《上帝擲骰子嗎》總結

總結

簡單說,書是圍繞“光是波還是粒子”之爭展開的物理學科普。

光,是我們每個人見得最多的東西,自古就被認爲是宇宙最原始的事物之一。神話往往都是從“光”展開的,比如一道光劈開了混沌、神創造了光等,光永遠代表着希望。
那麼這個光究竟是“粒子”還是“波”呢?

波粒大戰的三個節點

我們來說一下幾個比較有代表性的波粒大戰節點。

  1. 光的色散
    我們先來說下“經典物理學大夏”的奠基人牛頓的看法:粒子。
    順便提一句,在牛頓的體系裏時空是絕對的,時間和空間是獨立的概念。
    他做了一個很有名的實驗:光的色散,簡單說就是把光折射出彩虹。
    我們知道顏色是與光的頻率(波長)有關,而頻率反映了光的波動特徵。這有點顛覆牛頓的認知,他不願意相信,於是從“粒子”的角度解釋這個現象,並提出了用“波”解釋不通的問題,比如:如果光和聲音都是波,爲什麼光無法像聲音那樣繞開障礙物前進?

  2. 光的干涉
    托馬斯·楊進行了著名的楊氏雙縫實驗:讓一束光經過相距很近的兩條狹縫後,投射到縫後的屏幕上,會發生衍射——光繞過障礙物彎散傳播的現象,在屏幕上看到的並不是一條豎着的亮紋,而是一條橫着的光帶。
    實驗證明光以波動形式存在,而不是牛頓所想象的光粒子。

  3. 光電效應
    愛因斯坦提出了光電效應:當用光去照射金屬板時,一定條件下就會有電子飛出來。並且電子飛出來只跟光的頻率有關,跟光的強度沒有關係。
    實驗充分說明了光是“粒子”。
    解釋一下,把電子當成小球,如果光是波,它就是連續地給小球傳遞能量,原則上說能量足夠多,小球就會飛出來。但是實驗說明了小球飛出來 和強度(多少)沒關係,跟頻率(力量)有關係,也就是當你用足夠的有力的光子才能把小球砸出來。

這下好了,光既是“波”又是“粒子”,給科學家們整不會了。

物理學的“兩朵烏雲”

物理學發展到19世紀末期,可以說是達到相當完美、相當成熟的程度。大到恆星,小到電子,幾乎一切物理現象都能得到滿意的回答,除了這兩朵“烏雲”,

  1. 邁克爾遜-莫雷實驗
    光波爲什麼能在真空中傳播?它的傳播介質是什麼?物理學家給光找了個傳播介質——“以太”。這個實驗檢測顯示,不論地球運動的方向同光的射向一致或相反,測出的光速都相同,以太學說破滅。
  2. 黑體輻射實驗和理論不一致
    黑體輻射實驗,發現黑體輻射的能量不是連續的,它按波長的分佈僅與黑體的溫度有關。

第一朵烏雲,最終導致了相對論革命的爆發。“光速不變”就是相對論的根基,相對論的出現也推翻了牛頓的絕對時空觀。

第二朵烏雲,最終導致了量子論革命的爆發。量子論的深入研究,徹底讓微觀世界走向了“玄學”。舉個例子,“量子糾纏”和“雙縫干涉”表示:一個粒子的狀態具有“不確定性的”,我們是否用儀器去觀測影響粒子的最終的呈現狀態。

四種基本力的大統一

我們知道,現在有四種基本力:萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力。
現在“楊-米爾斯理論”是粒子物理標準模型,已經統一了除了“萬有引力”之外的三種力。
科學家們一直在努力尋找一種統一的理論來解釋所有相互作用,目前看來“弦理論”是最有潛力的。

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