友情提示:如果本网页打开太慢或显示不完整,请尝试鼠标右键“刷新”本网页!阅读过程发现任何错误请告诉我们,谢谢!! 报告错误
八八书城 返回本书目录 我的书架 我的书签 TXT全本下载 进入书吧 加入书签

上帝掷骰子吗--量子物理史话 作者:castor_v_pollux-第章

按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页,按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页,按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部!
————未阅读完?加入书签已便下次继续阅读!




子场论(quantum field theory)。这个过程是一个同样令人激动的宏伟故事,如果铺展开

来叙述,势必又是一篇规模庞大的史话,因此我们只是在这里极简单地作一些描述。这一

工作由狄拉克开始,经由约尔当、海森堡、泡利和维格纳的发展,很快人们就认识到:原

来所有粒子都是弥漫在空间中的某种场,这些场有着不同的能量形态,而当能量最低时,

这就是我们通常说的“真空”。因此真空其实只不过是粒子的一种不同形态(基态)而已,

任何粒子都可以从中被创造出来,也可以互相湮灭。狄拉克的方程预言了所谓的“反物质

”的存在,任何受过足够科普熏陶的读者对此都应该耳熟能详:比如一个正常的氢原子由

带正电的质子和带负电的电子组成,但在一个“反氢原子”中,质子却带着负电,而电子

带着正电!当一个原子和一个“反原子”相遇,它们就轰隆一声放出大量的能量辐射,然

后双方同时消失得无影无踪,其关系就符合20世纪最有名的那个物理方程:E=mc^2! 

  最早的“反电子”由加州理工的安德森(Carl Anderson)于1932年在研究宇宙射线的

时候发现。它的意义是如此重要,以致于仅仅过了4年,诺贝尔奖评委会就罕见地授予他

这一科学界的最高荣誉。 

  但是,虽然关于辐射场的量子化理论在某些问题上是成功的,但麻烦很快就到来了。

1947年,在《物理评论》上刊登了有关兰姆移位和电子磁矩的实验结果,这和现有的理论

发生了微小的偏差,于是人们决定利用微扰办法来重新计算准确的值。但是,算来算去,

人们惊奇地发现,当他们想尽可能地追求准确,而加入所有的微扰项之后,最后的结果却

适得其反,它总是发散为无穷大! 

  这可真是让人沮丧的结果,理论算出了无穷大,总归是一件荒谬的事情。为了消除这

个无穷大,无数的物理学家们进行了艰苦卓绝,不屈不挠的斗争。这个阴影是如此难以驱

散,如附骨之蛆一般地叫人头痛,以至于在一段时间里把物理学变成了一个让人无比厌憎

的学科。最后的解决方案是日本物理学家朝永振一郎、美国人施温格(Julian S 

Schwiger)和戴森(Freeman Dyson),还有那位传奇的费因曼所分别独立完成的,被称为“

重正化”(renormalization)方法,具体的技术细节我们就不用理会了。虽然认为重正化

牵强而不令人信服的科学家大有人在,但是采用这种手段把无穷大从理论中赶走之后,剩

下的结果其准确程度令人吃惊得瞠目结舌:处理电子的量子电动力学(QED)在经过重正化

的修正之后,在电子磁距的计算中竟然一直与实验值符合到小数点之后第11位!亘古以来

都没有哪个理论能够做到这样教人咋舌的事情。 

  实际上,量子电动力学常常被称作人类有史以来“最为精确的物理理论”,如果不是

实验值经过反复测算,这样高精度的数据实在是让人怀疑是不是存心伪造的。但巨大的胜

利使得一切怀疑都最终迎刃而解,QED也最终作为量子场论一个最为悠久和成功的分支而

为人们熟知。虽然最近彭罗斯声称说,由于对赫尔斯…泰勒脉冲星系统的观测已经积累起

了如此确凿的关于引力波存在的证明,这实际上使得广义相对论的精确度已经和实验吻合

到10的负14次方,因此超越了QED(赫尔斯和泰勒获得了1993年诺贝尔物理奖)。但无论如

何,量子场论的成功是无人可以否认的。朝永振一郎,施温格和费因曼也分享了1965年的

诺贝尔物理奖。 

  抛开量子场论的胜利不谈,量子论在物理界的几乎每一个角落都激起激动人心的浪花

,引发一连串美丽的涟漪。它深入固体物理之中,使我们对于固体机械和热性质的认识产

生了翻天覆地的变化,更打开了通向凝聚态物理这一崭新世界的大门。在它的指引下,我

们才真正认识了电流的传导,使得对于半导体的研究成为可能,而最终带领我们走向微电

子学的建立。它驾临分子物理领域,成功地解释了化学键和轨道杂化,从而开创了量子化

学学科。如今我们关于化学的几乎一切知识,都建立在这个基础之上。而材料科学在插上

了量子论的双翼之后,才真正展翅飞翔起来,开始深刻地影响社会的方方面面。在量子论

的指引之下,我们认识了超导和超流,我们掌握了激光技术,我们造出了晶体管和集成电

路,为一整个新时代的来临真正做好了准备。量子论让我们得以一探原子内部那最为精细

的奥秘,我们不但更加深刻地理解了电子和原子核之间的作用和关系,还进一步拆开原子

核,领略到了大自然那更为令人惊叹的神奇。在浩瀚的星空之中,我们必须借助量子论才

能把握恒星的命运会何去何从:当它们的燃料耗尽之后,它们会不可避免地向内坍缩,这

时支撑起它们最后骨架的就是源自泡利不相容原理的一种简并压力。当电子简并压力足够

抵挡坍缩时,恒星就演化为白矮星。要是电子被征服,而要靠中子出来抵抗时,恒星就变

为中子星。最后,如果一切防线都被突破,那么它就不可避免地坍缩成一个黑洞。但即使

黑洞也不是完全“黑”的,如果充分考虑量子不确定因素的影响,黑洞其实也会产生辐射

而逐渐消失,这就是以其鼎鼎大名的发现者史蒂芬?霍金而命名的“霍金蒸发”过程。 

  当物质落入黑洞的时候,它所包含的信息被完全吞噬了。因为按照定义,没什么能再

从黑洞中逃出来,所以这些信息其实是永久地丧失了。这样一来,我们的决定论再一次遭

到毁灭性的打击:现在,即使是预测概率的薛定谔波函数本身,我们都无法确定地预测!

因为宇宙波函数需要掌握所有物质的信息,而这些信息却不断地被黑洞所吞没。霍金对此

说了一句同样有名的话:“上帝不但掷骰子,他还把骰子掷到我们看不见的地方去!”这

个看不见的地方就是黑洞奇点。不过由于蒸发过程的发现,黑洞是否在蒸发后又把这些信

息重新“吐”出来呢?在这点上人们依旧争论不休,它关系到我们的宇宙和骰子之间那深

刻的内在关系。 

  最后,很有可能,我们对于宇宙终极命运的理解也离不开量子论。大爆炸的最初发生

了什么?是否存在奇点?在奇点处物理定律是否失效?因为在宇宙极早期,引力场是如此

之强,以致量子效应不能忽略,我们必须采取有效的量子引力方法来处理。在采用了费因

曼的路径积分手段之后,哈特尔(就是提出DH的那个)和霍金提出了著名的“无边界假设”

:宇宙的起点并没有一个明确的边界,时间并不是一条从一点开始的射线,相反,它是复

数的!时间就像我们地球的表面,并没有一个地方可以称之为“起点”。为了更好地理解

这些问题,我们迫切地需要全新的量子宇宙学,需要量子论和相对论进一步强强联手,在

史话的后面我们还会讲到这个事情。 

  量子论的出现彻底改变了世界的面貌,它比史上任何一种理论都引发了更多的技术革

命。核能、计算机技术、新材料、能源技术、信息技术……这些都在根本上和量子论密切

相关。牵强一点说,如果没有足够的关于弱相互作用力和晶体衍射的知识,DNA的双螺旋

结构也就不会被发现,分子生物学也就无法建立,也就没有如今这般火热的生物技术革命

。再牵强一点说,没有量子力学,也就没有欧洲粒子物理中心(CERN),而没有CERN,也就

没有互联网的www服务,更没有划时代的网络革命,各位也就很可能看不到我们的史话,

呵呵。 

  如果要评选20世纪最为深刻地影响了人类社会的事件,那么可以毫不夸张地说,这既

不是两次世界大战,也不是共产主义运动的兴衰,也不是联合国的成立,或者女权运动,

殖民主义的没落,人类探索太空……等等。它应该被授予量子力学及其相关理论的创立和

发展。量子论深入我们生活的每一个角落,它的影响无处不在,触手可得。许多人喜欢比

较20世纪齐名的两大物理发现相对论和量子论究竟谁更“伟大”,从一个普遍的意义上来

返回目录 上一页 下一页 回到顶部 0 0
未阅读完?加入书签已便下次继续阅读!
温馨提示: 温看小说的同时发表评论,说出自己的看法和其它小伙伴们分享也不错哦!发表书评还可以获得积分和经验奖励,认真写原创书评 被采纳为精评可以获得大量金币、积分和经验奖励哦!