从经典的光明盲者海伦、名言颂唱官鲁迅、绝代史神司马迁、双轮风火史铁生、放射教母居里,到今天的粮仓主宰袁隆平、潜水雄魂黄旭华、不屈傲骨任正非、文创之星单霁翔、炼金圣手屠呦呦……
一代代风流大神称霸高考作文战场之时,诸位物理学家却几乎全部挂机,只有霍大师、爱同志偶尔冒个泡勉强保证存在感。
究其原因,无非是不学物理的弟兄们,压根不知道这群逼到底干了点啥……凭着黑洞、相对论这些小学时期就能掌握的词汇,拿上高考作文凑数,确实有失体面,情有可原……
……个屁啊!摒弃学科歧视,应从你我做起。为了让物理界的科(pí)学(pí)家(xiā)们平等地登上高考作文的舞台,请允许溴某人今天为您科普玄似算卦的顶级科学领域:量子学,以及这背后的神仙们:
今天的目标很明确:得让您知道什么叫量子。
故事要从19世纪末说起。当时是伽总、牛总经典力学平天下,扫六合,物理学界一片太平盛世。不少科学家都得瑟得一批,仿佛搞懂世界只是时间问题。
不过,天下大事合久必分。1900年的英国皇家学会的新年庆祝会上,站出了这么一位圣女贞德级的flag bearer:著名物理学家,“开尔文勋爵”威廉•汤姆孙。
这位皇家旗帜手,凭一嘴精湛的立flag技巧,准确预言了接下来至少两个世纪物理的发展方向。他是这么说的:
“科学的大厦已经基本建成,未来的科学家只是做一些修改就行了。”
这是flag的主体,另外他承认:“明朗的天空中,还有两朵小小的、令人不安的乌云。”
这就非常厉害了!他口中的这两朵“小小的乌云”,一朵与黑体辐射有关,引出了现在的量子学;另一朵是关于光速相对性的争议,是相对论体系提出的契机。
那么请允许溴某人跳过您极有可能听不懂的废话,为您献上不太噎得慌的干货:量子学史(白话通俗彩插就差注音版)。
请让我们从“黑体辐射”这个高大上的词汇开始,了解一下“黑体”的概念,以便装逼。
正所谓“白热化”— 我们都知道高温的物体,以电磁波的形式释放能量(不知道的,请假装知道一下)。生活经验告诉我们,灼烧铁丝时,白热的铁丝比红热的温度更高(没有生活经验的同学可以亲手试一试,看看哪一个烫得更疼)。科学家们自然不会放过这种现象。自19世纪了解了电磁波的本质,他们就一直在研究热辐射的问题。
但是首先,研究的对象总需要相对理想。想要调查物体本身的热与发光的关系,就不能让这个物体反射其他光线。不要幻想用墨水涂黑什么的就可以轻松解决问题,颜料的吸光度远远满足不了研究的需要(正所谓黑得泛光)。科(pí)学(pí) 家(xiā)们往往有更加巧妙的思路。“黑体”就是物理学家的浪漫:说白了就是一个究极黑的物体,黑洞洞的,拿手电照都贼黑内种。
听起来很难实现?其实您老家煤炉子上的小眼就是一个近似黑体:除非里面的煤被烧热了,不然的话这个小洞里面看起来总是黢黑(原理如下图)。
那么现在,恭喜您已经了解了黑体的几乎全部含义。想必大家一定颇有感触:深井冰科学家们起的不少高深名字,技术含量不超过你家煤炉子。
既然找到了理想的研究对象,科学家们兴高采烈地开始研究起了黑体热辐射。经过长时间严谨的研究与数学建模,物理学家们得出了重要的结论:我们搞不懂!
提出这个重要结论的大人物,包括德国的维恩,英国的瑞利和金斯。
这几位大老师提出的数学模型,分别巧妙地符合了热辐射的短波段规律和长波段规律,只可惜两个答案不能搓在一起。就好像这个多选题选B C,维恩公式算出来是A B,而瑞利-金斯公式算出来C D。尤其是瑞利-金斯公式,其推导结论竟然是:黑体在紫外波段放出的能量无限大。
可惜黑体没有秽土转生,没有无限查克拉。瑞恩-金斯公式显然是错的。这个严密的扯淡谬论,就是flager汤姆孙同志口中的“一朵小乌云”,史称“紫外灾难”(喜欢这个名词的同学可以拿去装逼)。
接下来,请我们热烈欢迎新科学的曙光:普朗克同志登场!这位优秀的同志思想颇为先进:既然我们已经走上了扯淡的不归路,何不在扯淡的路上彻底放飞自我呢?
带着这苏东坡般的豁达乐观思想,在与保守的自我做了一番激列的思想斗争后,普朗克同志发表了绝世仅有的究极扯淡理论:也许能量不能无限拆分。放出能量这个事儿,得按份算,不散装……
(选读部分)1901年普朗克提出了能量量子化假设:辐射中心是带电的线性谐振子,它能够同周围的电磁场交换能量,谐振子的能量不连续,是一个量子能量的整数倍。这个假设基于他在1900年提出的纯粹经验公式,该公式只是为了符合实验结果而提出的。
这是相当有挑战性的创举:在没有原理的情况下选择相信实验经验,并以此推至一个理论。虽然经典力学的研究方法与此不冲突,但提出这样的违背经典力学经验的理论,无疑需要信心与勇气。
这意味着什么?意味着一个从我们小学起就困扰我们的问题被解决了:0.00……01与0无异。在自然界中,没有无限小的数。当一个量小到不足“一份”时,这个量就失去了意义,不复存在。
这简直是对物理学界智商的侮辱,仿佛你拿着题问你同桌:“1+1怎么会等于零?!”“你把减号看成加号了,憨批…”
庄子同志的理论也该改一改了:“一尺之捶,日取其半,早晚掰完。”
但确实是这样:从没有人公开质疑过经典物理中“能量无限可分”的潜规则。至于“能量分份”这个理论到底是真是假?没人敢说。不过拿这个听起来究极扯淡的理论去算黑体辐射问题,真的很香!
结果很明确:18年后,乃至今天,物理学界基本全体王境泽化,捧着普朗克的理论大快朵颐。
至于普大叔说的这个不可拆分的能量“最小包装”,被称为“能量子”,简称“量子”。一量子除以电磁波的频率,就是普朗克常量。
恭喜各位弟兄完成了今天的学习!你们得到了一个可用于“出框思维”“坚定自我”等主旨作文的典型高端事例。不过这只是量子物理的风云初记。量子理论将给经典物理带来怎样的冲击,如果世界不是无限可分的,又会产生怎样的奇葩结论……
下次,我们该讲到老熟人—爱因斯坦同志在量子学史的光辉成就,敬请关注溴某人!
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