第533章 概率波!量子力學最神秘概念!終現!驚世駭俗!全場轟動!
在眾人的駭然目光注視下,李奇維心如止水,泰然自若。
從今天開始,量子力學將真正挑戰人類的認知極限。
你若是信,那你就能理解量子力學。
你若是不信,你就永遠不能理解量子力學。
一切的一切,都要從第三種波開始。
銳利的眼神掃過在場眾人後,李奇維開口了。
「一個月前,玻恩教授曾經發表過一篇論文,不知道在座諸位有誰看過。」
「那篇論文的題目是《散射過程的量子力學》。」
「它是基於海森堡的矩陣力學,通過研究粒子在散射過程中的行為,來研究粒子的間斷性質。」
「其中有一個現象非常有意思。」
「論文中,玻恩記錄下散射後的粒子在某一個方向出現的概率。」
「我猜想,他這是仿照矩陣力學對於光譜強度的研究思路。」
玻恩聞言,神色一動。
這篇論文是他在研究矩陣力學時,附帶寫的文章。
論文甚至沒有發表在《自然》上,而是發表在了德國本土的物理期刊上。
他沒想到竟然會被布魯斯教授關注到。
一時間,玻恩有點受寵若驚。
隻是他有點疑惑。
「這篇論文有什麼特殊性嗎?」
除了玻恩本人,在場的隻有海森堡看過那篇論文。
不過,他同樣也是一頭霧水,不知道布魯斯教授有何深意。
他朝著玻恩看了一眼,後者輕輕點點頭,然後又搖搖頭。
二人都不明白。
至於其他人,都沒有看過這篇論文,紛紛搖頭。
因為很明顯,這是一篇和矩陣力學相關的論文。
在波動力學大行其道的情況下,關注它的人肯定較少。
這時,海森堡說道:
「教授,我看過那篇論文。」
「但是它和您說的第三種波有什麼關係呢?」
李奇維微微一笑,繼續說道:
「當然有關係。」
「玻恩自己都沒有發現,他這篇論文蘊含著多麼震驚的發現。」
說罷,李奇維打開了玻恩的論文。
「各位請看。」
「在散射實驗中,玻恩隻把粒子的各個方向的概率列成向量。」
「他想通過矩陣來研究這個概念。」
「但是。」
「如果我這時把波動力學的概念引入進來。」
忽然,李奇維提高聲音,仿佛有一道熟悉的影子附體。
眾人立刻感受到一種來自神秘東方教師的恐怖威壓。
「注意看,我要變形了!」
「我把粒子散射方向的概率,和波動方程中的波函數ψ聯繫在一起。」
「就會得到這樣一個結果:粒子在某個方向出現的概率,和波函數ψ的平方成正比!」
「這意味著,波函數ψ描述的電子波,並不是像水波那樣的機械波。」
「ψ描述的是電子在空間中分布的概率波!」
「所以我認為,薛丁格所說的隻有波的觀點是錯誤的。」
「電子具有波粒二象性,但其中的波動性,不是已知的機械波或者電磁波。」
「而是一種全新的波,第三種波,【概率波】!」
「波函數的模的平方|ψ|代表了電子在某個時刻,空間某個位置出現的概率!」
「即:電子在各個地方出現的概率,像一個波!」
轟!
話音剛落,全場駭然!
所有人瞪大了雙眼,仿佛看到了生平最不可思議的事情。
「概率是個波?」
「老天啊!這怎麼可能呢?」
玻恩的一雙眼睛幾乎要噴出火焰。
那是智慧之火!
他沒想到自己的論文竟然能得出如此驚世駭俗的觀點。
這太可怕了!
德布羅意心神震盪!
剛剛布魯斯教授才證明波動力學和矩陣力學等價。
結果反手就拋棄了薛丁格的波動說。
布魯斯教授支持的是波粒二象性!
這點和德布羅意是相同的。
隻不過這個波粒二象性中的波實在有點匪夷所思。
德布羅意想像不出,電子出現在各個地方的概率,怎麼會是波呢?
波是描述物質運動狀態的函數。
概率又不是運動,怎麼會形成波呢?
不僅是德布羅意,所有人都百思不得其解。
忽然,普朗克、愛因斯坦、玻爾等不少人神色震撼。
「概率?」
他們想到了一件久遠且相關的事情。
在第二屆量子論會議上,玻爾闡述了舊量子論的核心:量子軌道模型。
在玻爾的理論中,電子有軌道和躍遷的概念。
電子從低能級可以躍遷到高能級,同樣也可以從高能級躍遷到低能級。
當時,就有人提問:
「電子在躍遷時,它怎麼知道自己要躍遷到哪個能級呢?」
「是什麼物理因素決定了電子的躍遷行為?」
玻爾沒有回答出來。
最後,是布魯斯教授提出了一個極為大膽的想法:
「電子以概率的方式隨機躍遷!」
那時候,沒有人認可這個觀點。
因為它太匪夷所思了。
概率這種虛無縹緲的東西,怎麼能用來描述精確的物理世界呢?
雖然熱力學中也有概率統計的說法。
但那是針對大量分子的熱運動,給出的宏觀分析。
從本質上看,每個分子的運動狀態都是確定的。
隻不過由於數量太大,沒有辦法全部列出它們的運動方程,所以通過概率統計的方法進行描述。
因此,熱力學中的概率和電子躍遷的概率,完全是兩種概念。
前者很容易理解,而後者則顛覆了人的三觀。
到今天之前,物理學界都還沒有對電子躍遷的概率行為達成共識。
幸好,躍遷本身對於舊量子論的應用而言,沒有什麼太大的影響。
所以,大家都默認不去討論那個問題,遺留至今。
但是今天,布魯斯教授又提出了一個更加瘋狂的想法:電子波的波動性竟然是概率波。
概率論重出江湖!
驚世駭俗!
這已經超越了所有人的想像極限。
眾人完全不理解那是一種什麼樣的物理圖景。
「概率就是概率,怎麼會和波有關係呢?」
人群中,薛丁格已經完全呆滯了。
他根本不敢相信自己聽到的內容。
「布魯斯教授直接否定了波動說。」
「波粒二象性才是正統!」
「並且還提出了概率波這種驚世駭俗的概念。」
「不可能,絕對不可能!」
薛丁格陷入了自我迷惘之中。
這時,玻恩帶著巨大的疑惑,忍不住問道:
「布魯斯教授,我還是有點不明白。」
「概率怎麼可能是波呢?」
玻恩恐怕是場上最激動的人了。
但他也最冷靜。
他自己發表的論文自己很清楚。
絕對沒有和概率波有任何的關係。
完全是布魯斯教授靠著他那恐怖的物理直覺,硬生生憑空想像出來的。
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他擔心自己的拙作,承載不了那麼天馬行空的思想。
李奇維看著玻恩,心中感慨。
真實歷史上,玻恩的名氣遠遠不如玻爾,甚至非專業的人都沒有聽說過。
但是對於最最頂級的物理大佬們而言,玻恩其實才是嚴格意義上對量子力學貢獻最大的人。
一切,都是因為他提出的概率波!
這個理論實在是太過重要了。
可以說,是整個量子力學的基礎的基礎。
哥本哈根詮釋的核心,都是建立在概率波的概念之上。
而現在,李奇維內心激盪。
「這一世,量子力學的萬般因果就由我來承擔吧。」
接著,他繼續解釋道:
「我曾經在第二屆量子論會議上,提到過電子躍遷是概率性的行為。」
「可惜,目前學界還沒有承認。」
「當我在閱讀玻恩的論文時,腦海中又迸發出那個想法。」
「這一次,我自信我絕對不會錯!」
嘩!
眾人駭然!
這是何等的霸氣側漏!
「對於概率波,我舉個形象的例子來說明。」
「假設現在這裡有一個電子。」
「它並非像薛丁格認為的那樣,是一個真實的波動在空間裡傳播,就像水波擴散那樣。」
「電子本身還是粒子,但是它可以【同時】出現在空間中的【任何】地方。」(切記這兩個詞)
「這時,有人會問:那麼A點和B點,電子到底出現在哪裡呢?」
「答案就是波函數ψ。」
「根據波動方程,我們可以求出電子的波函數ψ。」
「ψ本身不代表電子出現的概率,它隻是描述電子體系的函數。」
「|ψ|才代表了電子出現在A點和B點的概率。」
「比如,我們算出電子出現在A點的概率是0.9,出現在B點的概率是0.2。」
「那麼我們就可以說,電子出現在A點的概率,比出現在B點的概率大。」
「而且更神奇的是,這種概率分布形成的波,能夠像真實的波一樣,發生幹涉、衍射等現象。」
「所以,薛丁格才會把概率波誤認為是真實的波動。」
「但其實,它不是。」
「電子在A點的概率是x,在B點的概率是y,在C點的概率是z」
「這些概率的分布,它的數學形式和機械波電磁波的波函數形式一樣。」
「所以,薛丁格才會自然而然地把電子的概率波認為是機械波。
「通過這個理論,我們就能解釋剛剛玻爾提出的那個問題。」
「波動力學中,電子波是瀰漫在整個原子空間內的,這一點薛丁格沒有說錯。」
「那為什麼還會出現分立的能級呢?」
「很簡單,因為我們觀測到的能級,隻是電子出現概率最大的地方。」
「所以,它宏觀表現出好像電子有分立的能級。」
「但其實沒有。」
「能級本身並不存在,它就是一片區域而已。」
「電子不是必須待在特定的軌道上,它可以出現在原子內的任意一處,隻不過在各處出現的概率不一樣。」
「大家請看。」
李奇維一邊說,一邊畫圖。
「以氫原子為例,電子在原子核周圍各處出現的概率是這樣的。」
「每個黑色小點都代表【電子出現在這裡】,黑點的疏密程度就代表了電子出現概率的大小。」
「黑點越密,電子在這個區域出現的概率越大;黑點越疏,電子在這個區域出現的概率越小。」
「這些黑點看上去,就像是一片帶負電的雲狀物籠罩在原子核周圍。」
「所以,我把它稱為【電子雲】。」(這就是電子雲概念的來源)
「電子雲取代了舊量子論中軌道和能級的概念。」
「電子並不是我們想像的那樣,以一個小球的形態,在各個軌道上運動。」
「電子是充斥在整個電子雲內。」
「凡是電子雲覆蓋的地方,電子都有概率出現,隻不過概率大小不一樣而已。」
「以上,就是我對概率波的解釋。」
靜!
死一般的寂靜!
房間內鴉雀無聲、落針可聞。
所有人都被震撼的目瞪口呆,仿佛時間靜止。
匪夷所思!
不可思議!
難以置信!
甚至是:感覺布魯斯教授在胡扯!
「上帝啊!」
「這這可能嗎?」
「這絕對不可能啊!」
「這個想法已經不是驚世駭俗了,而是超越了這世、這俗!」
「布魯斯教授太可怕了!」
「這種理論根本不是人能想出來的。」
很快,全場轟動!
房間內爆發出一陣巨大的驚呼聲!
概率波的概念,讓所有人都瘋狂了。
總結下來,它一共包含了三個核心觀點:
第一,電子等微觀粒子具有波粒二象性,且波動性不是真正的波,而是指概率的分布不同。
隻不過概率分布的數學表達形式和常規意義上的波函數相同,所以形象地取名為概率波。
比如假設機械波的波函數是f=x+1這種形式,那麼電子出現位置的概率分布也是f=x+1。
第二,電子的概率波就像雲霧一樣,瀰漫在整個原子範圍內,電子可以同時出現在任何地方。
具體出現在哪裡,取決於通過波函數計算出來的值,即|ψ|。
根據薛丁格方程,隻要求出t時刻電子的波函數,接著後續所有時刻的波函數都能求出。
第三,概率波雖然不是真實的波動,但是它卻可以像真實的波動那樣,發生幹涉、衍射等現象。
比如兩個電子波在一起,就可能發生幹涉行為。
這種幹涉就好像是概率的叠加。
可以說,在場的任何一個人,現在都不敢相信概率波理論。
實在太嚇人了!
愛因斯坦喃喃自語:
「不可能!」
「絕對不可能!」
「這豈不是說,上帝在擲骰子?」
大家看懂沒?
我覺得我寫的已經非常通俗易懂了。
高中水平足以理解。
(本章完)