又活著!
按照常識(shí),密室中貓的狀態(tài)必是以下兩者之一:貓死了,貓還活著。但量子力學(xué)告訴我們,存在一種二者疊加的狀態(tài):貓既是死的又是活的。這種混沌不確定的狀態(tài)在密室被打開(kāi)之前將一直保持下去。只有等到密室被打開(kāi)的一瞬間,某個(gè)確定態(tài)才會(huì)從不確定的疊加態(tài)中蹦出來(lái)。宏觀物體具有了量子的測(cè)不準(zhǔn)性。第四頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日1.薛定諤簡(jiǎn)介(E.Schr?dinger,1887~1961)
奧地利理論物理學(xué)家,波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人。薛定諤1887年生于維也納。1910年獲得博士學(xué)位。第一次世界大戰(zhàn)期間,他服役于一個(gè)炮兵要塞,利用閑暇研究理論物理學(xué)。戰(zhàn)后回到第二物理研究所。1920年擔(dān)任M.維恩的物理實(shí)驗(yàn)室助手。1921年,薛定諤受聘到瑞士蘇黎士大學(xué)任數(shù)學(xué)物理學(xué)教授,在那里工作了6年。1927年接替普朗克任柏林大學(xué)理論物理學(xué)教授。同年當(dāng)選為普魯士科學(xué)院院士。1933年受德國(guó)納粹黨徒的迫害,離開(kāi)蘇黎士到英國(guó)任牛津大學(xué)物理學(xué)教授。同年和狄拉克一起榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。波動(dòng)力學(xué)的建立第五頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日1936年回到奧地利,1938年奧地利淪陷,薛定諤再度受到納粹的迫害,于9月1日僅“帶了一只小小皮箱”逃往愛(ài)爾蘭的都柏林,在都柏林高級(jí)研究所,成為理論物理學(xué)的領(lǐng)導(dǎo)。在那里,他逗留了17年。在此期間,他繼續(xù)從事科學(xué)研究,并發(fā)表了許多論文。1956年,他回到奧地利,成為維也納大學(xué)物理系的名譽(yù)教授。奧地利政府給了他極大的榮譽(yù),設(shè)立了以他的名字命名的國(guó)家獎(jiǎng)金,并把第一次獎(jiǎng)金授予他本人。
1957年薛定諤接受了德國(guó)高級(jí)榮譽(yù)勛章。他還被許多大學(xué)和科學(xué)團(tuán)體授予榮譽(yù)學(xué)位,其中包括英國(guó)倫敦皇家學(xué)會(huì)、柏林普魯士科學(xué)院、奧地利科學(xué)院等。1961年1月4日,在奧地利病逝。第六頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日路德維?!げ柶澛?844年2月20日-1906年9月5日)是一位奧地利物理學(xué)家和哲學(xué)家。作為一名物理學(xué)家,他最偉大的功績(jī)是發(fā)展了通過(guò)原子的性質(zhì)(例如,原子量,電荷量,結(jié)構(gòu)等等)來(lái)解釋和預(yù)測(cè)物質(zhì)的物理性質(zhì)(例如,粘性,熱傳導(dǎo),擴(kuò)散等等)的統(tǒng)計(jì)力學(xué),并且從統(tǒng)計(jì)意義對(duì)熱力學(xué)第二定律進(jìn)行了闡釋。1906年,他的精神狀態(tài)已經(jīng)糟糕到他不得不離職。當(dāng)年9月他在與他妻子及女兒在意大利的里亞斯特度假時(shí)自縊身亡?!霸诱摗焙汀拔苷摗钡臓?zhēng)論:普朗克站在玻爾茲曼一邊,但由于普朗克當(dāng)時(shí)名氣還小,最多只是扮演了玻爾茲曼助手的角色。玻爾茲曼卻不承認(rèn)這位助手的功勞,甚至有點(diǎn)不屑一顧。盡管都反對(duì)“唯能論”,普朗克的觀點(diǎn)與玻爾茲曼的觀點(diǎn)還是有所區(qū)別。尤其讓玻爾茲曼惱火的是,普朗克對(duì)玻爾茲曼珍愛(ài)的原子論并沒(méi)有多少熱情。晚年,當(dāng)普朗克向他報(bào)告自己以原子論為基礎(chǔ)來(lái)推導(dǎo)輻射定律時(shí),才轉(zhuǎn)怒為喜。第七頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日保羅·朗之萬(wàn):1872年1月23日-1946年12月19日),法國(guó)重要的物理學(xué)家,主要貢獻(xiàn)有朗之萬(wàn)動(dòng)力學(xué)及朗之萬(wàn)方程。他是反法西斯知識(shí)分子警覺(jué)委員會(huì)的創(chuàng)始人之一,該委員會(huì)是一個(gè)尾隨1934年2月6日極右暴亂成立的反法西斯組織。他曾于1944年至1946年任法國(guó)人權(quán)聯(lián)盟主席(當(dāng)時(shí)他剛加入了法國(guó)共產(chǎn)黨)。1897年,他來(lái)到劍橋大學(xué),在約瑟夫·湯姆孫的指導(dǎo)下于卡文迪許實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)。后來(lái),朗之萬(wàn)回到巴黎大學(xué),并在皮埃爾·居里的指導(dǎo)下于1902年取得博士學(xué)位。1904年,朗之萬(wàn)成為法蘭西學(xué)院的物理學(xué)教授。1909年任法蘭西學(xué)院教授,1934年當(dāng)選為法蘭西科學(xué)院院士,1930年和1933年曾兩度當(dāng)選為索爾維物理學(xué)會(huì)議主席。于1934年入選法國(guó)科學(xué)院。他是德布羅意的博士導(dǎo)師。
居里夫人晚年跟丈夫生前的學(xué)生保羅·朗之萬(wàn)有一段韻事,這個(gè)事件在法國(guó)鬧得風(fēng)風(fēng)雨雨。愛(ài)因斯坦對(duì)這件事的看法是:“如果他們相愛(ài),誰(shuí)也管不著?!彼?911年11月23日給居里夫人寫了封信。他們都取得了非凡的學(xué)術(shù)成就,都是被后人景仰的物理學(xué)家。多年后,居里夫人的孫女嫁給了郎之萬(wàn)的孫子。第八頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日經(jīng)典量子力學(xué)照片
世界上絕無(wú)僅有的照片:在一幅照片里集中了如此之多、水平如此之高的人類精英。
第九頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日第十頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日瑪麗亞·斯克沃多夫斯卡-居里(波蘭語(yǔ):MarieSk?odowska-Curie,1867年11月7日-1934年7月4日),通常稱為瑪麗·居里(法語(yǔ):MarieCurie)或居里夫人(MadameCurie),波蘭裔法國(guó)籍女物理學(xué)家、化學(xué)家。她是放射性現(xiàn)象的研究先驅(qū),是獲得兩次諾貝爾獎(jiǎng)的第一人及唯一的女性,也是唯一獲得二種不同科學(xué)類諾貝爾獎(jiǎng)的人。瑪麗·居里是巴黎大學(xué)第一位女教授。1995年,她與丈夫皮埃爾·居里一起移葬先賢祠?,旣悺ぞ永锏某删桶ㄩ_(kāi)創(chuàng)了放射性理論,放射性的英文Radioactivity是由她命名的,她發(fā)明了分離放射性同位素的技術(shù),以及發(fā)現(xiàn)兩種新元素釙(Po)和鐳(Ra)。在她的指導(dǎo)下,人們第一次將放射性同位素用于治療癌癥。1891年追隨姐姐布洛尼斯拉娃至巴黎讀書。她在巴黎取得學(xué)位并從事科學(xué)研究。她是巴黎和華沙“居里研究所”的創(chuàng)始人。1903年她和丈夫皮埃爾·居里及亨利·貝克勒共同獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),1911年又因放射化學(xué)方面的成就獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。她的長(zhǎng)女伊雷娜·約里奧-居里和長(zhǎng)女婿弗雷德里克·約里奧-居里于1935年共同獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。第十一頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日雖然瑪麗·居里是法國(guó)公民,人身在異國(guó),但也從未忘記她的波蘭出身。她教女兒波蘭文,也帶她們?nèi)ミ^(guò)波蘭。她以祖國(guó)波蘭的名字命名她所發(fā)現(xiàn)的第一種元素釙,并在1932年在她的家鄉(xiāng)華沙建立了由她的姐姐、醫(yī)生布洛尼斯拉娃主持的鐳研究所(即現(xiàn)在的瑪麗亞·斯克洛多夫斯卡-居里腫瘤學(xué)研究所,華沙居里研究所)。瑪麗·居里因暴露在過(guò)量放射線而導(dǎo)致的再生障礙性貧血,在1934年病逝于法國(guó)上薩瓦省的療養(yǎng)院,暴露在過(guò)量放射線的原因可能是在第一次世界大戰(zhàn)時(shí)使用流動(dòng)式X光機(jī)所造成。在第一次世界大戰(zhàn)時(shí)期,居里夫人倡導(dǎo)用放射學(xué)救護(hù)傷員,推動(dòng)了放射學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里的運(yùn)用。居里夫人常是貨幣和郵票上的主題,在20世紀(jì)90年代的通貨膨脹中,居里夫人的頭像曾出現(xiàn)在波蘭和法國(guó)的貨幣和郵票上。96號(hào)化學(xué)元素鋦(Cm)就是為了紀(jì)念居里夫婦所命名的。除獲諾貝爾獎(jiǎng)外,她的各種榮譽(yù)稱號(hào)有:會(huì)員56個(gè),會(huì)長(zhǎng)2個(gè),院士19個(gè),院長(zhǎng)1個(gè),博士20個(gè),教授1個(gè),榮譽(yù)市民3個(gè);另外獲得獎(jiǎng)金10項(xiàng),獎(jiǎng)?wù)?6枚。愛(ài)因斯坦曾說(shuō):“在所有著名人物中,居里夫人是唯一不為榮譽(yù)所腐蝕的人。”第十二頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日故事:父子諾貝爾獎(jiǎng)1927年,喬治.湯姆遜著名的約瑟夫.湯姆遜的兒子,證明了電子的波動(dòng)性。戴維遜和湯姆遜分享了1937年的諾貝爾獎(jiǎng)金。有意思的是,J.J.湯姆遜因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了電子的粒子性而獲得諾貝爾獎(jiǎng),G.P.湯姆遜卻推翻了老爸的電子是粒子的觀點(diǎn),證明電子是波而獲得同樣的榮譽(yù)。歷史有時(shí)候,實(shí)在富有太多的趣味性。相似的科學(xué)豪門,也不是絕無(wú)僅有:
居里夫人和她的丈夫皮埃爾居里于1903年分享諾貝爾獎(jiǎng)(居里夫人在1911年又得了一個(gè)化學(xué)獎(jiǎng))。他們的女兒約里奧居里(IreneJoliot-Curie)也在1935年和她丈夫一起分享了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1915年,WilliamHenryBragg和WilliamLawrenceBragg父子因?yàn)槔肵射線對(duì)晶體結(jié)構(gòu)做出了突出貢獻(xiàn),分享了諾貝爾物理獎(jiǎng)金。大名鼎鼎的尼爾斯玻爾獲得了1922年的諾貝爾物理獎(jiǎng)。他的小兒子,埃格玻爾(AageBohr)于1975年在同樣的領(lǐng)域獲獎(jiǎng)。
卡爾塞班(KarlSiegbahn)和凱伊塞班(KaiSiegbahn)父子分別于1924和1981年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。
第十三頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日
喬治·湯姆孫爵士
約瑟夫·湯姆孫爵士
第十四頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日
1666年,23歲的牛頓為了躲避瘟疫,回到鄉(xiāng)下的老家度假。在那段日子里,他一個(gè)人獨(dú)立完成了幾項(xiàng)開(kāi)天辟地的工作,包括發(fā)明了微積分(流數(shù)),完成了光分解的實(shí)驗(yàn)分析,以及萬(wàn)有引力的開(kāi)創(chuàng)性工作。在那一年,他為數(shù)學(xué)、力學(xué)和光學(xué)三大學(xué)科分別打下了基礎(chǔ),而其中的任何一項(xiàng)工作,都足以讓他名列有史以來(lái)最偉大的科學(xué)家之列。很難想象,一個(gè)人的思維何以能夠在如此短的時(shí)間內(nèi)涌動(dòng)出如此多的靈感,人們只能用一個(gè)拉丁文annusmirabilis來(lái)表示這一年,也就是“奇跡年”。故事:奇跡年第十五頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日
1905年的愛(ài)因斯坦也是這樣。在專利局里蝸居的他在這一年發(fā)表了6篇論文,3月18日,發(fā)表關(guān)于光電效應(yīng)的文章,這成為了量子論的奠基石之一。4月30日,發(fā)表了關(guān)于測(cè)量分子大小的論文,這為他贏得了博士學(xué)位。5月11日和后來(lái)的12月19日,兩篇關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的論文,成了分子論的里程碑。6月30日,發(fā)表題為《論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)》的論文,這個(gè)不起眼的題目后來(lái)被加上了一個(gè)如雷貫耳的名稱,叫做“狹義相對(duì)論”。9月27日,關(guān)于物體慣性和能量的關(guān)系,這是狹義相對(duì)論的進(jìn)一步說(shuō)明,并且在其中提出了著名的質(zhì)能方程E=mc2。
第十六頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日量子論被人們戲稱為“男孩物理學(xué)”量子論的發(fā)展幾乎就是年輕人的天下:1925年,海森堡做出矩陣力學(xué)的時(shí)候,他剛剛24歲。愛(ài)因斯坦1905年提出光量子假說(shuō)的時(shí)候,也才26歲。玻爾1913年提出他的原子結(jié)構(gòu)的時(shí)候,28歲。德布羅意1923年提出相波的時(shí)候,31歲。在歷史上閃閃發(fā)光的量子論的主要人物成名時(shí)的年齡:泡利25歲,狄拉克23歲,烏侖貝克25歲,古德施密特23歲,約爾當(dāng)23歲。薛定諤36歲,波恩43歲。波恩在哥廷根的理論班,也被人叫做“波恩幼兒園”。第十七頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日古德斯密特(Goudsmit,SamuelAbraham)荷蘭-美國(guó)物理學(xué)家。1902年7月11日生于荷蘭的海牙;1978年12月4日卒于內(nèi)華達(dá)。古德斯密特的專業(yè)生涯是與烏倫貝克緊密相連的。二人一起在萊頓大學(xué)求學(xué),并在1927年獲得博士學(xué)位。他們又一起搞研究,論證了泡利的第四量子數(shù)可以解釋為粒子的自旋。和烏倫貝克一樣,他也在1927年來(lái)到美國(guó),并在密執(zhí)安大學(xué)工作。第二次世界大戰(zhàn)期間,他在馬薩諸塞理工學(xué)院工作。1944年,他作為被美國(guó)政府派往歐洲的科學(xué)家之一,在被西方盟國(guó)逐漸收復(fù)的區(qū)域內(nèi)探尋德國(guó)在制造原子彈研究工作中可能取得的任何進(jìn)展。1948年,古德斯密特成為國(guó)立布魯克黑文實(shí)驗(yàn)室的物理研究人員。第十八頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日第十九頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日保羅·埃倫費(fèi)斯特(德語(yǔ):PaulEhrenfest,1880年1月18日-1933年9月25日),奧地利數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家,1922年取得荷蘭國(guó)籍。他的貢獻(xiàn)的領(lǐng)域主要是在統(tǒng)計(jì)力學(xué)及對(duì)其與量子力學(xué)的關(guān)系的研究上,還有相變理論及埃倫費(fèi)斯特定理。他去柏林遇到了普朗克,在萊比錫他遇見(jiàn)了他的老朋友赫格洛茲,在慕尼黑他遇到了索末菲,然后是蘇黎世、維也納。在布拉格的時(shí)候他初次遇見(jiàn)了愛(ài)因斯坦,那時(shí)起他們成為了密友。愛(ài)因斯坦建議埃倫費(fèi)斯特繼承他在布拉格大學(xué)的位置不過(guò)那并不成功因?yàn)樗麤](méi)有宗教信仰。索末菲給了他一個(gè)在慕尼黑的職位,不過(guò)埃倫費(fèi)斯特得到了一個(gè)更好的;當(dāng)時(shí)事情出現(xiàn)了意外的變化:洛倫茲辭去了他在萊頓大學(xué)的教授職位,他建議并任命埃倫費(fèi)斯特為他的繼任者。
他在量子物理學(xué)包括相變理論和埃倫費(fèi)斯特理論做出了杰出貢獻(xiàn)。以他名字命名的關(guān)于相對(duì)性的一個(gè)明顯悖論至今人被討論。以他名字命名的還有埃倫費(fèi)斯特時(shí)間,一種量子動(dòng)力學(xué)和經(jīng)典動(dòng)力學(xué)在其中表現(xiàn)差異的時(shí)間。埃倫費(fèi)斯特還對(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)學(xué)中的數(shù)學(xué)理論有興趣。這種興趣來(lái)源于他相信熱力學(xué)和經(jīng)濟(jì)過(guò)程之間存在類比關(guān)系。雖然這并沒(méi)有產(chǎn)生任何出版物,他卻鼓勵(lì)了他的學(xué)生延伯根繼續(xù)研究下去。延伯根的論文被同時(shí)提交到然后物理和經(jīng)濟(jì)學(xué),他再接再厲成為了一個(gè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家,并于1969年第一次獲得了諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)。
第二十頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日科學(xué)家用量子力學(xué)解釋靈魂的存在
目前,英國(guó)著名的物理學(xué)家羅杰-彭羅斯(他和霍金一起證明了“奇性定理”)和美國(guó)意識(shí)研究中心主任哈梅羅夫提出,大腦中的量子物質(zhì)形成了“靈魂”,當(dāng)人死亡之后大腦微管的量子信息離開(kāi)身體進(jìn)入到宇宙。他們指出,人體瀕死體驗(yàn)是微管量子引力效應(yīng),這一效應(yīng)也被稱為“微管量子目標(biāo)還原調(diào)諧(Orch-OR)”,因此我們的靈魂并不只是大腦神經(jīng)細(xì)胞的交互。事實(shí)上它們形成于宇宙之中。
哈梅羅夫在科學(xué)頻道記錄片《穿越蟲洞》中指出,比方說(shuō)心臟停止跳動(dòng),血液停止流動(dòng),微管將失去它們的量子狀態(tài)。微管中的量子信息并未被破壞,它是無(wú)法被摧毀的,只是被干擾,驅(qū)散分布在整個(gè)宇宙。認(rèn)為量子物理學(xué)研究開(kāi)始驗(yàn)證“微管量子目標(biāo)還原調(diào)諧”理論,基于近期研究顯示的量子效應(yīng)能夠驗(yàn)證許多重要的生物學(xué)進(jìn)程,例如:氣味、鳥類導(dǎo)航和光合作用。
第二十一頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日史蒂芬·威廉·霍金(史蒂芬·霍金),英國(guó)劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)、理論物理學(xué)系教授,當(dāng)代最重要的廣義相對(duì)論和宇宙論家,是當(dāng)今享有國(guó)際盛譽(yù)的偉人之一,被稱為在世的最偉大的物理學(xué)家,還被稱為“宇宙之王”。70年代他與彭羅斯一起證明了著名的奇性定理,為此他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎(jiǎng)。他因此被譽(yù)為繼愛(ài)因斯坦之后世界最偉大的物理學(xué)家。奇點(diǎn)定理:聯(lián)同當(dāng)時(shí)已研究奇點(diǎn)的彭羅斯發(fā)展一套數(shù)學(xué)公式,證明宇宙不能反彈。該學(xué)說(shuō)認(rèn)為,如果廣義相對(duì)論正確,宇宙起源將存在一個(gè)奇點(diǎn)。當(dāng)時(shí),奇點(diǎn)一般被視作黑洞的中心,內(nèi)里有密度無(wú)限強(qiáng)、引力無(wú)限重、限時(shí)空曲率無(wú)限大,霍金當(dāng)時(shí)設(shè)想,若重新走回宇宙誕生之時(shí),全部物質(zhì)聚成一點(diǎn),這亦即為奇點(diǎn)。
他承認(rèn)外星人的存在后,又發(fā)表一個(gè)驚人論述:他聲稱帶著人類飛入未來(lái)的時(shí)光機(jī),在理論上是可行的,所需條件包括太空中的蟲洞或速度接近光速的宇宙飛船。不過(guò),霍金也警告,不要搭時(shí)光機(jī)回去看歷史,因?yàn)椤爸挥携偪竦目茖W(xué)家,才會(huì)想要回到過(guò)去‘顛倒因果’?!?/p>
第二十二頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日量子糾纏幽靈與宇宙蟲洞
美科學(xué)家提出新的觀點(diǎn)認(rèn)為量子糾纏與宇宙蟲洞之間存在關(guān)聯(lián),如果這個(gè)假設(shè)發(fā)展成理論,那么可以將量子力學(xué)和廣義相對(duì)論統(tǒng)一起來(lái)。伊利諾伊州阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與加利福尼亞州圣迭戈超級(jí)計(jì)算機(jī)中心聯(lián)合對(duì)宇宙時(shí)空進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)理論上存在連接遙遠(yuǎn)宇宙中兩個(gè)時(shí)空的渠道,這可能與量子糾纏有關(guān),在量子力學(xué)的框架下,兩個(gè)粒子不論距離的遠(yuǎn)近都會(huì)形成一定的相互影響,從宏觀上看,量子糾纏現(xiàn)象非常奇怪,這個(gè)發(fā)現(xiàn)有助于科學(xué)家使用微觀尺度的量子力學(xué)來(lái)研究宇宙的大尺度問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái),科學(xué)家一直試圖開(kāi)發(fā)一種大統(tǒng)一理論來(lái)描述宇宙中全部事件,但是到目前為止依然沒(méi)有有效的發(fā)現(xiàn)成果。目前研究人員有兩種不同的理論來(lái)研究宇宙,這就是量子力學(xué)和廣義相對(duì)論,兩個(gè)理論可以分別解釋微觀的小尺度和宏觀的大尺度宇宙時(shí)空,但是兩種理論無(wú)法統(tǒng)一。對(duì)于蟲洞理論,愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言了一種時(shí)空通道的存在,即愛(ài)因斯坦-羅森橋,這是目前連接兩個(gè)時(shí)空的快速通道理論,有趣的是,量子力學(xué)也有類似的現(xiàn)象,可以在兩個(gè)遙遠(yuǎn)的粒子間建立“聯(lián)系”,這就是量子糾纏,理論物理學(xué)家克里斯坦·詹森認(rèn)為從目前看量子糾纏是個(gè)“事實(shí)”,即便兩個(gè)相距數(shù)光年的粒子也會(huì)出現(xiàn)“心靈感應(yīng)”,愛(ài)因斯坦也曾經(jīng)認(rèn)為這個(gè)現(xiàn)象是看不見(jiàn)的遠(yuǎn)距離“幽靈行為”,科學(xué)家通過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)證明了量子糾纏是真實(shí)的,因此也試圖將該技術(shù)發(fā)展成未來(lái)的量子加密技術(shù)和量子計(jì)算機(jī)。但是科學(xué)家又提出了另一種觀點(diǎn),量子力學(xué)體系下是否僅僅存在三維空間,在普朗克尺度上的時(shí)空定義顯然是多維的,加上時(shí)間維后還有第五維度,這或許是通過(guò)宇宙大統(tǒng)一理論的一條捷徑
第二十三頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日量子糾纏:在量子力學(xué)里,兩個(gè)粒子在經(jīng)過(guò)短暫時(shí)間彼此耦合之后,單獨(dú)攪擾其中任意一個(gè)粒子,會(huì)不可避免地影響到另外一個(gè)粒子的性質(zhì),盡管兩個(gè)粒子之間可能相隔很長(zhǎng)一段距離,這種關(guān)聯(lián)現(xiàn)象稱為量子糾纏(quantumentanglement)。像光子、電子一類的微觀粒子,或者像分子、巴克明斯特富勒烯、甚至像小鉆石一類的介觀粒子,都可以觀察到量子糾纏現(xiàn)象。由兩個(gè)以上粒子組成的量子系統(tǒng)也可能會(huì)發(fā)生量子糾纏。量子糾纏是一種純粹發(fā)生于量子系統(tǒng)的現(xiàn)象;在經(jīng)典力學(xué)里,找不到類似現(xiàn)象。1935年,在普林斯頓高等研究院,愛(ài)因斯坦、博士后羅森、研究員波多爾斯基合作完成論文《物理實(shí)在的量子力學(xué)描述能否被認(rèn)為是完備的?》,并且將這篇論文發(fā)表于5月份的《物理評(píng)論》。這是最早探討量子力學(xué)理論對(duì)于強(qiáng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)所做的反直覺(jué)預(yù)測(cè)的一篇論文。在這篇論文里,他們?cè)敿?xì)表述EPR悖論,試圖借著一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)來(lái)論述量子力學(xué)的不完備性質(zhì)。他們并沒(méi)有更進(jìn)一步研究量子糾纏的特性。薛定諤閱讀完畢EPR論文之后,有很多心得感想,他用德文寫了一封信給愛(ài)因斯坦,在這封信里,他最先使用了術(shù)語(yǔ)Verschr?nkung(他自己將之翻譯為“糾纏”),這是為了要形容在EPR思想實(shí)驗(yàn)里,兩個(gè)暫時(shí)耦合的粒子,不再耦合之后彼此之間仍舊維持的關(guān)聯(lián)。不久之后,薛定諤發(fā)表了一篇重要論文,對(duì)于“量子糾纏”這術(shù)語(yǔ)給予定義,并且研究探索相關(guān)概念。薛定諤體會(huì)到這概念的重要性,他表明,量子糾纏不只是量子力學(xué)的某個(gè)很有意思的性質(zhì),而是量子力學(xué)的特征性質(zhì),在量子力學(xué)與經(jīng)典思路之間做了一個(gè)完全切割。如同愛(ài)因斯坦一樣,薛定諤對(duì)于量子糾纏的概念并不滿意,因?yàn)榱孔蛹m纏似乎違反了,在相對(duì)論里,對(duì)于信息傳遞所設(shè)定的速度極限。后來(lái),愛(ài)因斯坦更譏諷量子糾纏為鬼魅般的超距作用。
目前應(yīng)用:量子秘鑰分發(fā)、密集編碼、量子算法、量子計(jì)算機(jī)等。第二十四頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日科學(xué)還是幻想:量子武器量子武器實(shí)際上是一種殺人于無(wú)形的武器,如果把它安裝在車輛上,任何目標(biāo)都會(huì)被它一掃而亡;如果把它安裝在艦艇上,任何目標(biāo)都會(huì)被它一掃而亡;如果把它安裝在飛機(jī)上,任何目標(biāo)都會(huì)被它一掃而亡;如果把它安裝在地球衛(wèi)星上,就等于每個(gè)人的頭上都懸著一把無(wú)形的刀。量子物理學(xué)攻關(guān)、試驗(yàn)成功后至少可生產(chǎn)如下武器:反物質(zhì)炮:因?yàn)槲镔|(zhì)是由分子和原子組成,原子是由帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核組成,如果由帶正電的電子與帶負(fù)電的原子核組成原子,那么就是反原子,由反原子就可組成反物質(zhì)。當(dāng)反物質(zhì)正物質(zhì)接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生湮滅效應(yīng)、放出光子和介子,同時(shí)釋放出巨大能量,也就是說(shuō)會(huì)爆炸。一毫克反物質(zhì)與一毫克正物質(zhì)湮滅時(shí)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)于430噸TNT的爆炸力,因此現(xiàn)在的許多科學(xué)家都認(rèn)為反物質(zhì)武器將是繼核武器之后的又一種毀滅性武器。
第二十五頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日重力場(chǎng)發(fā)生器:其實(shí)就是個(gè)人造黑洞。
反量子武器:反量子武器是個(gè)量子防護(hù)罩,如果研制成功它就能抵抗所有物理攻擊。重力波炮:重力波炮是一種量子定向能武器,其原理同樣是量子凝縮。由于在宇宙中缺乏媒介,聲波、沖擊波等無(wú)法傳播,導(dǎo)致傳統(tǒng)的爆炸性武器、包括核武器的效果都大打折扣。而重力波則沒(méi)有這個(gè)限制,因此在宇宙中,定向發(fā)射的高能重力波可以很容易做到擴(kuò)散性殺傷的效果。在這一領(lǐng)域起步最早的是德國(guó),二戰(zhàn)末,德國(guó)中央科學(xué)院就開(kāi)始了量子武器和反量子武器計(jì)劃的研究和發(fā)展,并取得了非常的進(jìn)展。二戰(zhàn)結(jié)束后,美國(guó)和前蘇聯(lián)分別奪取了部分德國(guó)遺留的量子武器和反量子武器資料并深為這種比核武器更具威力的武器所震撼。國(guó)外有人認(rèn)為中國(guó)在這一領(lǐng)域的研究已經(jīng)非常深入。第二十六頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日郭光燦(中國(guó)科學(xué)院院士物理學(xué)家)
郭光燦教授,1942年生于福建惠安。1965年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)無(wú)線電電子學(xué)系并留校任教?,F(xiàn)任中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。2003年當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士。2009年當(dāng)選為第三世界科學(xué)院院士??萍疾俊?73”項(xiàng)目“量子通信與量子信息技術(shù)”首席科學(xué)家,中科院重要方向項(xiàng)目首席科學(xué)家,國(guó)家基金委創(chuàng)新群體學(xué)術(shù)帶頭人。畢生從事量子光學(xué)、量子密碼、量子通信和量子計(jì)算的理論和實(shí)驗(yàn)研究。被稱為:中國(guó)量子光學(xué)第一人;法國(guó)人用他的方案獲諾貝爾獎(jiǎng)。提出概率量子克隆原理,推導(dǎo)出最大克隆效率,在實(shí)驗(yàn)上研制成功概率量子克隆機(jī)和普適量子克隆機(jī)。兩項(xiàng)原創(chuàng)性的應(yīng)用基礎(chǔ)研究成果:“概率量子克隆”和“量子避錯(cuò)編碼”。2000年,郭光燦研究組憑借“利用光腔制備兩原子糾纏的方案”研究再次引起世界矚目。后來(lái),法國(guó)科學(xué)家沙吉·哈羅徹用實(shí)驗(yàn)證明了這一理論。他在實(shí)驗(yàn)成功之后給郭光燦發(fā)了一封郵件說(shuō):我們祝賀你,我們?cè)趯?shí)驗(yàn)上把你的方案做成了。沙吉也沒(méi)想到,十年之后,他借此獲得了2012年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。第二十七頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日
兩項(xiàng)原創(chuàng)性的應(yīng)用基礎(chǔ)研究成果:“概率量子克隆”和“量子避錯(cuò)編碼”。前者為解決量子信息領(lǐng)域的難題即信息提取問(wèn)題提供了有效方法,被國(guó)際學(xué)術(shù)界稱為“段-郭概率量子克隆機(jī)”“段-郭界限”,同時(shí)在實(shí)驗(yàn)上研制成功量子克隆機(jī),被認(rèn)為是“該領(lǐng)域最激動(dòng)人心的進(jìn)展之一”;后一成果為克服量子信息技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的主要障礙即消相干問(wèn)題提供新的方法,成為學(xué)術(shù)界公認(rèn)的三種不同原理編碼之一,并被美國(guó)若干著名實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)上所證實(shí)。完成14.8公里光纖量子密鑰的實(shí)驗(yàn),在3.2公里的中科大東西校區(qū)之間通過(guò)地下光纜建立了國(guó)內(nèi)第一條基于量子密碼的保密通信線路,為量子通信走向?qū)嵱眠~出可喜的一步。提出“實(shí)用量子處理器”和“信道加密”兩個(gè)新的實(shí)施方案,前者已被法國(guó)學(xué)者在實(shí)驗(yàn)上所證實(shí),被認(rèn)為是可實(shí)用化的器件,后者是與現(xiàn)有所有量子密碼方案不同的新方案,有其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),被國(guó)際同行詳細(xì)推廣引用。
科學(xué)成就:中科院方向性項(xiàng)目首席專家,國(guó)家科技部973項(xiàng)目“量子通信和量子信息技術(shù)”的首席科學(xué)家。已發(fā)表SCI論文820篇,其中PRL26篇,PRA229篇;被SCI總引用10781次,他引9788次;出版著(譯)作11部,已培養(yǎng)博士40余名,碩士30余名,其中全國(guó)百篇優(yōu)秀博士論文獲得者4名,國(guó)家杰出青年基金獲得者2名。
第二十八頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日海森堡的不確定(測(cè)不準(zhǔn))原理
測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系:1927年,海森堡在論文《量子論中運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的可觀測(cè)內(nèi)容》中,提出了著名的“測(cè)不準(zhǔn)原理”。為了說(shuō)明他的測(cè)不準(zhǔn)原理,海森堡設(shè)計(jì)了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn):用一個(gè)γ射線顯微鏡觀測(cè)一個(gè)電子。由于顯微鏡的分辨率受光波波長(zhǎng)的限制,為了精確確定電子的位置,應(yīng)該使用波長(zhǎng)短的光,而波長(zhǎng)越短,光子的動(dòng)量越大,根據(jù)康普頓散射,引起電子動(dòng)量的變化就越大。因此電子的位置愈準(zhǔn)確,就愈難確定電子的動(dòng)量。反之亦然。
海森堡認(rèn)為,微觀粒子既不是經(jīng)典的粒子,也不是經(jīng)典的波;當(dāng)人們用宏觀儀器觀測(cè)微觀粒子時(shí),就會(huì)發(fā)生觀測(cè)儀器對(duì)微觀粒子行為的干擾,使人們無(wú)法準(zhǔn)確掌握微觀粒子的原來(lái)面貌;而這種干擾是無(wú)法控制和避免的,通過(guò)仔細(xì)分析,海森堡得出電子坐標(biāo)的不確定程度Δx和動(dòng)量的不確定程度Δp遵從:Δx·Δp~h;同樣,能量和時(shí)間這種正則共軛物理量也遵從測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系,海森堡認(rèn)為“這種不確定性,正是量子力學(xué)中出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系的根本原因”。第二十九頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日一代傳奇:海森堡維爾納·卡爾·海森堡(1901年12月5日-1976年2月1日),德國(guó)物理學(xué)家,量子力學(xué)的主要?jiǎng)?chuàng)始人,“哥本哈根學(xué)派”的代表人物,1932年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。量子力學(xué)是整個(gè)科學(xué)史上最重要的成就之一,他的《量子論的物理學(xué)基礎(chǔ)》是量子力學(xué)領(lǐng)域的一部經(jīng)典著作。由于他的重要影響,在美國(guó)學(xué)者麥克·哈特所著的《影響人類歷史進(jìn)程的100名人排行榜》,海森堡名列第46位。1927年,海森堡發(fā)表了《量子理論運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)的直觀內(nèi)容》一文,提出了深具影響力的“測(cè)不準(zhǔn)原則”,奠定了從物理學(xué)上解釋量子力學(xué)的基礎(chǔ)。他認(rèn)為,當(dāng)我們的工作從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域時(shí),我們的宏觀儀器(觀測(cè)工具)必然會(huì)對(duì)微觀粒子(研究對(duì)象)產(chǎn)生千擾。海森堡第三十頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日第二次世界大戰(zhàn)開(kāi)始后,迫于納粹德國(guó)的威脅,丹麥的大物理學(xué)家玻爾離開(kāi)了心愛(ài)的哥本哈根理論物理研究所,離開(kāi)了朝夕相處的來(lái)自世界各地的同事,遠(yuǎn)赴美國(guó)。德國(guó)的許多科學(xué)家也紛紛背井離鄉(xiāng),堅(jiān)決不與納粹勢(shì)力妥協(xié)。然而,有一位同樣優(yōu)秀的物理學(xué)家卻留下來(lái)了,并被納粹德國(guó)委以重任,負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)研制原子彈的技術(shù)工作,遠(yuǎn)在異鄉(xiāng)的玻爾憤怒了,他與這位過(guò)去的同事產(chǎn)生了尖銳的矛盾,并與他形成了終生未能化解的隔閡。有趣的是,這位一直未能被玻爾諒解的科學(xué)家卻在1970年獲得了“玻爾國(guó)際獎(jiǎng)?wù)隆保@一獎(jiǎng)?wù)率怯靡员碚谩霸谠幽芎推嚼梅矫孀龀隽司薮筘暙I(xiàn)的科學(xué)家或工程師”的。歷史在此開(kāi)了個(gè)巨大的玩笑,這玩笑的主人公就像他發(fā)現(xiàn)的“不確定性原理”一樣,一直讓人感到困惑和不解。他就是量子力學(xué)的創(chuàng)始人——海森堡。第三十一頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日海森堡曾經(jīng)是納粹德國(guó)的核武器的領(lǐng)導(dǎo)人,不過(guò)納粹德國(guó)自始至終都沒(méi)有能力將核武器從理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。一種似乎是海森堡本人提供的說(shuō)法稱海森堡其實(shí)并不信任希特勒政權(quán),他在盡力拖延納粹德國(guó)的研究計(jì)劃。不過(guò)一些科學(xué)家則對(duì)這種說(shuō)法嗤之以鼻,他們認(rèn)為恰恰是因?yàn)楹Iさ摹盁o(wú)能”才導(dǎo)致了納粹德國(guó)核武器計(jì)劃的失敗。第二次世界大戰(zhàn)后,海森堡在促進(jìn)原子能和平應(yīng)用上做出了很大貢獻(xiàn)。1957年,他和其他德國(guó)科學(xué)家聯(lián)合反對(duì)用核武器武裝德國(guó)軍隊(duì)。他還與日內(nèi)瓦國(guó)際原子物理學(xué)研究所密切合作,并擔(dān)任了這個(gè)研究機(jī)構(gòu)的第一任委員會(huì)主席。第三十二頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日科學(xué)論戰(zhàn)
在1930年10月召開(kāi)的第六屆索爾維會(huì)議上,愛(ài)因斯坦與玻爾的爭(zhēng)論達(dá)到一個(gè)高潮。會(huì)議主題是“物質(zhì)的磁性”,不過(guò)關(guān)于量子力學(xué)的討論卻成了實(shí)際上的主要內(nèi)容。起因是愛(ài)因斯坦提出了一個(gè)新的理想實(shí)驗(yàn),試圖從能量和時(shí)間這一對(duì)共軛變量的測(cè)量來(lái)否定測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。①“光子箱”實(shí)驗(yàn):如圖示。一個(gè)光子箱懸掛在上底座上,不消耗輻射能。箱壁上開(kāi)一小孔C,并設(shè)有用計(jì)時(shí)裝置控制的快門。箱子下面掛一重物G,整個(gè)箱子重量可由裝在箱子外面的指針測(cè)定。在從快門打開(kāi)到閉合的時(shí)間Δt里,只讓一個(gè)光子飛出;Δt可通過(guò)計(jì)時(shí)裝置精確測(cè)定;由于飛出一個(gè)光子而引起的整個(gè)箱子的質(zhì)量改變?chǔ)也可精確測(cè)定,由質(zhì)能關(guān)系式即可計(jì)算出能量的變化ΔE。這樣Δt和ΔE就可同時(shí)精確測(cè)定。測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系不再成立。第三十三頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日
聽(tīng)了愛(ài)因斯坦“光子箱”的發(fā)言,據(jù)說(shuō)當(dāng)時(shí)玻爾“面色蒼白,呆若木雞”。面對(duì)這一嚴(yán)重挑戰(zhàn),玻爾經(jīng)過(guò)一個(gè)不眠之夜的思考,終于找到了愛(ài)因斯坦的疏漏之處,第二天玻爾做了一個(gè)漂亮的回答。他指出,如果光子箱的重量是用彈簧秤來(lái)測(cè)量的,那么當(dāng)光子飛出去而引起箱子的重量發(fā)生變化時(shí),箱子必將沿重力方向發(fā)生運(yùn)動(dòng)。這時(shí),即使重量的測(cè)量是準(zhǔn)確的,但是由于箱子在重力場(chǎng)中發(fā)生了位置變化,箱子內(nèi)的鐘的快慢也將因廣義相對(duì)論的紅移效應(yīng)而發(fā)生改變,從而使時(shí)間的測(cè)量產(chǎn)生一個(gè)不確定量。玻爾由此得出結(jié)論:用這種儀器作為精確測(cè)定光子能量的工具,將不能控制光子逸出的時(shí)間。
愛(ài)因斯坦精心設(shè)計(jì)的“光子箱”理想實(shí)驗(yàn),不但沒(méi)有難倒玻爾,反而成了測(cè)不準(zhǔn)原理的一個(gè)絕好例證。愛(ài)因斯坦不得不承認(rèn)玻爾的結(jié)論無(wú)可指責(zé)。第三十四頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日由于二次世界大戰(zhàn),爭(zhēng)論平息了一個(gè)時(shí)期。直到1949年,才不再針?shù)h相對(duì)的論戰(zhàn)了。這是一場(chǎng)真正的科學(xué)論戰(zhàn)。愛(ài)因斯坦完全承認(rèn),統(tǒng)計(jì)性的量子理論為理論物理學(xué)代來(lái)了極其重大的進(jìn)展;這個(gè)理論也是迄今為止唯一能把二相性在邏輯上統(tǒng)一起來(lái)的理論。玻爾據(jù)他的助手回憶,在每一個(gè)重大問(wèn)題上,玻爾習(xí)慣上總是先考慮愛(ài)因斯坦是怎樣想的;1962年11月18日玻爾逝世時(shí),人們?cè)谒ぷ魇业暮诎迳习l(fā)現(xiàn)了兩張草圖,其中之一就是愛(ài)因斯坦的光子箱。第三十五頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日量子力學(xué):矩陣力學(xué)的建立
矩陣力學(xué)是量子力學(xué)其中一種的表述形式,它是由海森堡、玻恩和約爾當(dāng)于1925年完成的。矩陣力學(xué)的思想出發(fā)點(diǎn)是針對(duì)玻爾模型中許多觀點(diǎn),諸如電子的軌道、頻率等,都不是可以直接觀察的。反之,在實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常接觸到的是光譜線的頻率、強(qiáng)度、偏極化,與及能階。海森堡計(jì)劃創(chuàng)造一個(gè)理論,只是用光譜線的頻率、強(qiáng)度、偏極化等觀念。他的做法是受到愛(ài)因斯坦在相對(duì)論中對(duì)時(shí)間、空間作“操作定義”分析的影響。波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué)的等價(jià)性。兩種理論都是以微觀粒子具有波粒二象性這一實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ),通過(guò)與經(jīng)典理論的類比而建立起來(lái)的。后來(lái),把矩陣力學(xué)和波動(dòng)力學(xué)合在一起,統(tǒng)稱為量子力學(xué)。傳奇人物海森堡先后跟隨索末菲,玻恩和玻爾學(xué)習(xí),并在他們的指導(dǎo)下,研究量子論。海森堡曾經(jīng)說(shuō)過(guò):“在索莫菲那里學(xué)了物理,玻恩那里學(xué)了數(shù)學(xué),玻爾那里學(xué)了哲學(xué)。”第三十六頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日量子力學(xué):矩陣力學(xué)的建立
海森堡的數(shù)學(xué)方法,當(dāng)時(shí)對(duì)大多數(shù)物理學(xué)家并不熟悉,包括海森堡本人也沒(méi)有把握,他把論文交給了玻恩,請(qǐng)他決定有無(wú)發(fā)表的價(jià)值。波恩經(jīng)過(guò)幾天的思考后,將論文推薦到《物理紀(jì)事》予以發(fā)表。玻恩后來(lái)回憶說(shuō):“當(dāng)時(shí)海森堡的乘法規(guī)則使我不安,經(jīng)過(guò)八天的苦思冥想,我回憶起在布萊斯勞大學(xué)時(shí)我從老師羅森斯(Rosanes)教授學(xué)到過(guò)的代數(shù)理論?!边@就是70年前被創(chuàng)立的矩陣演算,所以海森堡的理論就被稱為“矩陣力學(xué)”。
隨即波恩運(yùn)用海森堡的矩陣方法為海森堡的理論建立嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),當(dāng)時(shí)海森堡已去英國(guó)劍橋訪問(wèn),玻恩找了年輕數(shù)學(xué)家約爾當(dāng)作助手,于同年9月發(fā)表《關(guān)于量子力學(xué)Ⅰ》。第三十七頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日馬克斯·玻恩(MaxBorn,1882年12月11日-1970年1月5日),德國(guó)的猶太裔物理學(xué)家,量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一,因?qū)α孔恿W(xué)的基礎(chǔ)性研究尤其是對(duì)波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)詮釋,與瓦爾特·博特共同獲得1954年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
先學(xué)法律和倫理學(xué),隨后是數(shù)學(xué)、物理和天文學(xué)。1907年他在哥廷根大學(xué)獲得博士學(xué)位,導(dǎo)師是希爾伯特。1915年玻恩去柏林大學(xué)任理論物理學(xué)教授,并在那里與普朗克、愛(ài)因斯坦并肩工作,玻恩與愛(ài)因斯坦結(jié)下了深厚的友誼,即使是在愛(ài)因斯坦對(duì)玻恩的量子理論持懷疑態(tài)度的時(shí)候,他們之間的書信見(jiàn)證了量子力學(xué)開(kāi)創(chuàng)的歷史,后來(lái)被整理成書出版。
1925年至1926年他與泡利、海森堡和約爾當(dāng)一起發(fā)展了現(xiàn)代量子力學(xué)(矩陣力學(xué))的大部分理論。1926年又發(fā)表了他自己的研究成果玻恩概率詮釋(波函數(shù)的概率詮釋),后來(lái)成為著名的“哥本哈根詮釋”,他也因此獲得1954年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。同時(shí)玻恩還是柏林、哥廷根、哥本哈根、斯德哥爾摩等許多科學(xué)院的院士。
第三十八頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué)的等價(jià)性對(duì)立:
隨著波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué)的創(chuàng)立,在同一研究領(lǐng)域出現(xiàn)了兩個(gè)形式完全不同、但同樣有效的量子理論。開(kāi)始時(shí),兩種理論的創(chuàng)立者對(duì)對(duì)方的理論都抱有排斥甚至敵視的態(tài)度。海森堡給泡利的信中寫到:“我越是思考薛定諤理論的物理內(nèi)容,就越感到憎恨。”同樣,薛定諤對(duì)矩陣力學(xué)也很反感,他說(shuō);“這種超越代數(shù)的方法簡(jiǎn)直無(wú)法想象,它如果不使我拒絕的話,至少使我氣餒。”等價(jià):后來(lái)薛定諤認(rèn)真鉆研了矩陣力學(xué),于1926年4月發(fā)表了《關(guān)于海森堡-玻恩-約當(dāng)?shù)牧孔恿W(xué)與我的波動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系》,從數(shù)學(xué)上證明了兩種理論的等價(jià)性:海森堡的矩陣可以由薛定諤的本征函數(shù)構(gòu)成,反之亦然。5月,薛定諤寫信給狄拉克,說(shuō)明了兩種理論的一致性。兩種理論都是以微觀粒子具有波粒二相性這一實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ),通過(guò)與經(jīng)典理論的類比而建立起來(lái)的。后來(lái),把矩陣力學(xué)和波動(dòng)力學(xué)合在一起,統(tǒng)稱為量子力學(xué)。第三十九頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日保羅·狄拉克,英國(guó)理論物理學(xué)家,量子力學(xué)的奠基者之一,并對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)早期的發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。曾經(jīng)主持劍橋大學(xué)的盧卡斯數(shù)學(xué)教授席位。他給出的狄拉克方程可以描述費(fèi)米子的物理行為,并且預(yù)測(cè)了反物質(zhì)的存在。1933年,因?yàn)椤鞍l(fā)現(xiàn)了在原子理論里很有用的新形式”(即量子力學(xué)的基本方程——薛定諤方程和狄拉克方程),狄拉克和埃爾溫·薛定諤共同獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
1925年維爾納·海森堡提出了著眼于可觀察的物理量的理論,當(dāng)中牽涉到矩陣相乘的不可交換性。狄拉克發(fā)現(xiàn)了經(jīng)典力學(xué)中泊松括號(hào)與海森堡提出的矩陣力學(xué)規(guī)則的相似之處。基于這項(xiàng)發(fā)現(xiàn),他得出更明確的量子化規(guī)則(即正則量子化)。這份名為《量子力學(xué)》的論文發(fā)表于1926年,狄拉克也這項(xiàng)工作獲得博士學(xué)位。同時(shí)埃爾溫·薛定諤以物質(zhì)波的波方程提出了自己的量子理論。狄拉克很快地發(fā)現(xiàn)到海森堡與薛定諤兩人的理論是彼此互補(bǔ)的,并開(kāi)始研究起薛定諤的波動(dòng)力學(xué)。第四十頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日
1930年狄拉克出版了他的量子力學(xué)著作著作《量子力學(xué)原理》,這是物理史上重要的里程碑,至今仍是量子力學(xué)的經(jīng)典教材。在這本書中,狄拉克將海森堡在矩陣力學(xué)以及薛定諤在波動(dòng)力學(xué)的工作整合成一個(gè)數(shù)學(xué)體系,當(dāng)中連結(jié)了可觀測(cè)量與希爾伯特空間中作用子的關(guān)系。書中也介紹了量子力學(xué)中廣泛應(yīng)用的狄拉克δ函數(shù)。延續(xù)狄拉克在1939年的文章,1939年他在此書第三版中加入了他的數(shù)學(xué)符號(hào)系統(tǒng)—狄拉克符號(hào)。直到今天,狄拉克符號(hào)仍然是最廣泛使用的一套量子力學(xué)符號(hào)系統(tǒng)。
狄拉克的研究風(fēng)格:他的學(xué)生約翰·波羅金侯恩曾回憶道:“有次他被問(wèn)到對(duì)于物理的核心信念,他走向黑板并寫下‘自然的法則應(yīng)該用優(yōu)美的方程去描述’”。1955年狄拉克在莫斯科大學(xué)物理系演講時(shí)被問(wèn)及他個(gè)人的物理哲學(xué),他這么回答:“一個(gè)物理定律必須具有數(shù)學(xué)之美?!保依藢懮线@句話的黑板至今仍被保存著。第四十一頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日
恩里科·費(fèi)米美籍意大利裔物理學(xué)家,1938年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。他被稱為現(xiàn)代物理學(xué)的最后一位通才,對(duì)理論物理學(xué)和實(shí)驗(yàn)物理學(xué)均做出了重大貢獻(xiàn)。他是量子力學(xué)和量子場(chǎng)論的創(chuàng)立者之一。他首創(chuàng)了弱相互作用(β衰變)的費(fèi)米理論,負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)建造了世界首座自持續(xù)鏈?zhǔn)搅炎兒朔磻?yīng)堆。他還是曼哈頓計(jì)劃的主要領(lǐng)導(dǎo)者。以他的名字命名的有費(fèi)米黃金定則、費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)、費(fèi)米子、費(fèi)米面、費(fèi)米液體及費(fèi)米常數(shù)等等
由于在人工放射性和慢中子方面的工作,費(fèi)米被授予了1938年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他還是一位杰出的老師。他的學(xué)生中有六位獲得過(guò)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。為紀(jì)念這位物理學(xué)家,費(fèi)米國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和芝加哥大學(xué)的費(fèi)米研究所都以他的名字命名。2008年6月11日發(fā)射的大面積伽瑪射線空間望遠(yuǎn)鏡于同年8月26日改名為費(fèi)米伽瑪射線空間望遠(yuǎn)鏡做為他身為高能物理先驅(qū)的紀(jì)念。第四十二頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日微擾理論的產(chǎn)生
埃爾溫·薛定諤在創(chuàng)立了奠定基石的量子波力學(xué)理論后,經(jīng)過(guò)短短一段時(shí)間,于1926年,他又在另一篇論文里,發(fā)表了微擾理論。在這篇論文里,薛定諤提到約翰·斯特拉特,第三代瑞利男爵先前的研究。瑞利勛爵曾經(jīng)在弦的諧振動(dòng)的微擾研究,得到突破性的結(jié)果?,F(xiàn)今,微擾理論時(shí)常又被稱為瑞利-薛定諤微擾理論。E.Schr?dinger,AnnalenderPhysik,VierteFolge,Band80,p.437(1926)
第四十三頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日約翰·斯特拉特,第三代瑞利男爵,1842年11月12日-1919年6月30日),英國(guó)物理學(xué)家。他與威廉·拉姆齊合作發(fā)現(xiàn)氬元素,并因此獲得1904年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他還發(fā)現(xiàn)了瑞利散射,預(yù)測(cè)了面波的存在。瑞利于1883年最早描述了海鳥的動(dòng)力翱翔發(fā)表于英國(guó)的《自然》雜志。1896年,瑞利提出“雙耳效應(yīng)”理論,解釋了人為什么能夠分辨聲音的方向。他還參與《大英百科全書》的編寫。他是在19世紀(jì)末年達(dá)到經(jīng)典物理學(xué)顛峰的少數(shù)學(xué)者之一,以瑞利散射、瑞利判據(jù)、氣體密度測(cè)量聞名。1904年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。研究為量子論的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。第四十四頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日約翰內(nèi)斯·斯塔克,德國(guó)物理學(xué)家,種族歧視者,1919年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。
原子發(fā)出的譜線在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生分裂的一種現(xiàn)象,1913年為德國(guó)物理學(xué)家斯塔克所發(fā)現(xiàn)。
斯塔克以精湛的研究成果在原子物理學(xué)領(lǐng)域里獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷數(shù)年。在研究陽(yáng)射線過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一種重要規(guī)律,并發(fā)現(xiàn)了“斯塔克效應(yīng)”、“斯塔克-愛(ài)因斯坦方程”、“斯塔克數(shù)”等等。因發(fā)現(xiàn)極隧射線的多普勒效應(yīng)及電場(chǎng)中的分裂而獲1919年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
斯塔克是一位種族主義者。希特勒上臺(tái)后加入納粹黨籍,被希特勒任命為德國(guó)物理技術(shù)研究所所長(zhǎng),成為萊納德的同盟者,曾多次在公開(kāi)場(chǎng)合批判和攻擊海森堡。後因?qū)掖胃缮婕{粹上層官員的事物,被開(kāi)除納粹黨籍。1947年被盟國(guó)軍事法庭宣判服苦役4年。第四十五頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日含時(shí)微擾理論
在量子力學(xué)里,含時(shí)微擾理論研究一個(gè)量子系統(tǒng)的含時(shí)微擾所產(chǎn)生的效應(yīng)。這理論由狄拉克首先發(fā)展成功。由于系統(tǒng)的含微擾哈密頓量含時(shí)間,伴隨的能級(jí)與本征態(tài)也含時(shí)間。所以,不同于不含時(shí)微擾理論,含時(shí)微擾理論解析問(wèn)題的目標(biāo)為:(1)給予初始量子態(tài),求算某個(gè)可觀測(cè)量的含時(shí)間期望值。(2)一個(gè)量子系統(tǒng)的含時(shí)間量子態(tài),仍舊是這系統(tǒng)的不含時(shí)零微擾哈密頓量的本征態(tài)的線性組合。求算這系統(tǒng)的量子態(tài)處于某個(gè)本征態(tài)的概率幅。第一個(gè)結(jié)果的重要性是,它可以預(yù)測(cè)由實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的答案。例如,思考一個(gè)氫原子的電子,其所在位置的x-坐標(biāo)的期望值,當(dāng)乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)后,給出這電子的含時(shí)間偏振。將一個(gè)恰當(dāng)?shù)奈_(例如,一個(gè)震蕩的電位)作用于氫氣,應(yīng)用含時(shí)微擾理論,我們可以計(jì)算出交流電的電容率。第二個(gè)結(jié)果著眼于量子態(tài)處于每一個(gè)本征態(tài)的概率。這概率與時(shí)間有關(guān)。在激光物理學(xué)里,假若我們知道這概率,我們就可以計(jì)算一個(gè)氣體,因?yàn)楹瑫r(shí)間電場(chǎng)的作用,處于某個(gè)量子態(tài)的概率密度函數(shù)。這概率也可以用來(lái)計(jì)算譜線的量子增寬(quantumbroadening)。第四十六頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日理查德·費(fèi)曼(RichardPhillipsFeynman,1918年5月11日-1988年2月15日),美國(guó)物理學(xué)家。1965年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主。提出了費(fèi)曼圖、費(fèi)曼規(guī)則和重整化的計(jì)算方法,這些是研究量子電動(dòng)力學(xué)和粒子物理學(xué)的重要工具。費(fèi)曼圖是美國(guó)物理學(xué)家費(fèi)曼處理量子場(chǎng)論時(shí)提出的一種形象化的方法,描述粒子之間的相互作用、直觀地表示粒子散射、反應(yīng)和轉(zhuǎn)化等過(guò)程。使用費(fèi)恩曼圖可以方便地計(jì)算出一個(gè)反應(yīng)過(guò)程的躍遷概率。1943年進(jìn)入洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,參與曼哈頓計(jì)劃。同年開(kāi)始在康奈爾大學(xué)任教,1951年轉(zhuǎn)入加州理工學(xué)院。在加州理工學(xué)院期間,加州理工學(xué)院因其幽默生動(dòng)、不拘一格的講課風(fēng)格深受學(xué)生歡迎。1965年,費(fèi)曼因在量子電動(dòng)力學(xué)方面的貢獻(xiàn)與施溫格與朝永振一郎共同獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。
1986年,費(fèi)曼受委托調(diào)查挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)失事事件。費(fèi)曼先生是美國(guó)家喻戶曉的人物,更是二十世紀(jì)最杰出、也最具影響力的科學(xué)家之一。第四十七頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日
斯特恩-革拉赫實(shí)驗(yàn)的意義施特恩-格拉赫實(shí)驗(yàn)是德國(guó)物理學(xué)家?jiàn)W托·施特恩和沃爾特·格拉赫為證實(shí)原子角動(dòng)量量子化于1921年到1922年期間完成的一個(gè)著名實(shí)驗(yàn),它是歷史上第一次直接觀察到原子磁矩取矢量子化的實(shí)驗(yàn)。奧托·施特恩德國(guó)-美國(guó)核物理學(xué)家、實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家。他發(fā)展了核物理研究中的分子束方法并發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子磁矩,獲得了1943年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1922年他同瓦爾特·蓋拉赫合作,做了磁場(chǎng)對(duì)磁矩的作用力使原子發(fā)生偏轉(zhuǎn)的斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn),而后又測(cè)量了包括質(zhì)子在內(nèi)的亞原子粒子的磁矩。1929年的氫、氦射線衍射實(shí)驗(yàn)是對(duì)原子和分子的波性質(zhì)的精彩演示。斯特恩榮獲了1943年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),他是當(dāng)年唯一的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主,他的獲獎(jiǎng)理由是:“對(duì)分子束方法的發(fā)展以及對(duì)質(zhì)子磁矩的發(fā)現(xiàn)”。獲獎(jiǎng)理由中沒(méi)有提及斯特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn),因?yàn)楫?dāng)時(shí)蓋拉赫已經(jīng)是納粹科學(xué)家了。第四十八頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日威利斯·蘭姆(WillisLamb,Junior,1913年7月12日-2008年5月15日),美國(guó)物理學(xué)家,生于洛杉磯,1955年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在洛杉磯就讀中學(xué)。1934年自加州大學(xué)柏克萊分校畢業(yè)。受歐本海默指導(dǎo),于1938年取得博士學(xué)位。曾在牛津、耶魯、哥倫比亞、史丹福與亞利桑那等大學(xué)任教。1963年獲選為美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院院士。
蘭姆(WillisEugeneLamb,1913-)因發(fā)現(xiàn)氫光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu),庫(kù)什(PolykarpKusch,1911-1993)因精密測(cè)定電子磁矩,共同分享了1955年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
第四十九頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日
烏倫貝克出生在荷蘭的殖民地。他是在本國(guó)受的教育,1927年獲萊頓大學(xué)博士學(xué)位,隨后移居美國(guó)至今。他先在密執(zhí)安大學(xué)工作數(shù)年,第二次世界大戰(zhàn)期間,在馬薩諸塞理工學(xué)院從事雷達(dá)的研究工作。1961年以來(lái),他一直在紐約市的洛克菲勒學(xué)院。當(dāng)他還在萊頓大學(xué)讀書的時(shí)候,就作出了生平最重要的貢獻(xiàn)。時(shí)值泡利論證了必須有四個(gè)量子數(shù)才能完備地描述原子中的電子后不久,烏倫貝克和他的同事古德斯密特也論證說(shuō)這第四個(gè)量子數(shù)可方便地理解為粒子的自旋,并進(jìn)一步指出電子自旋單位是其它量子單位的一半。最后,人們發(fā)現(xiàn),幾乎所有的其它粒子也都具有相似的自旋單位(等于1/2或它的某個(gè)整倍數(shù))。
古德斯密特荷蘭-美國(guó)物理學(xué)家。1902年7月11日生于荷蘭的海牙;1978年12月4日卒于內(nèi)華達(dá)。古德斯密特的專業(yè)生涯是與烏倫貝克緊密相連的。二人一起在萊頓大學(xué)求學(xué),并在1927年獲得博士學(xué)位。他們又一起搞研究,論證了泡利的第四量子數(shù)可以解釋為粒子的自旋。和烏倫貝克一樣,他也在1927年來(lái)到美國(guó),并在密執(zhí)安大學(xué)工作。第二次世界大戰(zhàn)期間,他在馬薩諸塞理工學(xué)院工作。1944年,他作為被美國(guó)政府派往歐洲的科學(xué)家之一,在被西方盟國(guó)逐漸收復(fù)的區(qū)域內(nèi)探尋德國(guó)在制造原子彈研究工作中可能取得的任何進(jìn)展。1948年,古德斯密特成為國(guó)立布魯克黑文實(shí)驗(yàn)室的物理研究人員。第五十頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日沃爾夫?qū)づ堇麏W地利理論物理學(xué)家,是量子力學(xué)研究先驅(qū)者之一。1945年,他因發(fā)現(xiàn)泡利不相容原理而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),這一原理涉及到自旋的理論,這是理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)乃至化學(xué)的基礎(chǔ)。1926年海森堡發(fā)表了量子力學(xué)的矩陣?yán)碚摵蟛痪门堇褪褂眠@個(gè)理論推導(dǎo)出了氫原子的光譜。這個(gè)結(jié)果對(duì)于驗(yàn)證海森堡理論的可信度非常重要。1927年他引入了2×2泡利矩陣作為自旋操作符號(hào)的基礎(chǔ),由此解決了非相對(duì)論自旋的理論。泡利的結(jié)果引發(fā)了保羅·狄拉克發(fā)現(xiàn)描述相對(duì)論電子的狄拉克方程式。雖然狄拉克說(shuō),他發(fā)明了這些相同的矩陣自己獨(dú)立的時(shí)候,沒(méi)有受泡利的影響。1924年泡利提出了一個(gè)新的量子自由度(或量子數(shù)),有兩個(gè)可能的值,以解釋觀測(cè)到的分子光譜和發(fā)展中的量子力學(xué)之間的矛盾。他還提出了泡利不相容原理,這可能是他最重要的成果了。這個(gè)原理指出任何兩個(gè)電子無(wú)法同時(shí)存在于同一個(gè)量子狀態(tài)。確立了四個(gè)量子數(shù)包含新的二值自由度。這個(gè)想法源自于自旋和拉爾夫·克羅尼格。一年后喬治·尤金·烏倫貝克和塞繆爾·高德斯密特證實(shí)電子自旋就是泡利所提出的新的自由度。第五十一頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日塞曼效應(yīng)在原子物理學(xué)和化學(xué)中的光譜分析里是指原子的光譜線在外磁場(chǎng)中出現(xiàn)分裂的現(xiàn)象,是1896年由荷蘭物理學(xué)家彼得·塞曼發(fā)現(xiàn)的,隨后荷蘭物理學(xué)家亨德里克·洛倫茲在理論上解釋了譜線分裂成3條的原因。這種現(xiàn)象稱為“塞曼效應(yīng)”。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),很多原子的光譜在磁場(chǎng)中的分裂情況非常復(fù)雜,稱為反常塞曼效應(yīng)(anomalousZeemaneffect)。完整解釋塞曼效應(yīng)需要用到量子力學(xué),電子的軌道磁矩和自旋磁矩耦合成總磁矩,并且空間取向是量子化的,磁場(chǎng)作用下的附加能量不同,引起能級(jí)分裂。在外磁場(chǎng)中,總自旋為零的原子表現(xiàn)出正常塞曼效應(yīng),總自旋不為零的原子表現(xiàn)出反常塞曼效應(yīng)。塞曼效應(yīng)是繼1845年法拉第效應(yīng)和1875年克爾效應(yīng)之后發(fā)現(xiàn)的第三個(gè)磁場(chǎng)對(duì)光有影響的實(shí)例。塞曼效應(yīng)證實(shí)了原子磁矩的空間量子化,為研究原子結(jié)構(gòu)提供了重要途徑,被認(rèn)為是19世紀(jì)末20世紀(jì)初物理學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)之一。利用塞曼效應(yīng)可以測(cè)量電子的荷質(zhì)比。在天體物理中,塞曼效應(yīng)可以用來(lái)測(cè)量天體的磁場(chǎng)。塞曼效應(yīng)也在核磁共振頻譜學(xué)、電子自旋共振頻譜學(xué)、磁振造影以及穆斯堡爾譜學(xué)方面有重要的應(yīng)用。第五十二頁(yè),共五十七頁(yè),2022年,8月28日
荷蘭物理學(xué)家,1885年進(jìn)入萊頓大學(xué)在亨德里克·洛倫茲和??恕た┝帧ぐ簝?nèi)斯的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)物理,1893年取得博士學(xué)位。1896年塞曼發(fā)現(xiàn)了原子光譜在磁場(chǎng)中的分裂現(xiàn)象,被命名為塞曼效應(yīng)。隨后,洛倫茲在理論上對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。二人因此被授予1902年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。荷蘭物理學(xué)家,他以與彼得·塞曼發(fā)現(xiàn)與解釋的“塞曼效應(yīng)理論”獲得諾貝爾物理獎(jiǎng),他也推知變換(質(zhì)量與速度)方程,后來(lái)被用在愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論中,來(lái)描述空間與時(shí)間。1928年2月4日,洛倫茲在哈勒姆逝世。在葬禮當(dāng)天,荷蘭全國(guó)電訊、電話中止3分鐘,以哀悼位享有盛譽(yù)的科學(xué)家。愛(ài)因斯坦在悼詞中稱洛倫茲是“我們時(shí)代最偉大、最高尚的人?!睘榧o(jì)念洛倫茲的貢獻(xiàn),荷蘭政府決定從1945年起把每年他的生日那天
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