虚幻与真实―――走近量子世界

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3、“虚幻与真实：走进量子世界”。PP可以把它当做是量子物理的科普讲座，我认为讲好这个主题难度很大，可能最终会令大家不能满意，不过我原意做这个尝试，把物理学奇异多彩的一面介绍给同学们，“努力言说不可言说之事”。下面就开始今天的话题。量子理论发端于上个世纪初期，到今天也有百年历史了。这一理论是生活中很多“高科技”设备工作的基础。如随处可见的集成电路、电脑芯片、还有激光器等。它能让我们解释绝大多数自然现象的成因，比如解释原子、原子核的结构，解释各种元素的化学性质，还能解释天上的恒星的结构，解释太阳巨大能量产生的原因。它几乎是无所不能。可以说，量子理论是迄今为止被各种实验证实的最精确的理论，但是在它的

4、基本原理层面上，量子理论却非常奇怪，很难理解，PP爱因斯坦，这位量子理论的奠基人，直到去世之前那一刻仍然不相信量子力学理论，另一位创始人尼尔斯玻尔说：谁看了量子力学后如果不觉得奇怪，那它根本就不懂量子力学。量子理论的超级大师费曼教授甚至警告我们：尽可能相信并接受实验事实，先不要问为什么。所以说，这么多年来量子理论除了更广泛的应用以外，它的基础理论方面似乎并没有新的发现。到底什么是量子理论？现在就跟大家介绍它的几条最基本的观点。不连续性自从伽利略和牛顿用数学驯服了大自然之后，一切自然过程都被当做连续不间断的，比如：小汽车的运动。PP。天气预报说今天的温度是（）PP。这种连续性的观念是如此直接的

5、植入我们的内心深处，一切显得天经地义一般。古希腊的哲学家芝诺就曾利用连续性的观念提出一个著名的悖论“阿喀琉斯和乌龟”，PP这个悖论就是以人们对时空可以无限分割的观念为基础，但时空真的是可以无限分割吗？第一个提出不连续观念的是量子力学的创始人之一普朗克PP。当时他在研究所谓的“黑体辐射”问题，“黑体”这个词我们可能没听说过，大家可以把它想像成是一块黑黑的焦炭。这种黑色的东西容易吸收外界照射到它身上到光线，或者说吸收能量。同时它也会向外辐射能量，我们一般用肉眼看不到它向外辐射能量（发光），那是因为它温度比较低，它只能向外辐射红外线，当把它放到火炉中加热，它当温度升高后，我们就会看到它发红了，它这

6、时候就能向外辐射可见光了，随着它的温度越来越高，它发出的光的颜色也会发生变化，如果当它的温度足够高还没有被汽化，它甚至可以发出蓝色的光。天上很多恒星看起来呈蓝色，就是因为它的温度比较高的缘故。当时人们就希望找到一个公式，能描述黑体的温度跟它辐射出的各种颜色光的能量多少之间的关系。但是，很长时间过去了，一直都没有满意都结果。普朗克为此努力了六年的时间后，终于有一天，他幸运的“猜”出了一个公式，公式与实验结果吻合的很好，但普朗克却给不出这个公式的物理意义，说来也好笑，理论的创造者却不能提供自己所创造的理论的意义。最后，普朗克“绝望的”、“不惜任何代价的”提出了能量量子化的假设。只有认为电磁波的能

7、量是不连续的，普朗克的公式才具有物理上的意义。也就是说，以前我们认为电磁波连续不断的传播的自然图景被推翻了，同时也摧毁了自牛顿以来人们建立起来的经典世界。这个新观念给普朗克带来了痛苦，在之后的十几年里，它被它的创造者抛弃，普朗克不断的告诫人们，引用这个观念的时候一定要慎重。不到万不得已，千万不要胡思乱想。后来，能量子的概念被爱因斯坦引用，成功的用来解释光电效应现象，此后，越来越多的不连续性被发现了，如，在原子