第130章 原子研究與量子力學

  第130章 原子研究與量子力學

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  從湯姆遜的辦公室出來後，李奇維就開始了忙碌的工作。

  李奇維一邊梳理著原子物理學的發展史，一邊在撰寫自己的博士論文。

  這是他前世養成的習慣。

  他喜歡首先從宏觀層面，把握住物理理論的發展脈絡，理清各理論之間的先後關係。

  只有這樣，在學習的過程中，才不會被各種人物名字和學說，搞得眼花繚亂，分不清重點。

  相對論的發展比較單一清晰，沒什麼可說的。

  但是量子力學及原子結構，就非常複雜，湧現出的大神也最多。

  公元前400年，希臘哲學家德謨克利特提出了【原子】的概念，他認為萬物由原子構成。

  16-17世紀，自然科學體系建立後，科學家通過實驗，證實了原子是一種真實存在的物質。

  此後一段時間，原子一直都是化學家的研究領域。

  1789年，法國化學家拉瓦錫定義了原子一詞，從此，原子就用來表示化學變化中的最小單位。

  1803年，英國物理學家和化學家，道爾頓，在總結前人成果的基礎上，創立了著名的原子學說。

  該學說認為原子就是小到極致的實心球體，本身不帶電，裡面什麼都沒有。

  道爾頓還測量了不同原子的質量，他以氫原子的質量為1，規定了其他原子相比氫原子的相對質量。

  當然他的測量結果非常粗糙，但也激發了人們對於原子結構的研究熱情。

  1827年，英國植物學家布朗，用顯微鏡觀察發現，灰塵在水面上會發生不規則運動。

  這進一步證明了微粒學說，這一現象也被稱為布朗運動。

  1877年，德紹爾克思提出，布朗運動是由水分子的熱運動導致的。

  值得一提的是，在德紹爾克思的基礎上，愛因斯坦目前的博士論文，其中一部分內容就是為了解釋布朗運動的。

  他也從理論上證明了原子是一種真實存在。

  儘管有不少新的現象，但是從道爾頓以來，原子不可再分的觀點一直影響著物理學家。

  直到1897年，湯姆遜發現了電子，這才證明原子內部還有細分結構。

  原子本身不帶電，而電子又帶負電，說明原子內部存在帶正電的東西。

  它們與電子所帶負電荷正好中和，使得原子呈中性。

  於是，關於原子內部結構的研究，吸引很多物理學家的加入。

  真實歷史上：

  1911年，盧瑟福通過α粒子轟擊金原子的散射實驗，證明了原子內部又分為電子和原子核。（現由李奇維提出）

  1913年，英國化學家索迪，提出了同位素的概念。

  他認為在元素周期表里存在位置相同，而相對原子質量不同的原子。

  緊接著，湯姆遜發明質譜儀，發現了幾十種不同元素的同位素。

  1919年，盧瑟福又通過α粒子轟擊氮原子核，發現原子核由質子組成。

  1932年，盧瑟福的學生，英國物理學家查德威克，用α粒子轟擊鈹原子核，又發現了中子的存在。

  物理學家這才搞清楚同位素的本質，即原子的質子數相同，但中子數不同，這些原子互稱同位素。

  後來發現，鈾原子存在三種天然同位素：U234、U235、U238。

  其中U235是最重要的一種同位素，影響了世界。

  1939年，德國物理學家哈恩，用中子轟擊鈾的原子核，發現了核裂變現象。

  至此，原子的結構終於被弄清楚。

  原子由帶正電的原子核和帶負電的電子組成。

  原子核又是由帶正電的質子和不帶電的中子組成。

  在這一段時期，伴隨著原子結構研究的，則是量子力學框架的建立與發展。

  1900年，普朗克提出量子論。（現由李奇維提出）

  1905年，愛因斯坦提出光量子假說，解釋光電效應。（現由李奇維提出）

  1909年，愛因斯坦提出光具有波粒二象性，這是他對量子力學的最大貢獻。（現由李奇維提出）

  1913年，玻爾提出電子的量子化軌道，為量子力學的發展奠定基礎。

  1924年，德布羅意提出物質波概念，認為實物粒子也具有波粒二象性。

  1925年，海森堡創立矩陣力學，是量子力學的第一個版本。

  1925年，泡利提出泡利不相容原理。

  1926年，薛丁格創立波動力學，是量子力學的第二個版本。

  1926年，狄拉克證明波動力學和矩陣力學在數學上是等價的。

  1926年，玻恩提出波函數的概率詮釋，後來成為「哥本哈根解釋」。

  1927年，海森堡提出不確定性原理。

  1928年，狄拉克將量子力學和狹義相對論結合，創立相對論量子力學，奠定後世量子場論的基礎。

  1935年，薛丁格提出著名的思想實驗「薛丁格的貓」，將微觀世界的量子行為，推演到宏觀世界。

  1948年，費曼創立量子力學的路徑積分形式，是量子力學的第三個版本。

  可以說，1925年-1928年，就是量子力學的巔峰發展時期。

  這一時期，更是發生了一場最重要的事件。

  以愛因斯坦和薛丁格為首的一派，與以玻爾為首的哥本哈根學派。

  針對量子力學，在1927年的第五屆索爾維會議上，爆發了一場物理學史2000年以來最精彩的驚世對決。

  大名鼎鼎的「上帝不擲骰子」，就是從那場會議流傳出來的，為無數後人津津樂道。

  在量子力學理論完全成熟後，原子結構的研究依然繼續向前深入。

  物理學家們在30年代發現了弱力、1947年發現了強力，這兩個都是跟原子核有關的力。

  並由此解釋了物質發生放射性衰變的本質原理。

  到了20世紀中後期，物理學家又發現質子和中子是由更小的結構組成，即夸克。

  在那一段時期，則是量子場論的天下，包括量子電動力學、量子色動力學、電弱理論、標準模型等等。

  晚年的愛因斯坦致力於大統一理論，他想統一的只是引力和電磁力。

  因為當時弱力還未被承認，強力還未被發現。

  真正的大統一理論，應該是統一引力、電磁力、強力、弱力四大基本力。

  在未來的後世，物理學家也僅僅做到電磁力和弱力統一，即電弱理論。

  下一步則是嘗試再統一強力，完成所謂弱化版的大統一理論。

  至於統一引力，實在是太難太難了。

  這也是愛因斯坦失敗的原因，上來就挑了個最難的愛神的智商也不夠用了。

  後世對愛因斯坦有個誤解，認為他除了相對論和光電效應，好像就是個普通物理學家，沒什麼拿得出手的。

  這種說法大錯特錯，他還有以下成就：

  1905年，解釋布朗運動本質、給出一種計算阿伏伽德羅常數的方法。

  1907年，解決了固體比熱問題，成為固體力學的奠基人。

  1916年，提出雷射原理，為後世的雷射誕生提供了理論基礎。

  1917年，提出靜態宇宙學模型，成為後來宇宙學的開端。

  1924年，提出玻色-愛因斯坦凝聚，是冷原子物理的開創者。

  這些成果其實都是資深級的，只不過和相對論一比，當然只能算小貢獻了。

  所以很多人只知愛因斯坦的相對論，忽略了他的其它成就。

  其實一對比，才驚訝地發現，真實歷史上的愛因斯坦到底有多麼牛逼。

  相對論和量子力學作為同等高深且重要的理論。

  前者是愛因斯坦憑藉一己之力，單獨創造而出；而後者則是十幾個天才前赴後繼，共同完善。

  高下立判！

  這也是為何在李奇維的T系列分級中，愛因斯坦是可以和牛頓、麥克斯韋並列，而其他人只能降一級。

  但無論怎麼說，都是以上這些物理學的大佬們，共同打造了20世紀前期，那宏大的物理學史。

  然而如今才1902年，歷史就已經被李奇維改變。

  他提前了近十年，提出了原子核的概念和原子行星模型。

  這無疑會加速整個物理學的發展，就連他自己也不知道會如何發展了。

  李奇維這一世作為見證者和參與者，甚至有可能最後是領軍者，他怎麼可能不激動。

  目前，他手握狹義相對論和量子論，堪稱兩大理論的奠基人和第一元老。

  至於後面再發表廣相、考慮指點玻爾、德布羅意等人在量子力學上做出成果。

  他已經無法想像，後世的物理史該如何評價自己了。

  更不要提，未來的宇宙物理學、原子物理學，也都會有他的身影。

  甚至，跨界出手，化學、生物學、醫學等等。

  李奇維越想越激動，越想越離譜，差點直接笑出了聲。

  這一幕正好被來找他的威爾遜看到，「布魯斯，你又想到什麼美事了？」

  然後他又神秘兮兮地說道：「聽說你的博士成果，推翻了湯姆遜教授？」

  李奇維問道：「你怎麼知道的？」

  威爾遜苦著臉：「剛剛教授找我了，說伱和盧瑟福都為實驗室做出了開創性的工作，讓我再努力努力。」

  李奇維：「哈哈哈」

  面對天才的嘲諷，威爾遜天生心態好，穩如老狗，繼續問道：「布魯斯，那你是不是快要博士畢業了？」

  李奇維想了想，說道：「我應該會申請，在今年年底或者明年年初，進行博士答辯吧。」

  他嘴角微微一笑，是時候搞個博士頭銜了，不然以後出門都不好意思介紹自己。

  這一章還是很必要的。大家也看到了，距離下一階段劇情，中間其實是有近20年的時間。如果提前，那麼那些名人就不會出現，如果保持原時間，那麼對於劇情把控能力就會非常高，所以老虛會仔細思考後面的故事。

  (本章完)

  （還有更新耶）