第517章 矩陣力學的缺陷！波粒二象性之巔峰！物質波理論！萬物皆波！

  第517章 矩陣力學的缺陷！波粒二象性之巔峰！物質波理論！萬物皆波！

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  海森堡的矩陣力學宛如一道閃電劃破夜空，照亮了舊量子論的迷霧。

  通過這個理論，可以自然而然地推導出氫原子光譜的經驗公式、光在電磁場中的分裂等現象。

  當物理學家們深入研究矩陣力學以後，眾人無不感嘆：

  「海森堡是真正的天才！」

  對方不僅從零到一創造了矩陣，同時還把矩陣和物理完美結合在一起。

  驚為天人！

  海森堡名聲大噪，一躍成為當世知名物理學家。

  他受到很多大學和機構的演講邀請，去宣傳他的量子力學理論。

  不過，他的第一站，當然是選擇在量子研究所。

  「沒有布魯斯教授，就沒有我海森堡的今天。」

  海森堡知道自己的理論非常晦澀難懂，需要學習矩陣這種冷門的數學知識。

  所以，他喜歡一直強調理論的優點。

  此刻，面對布魯斯教授和所內的同事，他侃侃而談：

  「矩陣力學的基礎是電子的間斷性，這與量子概念的本質是吻合的。」

  「且它承認電子的躍遷行為。」

  「矩陣力學脫胎於舊量子論，保留了其中一些概念，但它又是超越了舊量子論。」

  「它依賴於我們對原子行為的實際測量，而不是憑空想像。」

  薛丁格、伊蕾娜等人心中感慨。

  如果說權力讓政治家著迷，那麼學術成就則讓科學家著迷。

  現在的海森堡和之前簡直判若兩人！

  再也沒有了害羞和拘謹，變得淡定從容，大開大合。

  連演講的語言風格，都帶點高大上的逼格了。

  這時，海森堡又笑著補充道：

  「當然，我也承認，矩陣力學確實有點抽象。」

  「很多人寫信向我抱怨，為什麼要創造出這麼難的數學形式。」

  「對此，我只能說：沒辦法，真理就是如此。」

  「而且和布魯斯教授在廣義相對論中的黎曼幾何比起來，我覺得矩陣算簡單的了。」

  「至少大家學個一段時間，都可以自如地推導了。」

  眾人爆發一陣唏噓聲。

  顯然，他們不相信海森堡的鬼話。

  用對方的矩陣力學算氫原子的軌道，簡直要了老命。

  要是算兩個氫原子組成的氫分子的性質，那更是難上加難。

  沒一兩個星期，都不可能算出來的。

  物理學界苦矩陣力學久矣。

  李奇維看著滿面笑容的海森堡，心中好笑道：

  「小海同學，趁現在多笑一會，很快你就要笑不出來了。」

  這時，一直面無表情的薛丁格問道：

  「海森堡，請問你如何解釋愛因斯坦教授提到的可視化圖景問題。」

  「你的矩陣力學，是不是消除了電子的物理形式呢？」

  嘩！

  眾人皆是看向薛丁格。

  一直以來，薛丁格在大家的心中，就是研究所的老大哥。

  不僅研究領域眾多，博採眾長，而且脾氣很好，非常樂於助人。

  小夥伴們都很敬重和喜愛他。

  但是最近一段時間，眾人隱約地發現，薛大哥有點不一樣了。

  「我感覺他是受到泡利和海森堡的刺激了。」

  「要知道，薛大哥可是咱們研究所的第一位成員，資歷最老。」

  「但是現在，他卻被年輕天才後來居上，估計心裡應該不好受吧。」

  「哎，可惜啊，薛大哥那麼聰明的人，就是缺少一個關鍵的靈感。」

  眾人小聲地討論著，薛丁格沒有聽到對自己的議論。

  他提出問題，並非是刻意針對海森堡。

  而是他已經下定決心，以後專門研究量子力學。

  隨著年齡的增大，薛丁格擔心自己的一生，就要這樣平庸地度過了。

  因此，他不想再浪費自己的時間，胡亂地去試錯。

  他想選擇一個確定的領域，不停地深入下去。

  而量子力學讓他看到了方向！

  一個新的理論誕生，一定是充滿著各種機會的。

  此時不抓住，將來就再也沒有機會了。

  所以，他非常關心矩陣力學，尤其是它目前存在的問題。

  有問題，說明存在優化和改進的空間。

  此刻，海森堡不知道薛丁格心裡在想什麼。

  他並沒有因為對方提出問題而不爽。

  相反，他也很敬重這位所內的老前輩。

  海森堡自信，自己的矩陣力學可以解釋量子論的一切！

  「薛丁格博士，感謝你的提問。」

  「我認為這並不是一個需要討論的問題。」

  「我可以找到一個對比的例子。」

  「那就是麥克斯韋方程組。」

  「電磁波和原子一樣，也是真實的物理存在。」

  「但是通過麥克斯韋方程組，我們能想像出電是如何生成磁嗎？」

  「我說的不是電磁感應這種行為，而是其背後的原理。」

  「恐怕不行吧。」

  「所以，我認為矩陣力學，它就有點像麥克斯韋方程組。」

  「通過矩陣，將原子的行為數學化。」

  「況且，現階段我們也根本觀察不到原子的內部，只能通過數學手段去描述。」

  「因此，我認為矩陣力學的可視化問題，並不是什麼致命的問題。」

  「當然，一切都是在發展中的。」

  「或許將來矩陣力學還會被進一步完善。」

  薛丁格輕輕點點頭。

  雖然海森堡的回答並沒有說服他，但是他也指不出矩陣力學的具體錯誤。

  矩陣力學再抽象，至少它很有用。

  這一點就足以掩蓋其它所有的缺點了。

  海森堡自信地掃視一圈，他反而很希望有人能繼續提出問題。

  因為每一個問題，都是對他理論的完善。

  就和當初的舊量子論一樣，從剛提出時只有一個量子數，到最後變成了四個量子數。

  海森堡一朝得道，走上人生巔峰，但是他還沒有自負到認為自己的理論是完美的。

  連布魯斯教授都不敢說這種話。

  任何一個物理理論，隨著時間發展，都是在不斷疊代。

  忽然。

  他發現布魯斯教授的表情有點不對。

  有點凝重，好像在沉思。

  這時，眾人也發現了異常，心中非常疑惑。

  布魯斯教授難道發現了什麼問題？

  這有點不可思議啊！

  「布魯斯教授雖然不是矩陣力學的第一作者，但他的貢獻是不可忽視的。」

  「這說明他本人肯定是認可矩陣力學的，否則怎麼可能同意發表呢。」

  「但是這表情，又是什麼意思呢？」

  薛丁格心中悸動。

  他覺得有點匪夷所思。

  矩陣力學可是海森堡在布魯斯教授的指導下完成的。

  對方怎麼可能會質疑呢？

  在眾人的注視和不解下，李奇維開口了。

  「海森堡，你剛剛說矩陣力學的基礎是電子的間斷性。」

  「其實電子的間斷性，就是電子的粒子性。」

  「但大家可以發散一下思維，如果電子不是粒子怎麼辦？」

  「矩陣力學還能成立嗎？」

  嘩！

  此話一出，整個房間內鴉雀無聲。

  所有人瞪大雙眼，露出不可置信的神情。

  「布魯斯教授，您要不要看看您在說什麼。」

  「電子不是粒子？」

  「那它是什麼？」

  海森堡一臉懵逼。

  他都懷疑自己是不是聽錯了。

  布魯斯教授可是公開高度評價了矩陣力學。

  稱它是物理學從黑暗進入光明的轉折點。

  但現在，對方竟然在矩陣力學的根基上，提出了這樣一個看起來天方夜譚般的問題。

  一時間，海森堡不知道該說什麼了。

  這時，伊蕾娜作為所內唯一的女生，她出言打破了尷尬。

  「教授，您之前不還在誇讚矩陣力學嗎？」

  「為什麼現在您會認為這個理論的根基存在問題。」

  眾人立刻豎起耳朵，他們很想知道理由。

  李奇維看著伊蕾娜，隨即說道：

  「我並不是質疑矩陣力學的正確性。」

  「作為舊量子論的重構理論，它是非常成功的。」

  「這一點毋庸置疑。」

  「但是，我在使用矩陣力學的時候，有一個現象無法解釋。」

  「那就是光的波粒二象性！」

  嘩！

  眾人皆是一驚！

  伊蕾娜眉目微蹙，俏臉上有著疑惑。

  「波粒二象性？」

  李奇維解釋道：

  「海森堡所用的簡諧振子模型，是針對運動物質的模型。」

  「換言之，它無法處理電磁波這樣的波動。」

  「我們用矩陣力學可以很好地解釋光的粒子性。」

  「但是對於它的波動性，矩陣力學就無能為力了。」

  伊蕾娜恍然！

  原來如此！

  眾人瞬間對布魯斯教授佩服的五體投地。

  當別人還沉浸在使用矩陣力學解釋原子光譜時，布魯斯教授竟然想到了用它研究波粒二象性。

  最關鍵的是，還找到了一個不可解釋的難題！

  「布魯斯教授也太可怕了！」

  薛丁格聽後，心中掀起了滔天巨浪！

  他剛決定以後全心研究量子力學，結果布魯斯教授就提供了一個方向。

  而且還是那種極具想像力的方向。

  是啊，光子也是微觀粒子，但是它和電子等粒子不同，光子是波粒二象性的。

  矩陣力學可以處理光子的粒子性，卻處理不了光子的波動性。

  這說明矩陣力學有需要改進的地方。

  這對於薛丁格而言，簡直是天大的好消息。

  但是對於海森堡，就是天大的壞消息了。

  他連忙反駁道：

  「教授，我不同意您的看法。」

  「矩陣力學是基於電子的行為而建立的。」

  「而電子本身就是粒子，它又不是波。」

  「矩陣力學不需要能處理波動的性質。」

  「光子的波動性是需要單獨考慮的因素。」

  「所以，您的假設不能成立。」

  伊蕾娜等人都點點頭。

  這一次，眾人沒有站在布魯斯教授這一邊，反而全都是支持海森堡。

  因為電子是粒子，這簡直是再正常不過的常識了。

  矩陣力學既然能完美解釋電子的一切，就不需要再為了光子的波動性大改。

  薛丁格右手摩擦著下巴，靜靜思考。

  他在主觀上支持布魯斯教授。

  但客觀上，他覺得海森堡說的確實很有道理。

  畢竟電子和光子的性質不同，不能混為一談。

  面對海森堡的回覆，李奇維微微一笑。

  他早都猜到對方會這麼回答。

  此刻，他幽幽地說道：

  「若電子不僅是粒子，也是波呢？」

  轟！

  眾人駭然！

  海森堡完全呆住了。

  「這」

  「不可能吧」

  ——

  海森堡把在量子研究所內的那場分享，當成夢魘，選擇遺忘。

  他打死也不能同意布魯斯教授的觀點。

  不管他有多麼敬重對方。

  因為電子是波的觀點，實在太駭人聽聞了！

  簡直如天方夜譚一般！

  不僅是他，伊蕾娜等眾人都不相信。

  況且最後布魯斯教授只是一笑了之，並未深入探討。

  這更讓眾人覺得那是布魯斯教授在頭腦風暴。

  反正以前開會，什麼稀奇古怪的觀點，都有人提過。

  因此，海森堡也就不在意了。

  他繼續在各個大學和研究所，舉辦講座，闡述他的矩陣力學。

  與此同時，法國，巴黎大學。

  郎之萬在國外開完會議後，立刻回到了他的實驗室，繼續自己的研究。

  自從居里夫人事件之後，他就把全部的精力放在了科學領域。

  人相比之前也成熟很多。

  作為和布魯斯教授同時代的人，郎之萬對自己的個人發展不是非常滿意。

  他和薛丁格有點像，研究領域非常廣泛。

  X射線、氣體理論、磁性理論、相對論、量子論等等，皆有一定的學術成果。

  但是離物理大佬還差了一點距離。

  就是因為他沒有扛鼎性的重要成果。

  不過，他的基礎確實紮實，算是物理大佬之下第一批次人物了。

  看到導師歸來，眾學生非常興奮。

  他們問出了目前最關心的問題：

  「教授，您知道量子力學和矩陣力學嗎？」

  郎之萬笑了笑，說道：

  「當然知道。」

  「雖然那段時間，我正好在美國開會。」

  「但是這篇論文在物理學界的影響力太大了。」

  「我已經把論文反覆看了好幾遍了。」

  忽然，郎之萬話音一轉，感慨道：

  「哎，你們當中要是有誰能發表這樣一篇論文。」

  「我就是現在立刻退休也願意。」

  「我們法國在現代物理學領域，落後實在太多了。」

  眾人你看看我，我看看你，都尷尬地不敢接話。

  他們當然也想啊。

  但是大家對自己都有自知之明。

  海森堡那是何等絕世天才！

  別說他們這些人，就是導師自己也比不上啊。

  郎之萬也覺得自己有點強人所難了。

  於是，他岔開話題，問道：

  「德布羅意呢？」

  「他最近還是沒有來學校嗎？」

  有人回道：

  「德布羅意先生已經半年沒來了。」

  郎之萬嘆息了一聲，沒有說什麼。

  德布羅意的身份太敏感了。

  哪怕他是對方的導師，也不可能真的像對待普通學生那樣嚴格。

  所以，他對於德布羅意一直是放養的狀態。

  關於研究課題什麼的，儘量順著對方的心意。

  只是這麼長都不來學校，也不來實驗室。

  郎之萬覺得德布羅意可能是讀不下去這個博士了。

  「也難怪，畢竟他是歷史轉物理。」

  「基礎太差，導致現在研究最前沿的領域後，就有點力有未逮了。」

  郎之萬甚至做好了最壞打算。

  實在不行，為了照顧德布羅意哥哥的面子，他也得想辦法讓對方順利畢業，拿到博士學位。

  畢竟，不是每個博士都需要像布魯斯、玻爾等人那樣逆天。

  此刻，郎之萬口中的德布羅意，已經在自家的豪宅中閉關半年了。

  每天都有兩個女僕服侍日常起居，德布羅意把所有的時間都投入到研究之中。

  這期間，哪怕當他得知海森堡發表矩陣力學後，他也沒有過於驚訝。

  因為，他知道自己的成果絲毫不差！

  現在，他只差臨門一腳了。

  書房內，德布羅意正在奮筆疾書，他的眼神極為專注。

  他的腦海中又回想起半年前布魯斯的驚世之言：

  「既然波動性的光子具有粒子性，那麼粒子性的電子可能具有波動性嗎？」

  哥哥莫里斯認為電子是波，簡直像天方夜譚。

  他是標準的科班生，從小學的是牛頓力學、物質、運動等等概念。

  物質和波是涇渭分明的兩種現象。

  雖然出了光子這種難以捉摸的存在。

  但畢竟光子是光速的，有一些特殊性質也好理解。

  然而電子不一樣啊！

  它是實實在在的物質，和蘋果、地球一樣。

  這樣的存在怎麼可能是波呢？

  這直接顛覆了莫里斯幾十年的科學三觀。

  無論如何也不能接受。

  但是德布羅意卻沒有這麼多思想包袱。

  他是從文轉理的，這反而讓他能擺脫固相思維的束縛。

  「電子為什麼不能是波呢？」

  他對於布魯斯教授的觀點著了迷。

  但是，觀點只是觀點，要想形成論文，還需要嚴格的理論邏輯推導。

  而這大半年的時間，德布羅意就是在為此奮鬥。

  他仔細回顧了布魯斯教授理論證明光的波粒二象性的過程。

  從中得到了靈感。

  根據質能方程：E=mc。

  根據量子論中的李-普朗克公式：E=hv。

  基於這兩個公式，德布羅意做了一個大膽的假設：

  粒子與波具有相同的特性！

  他認為在量子的世界內，二者可以被看成是同一種表述。

  所以，對於電子而言，就可以得到：

  mc=hv。

  但是這裡就存在一個問題了。

  電子它畢竟是物質粒子，它不能像光子那樣以光速運動。

  所以，德布羅意需要想辦法去掉光速c這個物理量。

  把它變成普通的波動關係。

  為此，他用群速度和相速度之乘來代替光速。

  光是一種電磁波，而群速度和相速度就是波動學中的概念。

  簡單理解一下。

  假設一個波動的曲線是正弦曲線。

  那麼相速度就是指波峰或者波谷的傳播速度，用u表示。

  而群速度是指從0到2π這一組包的傳播速度，用v（群）表示。

  經過推導後，對於光這樣的電磁波而言，其波速的平方c=uv（群）。

  因此，公式就變成：muv（群）=hv。（1）

  又根據相速度除以波長等於頻率，即v=u/λ，（2）

  結合（1）（2）可得：

  λ=hu/muv（群）=h/mv（群）。（3）

  到這裡後，還差最後的臨門一腳。

  那就是如何把群速度和電子的運動聯繫在一起。

  群速度是波的性質，電子的運動是粒子的性質。

  這兩者怎麼結合呢？

  德布羅意思考半年之後，終於找到了答案。

  他再次給出一個大膽的假設：

  他認為電子的波動性和粒子性是同時存在的，電子就像是衝浪的人，它的運動是隨著波動進行的。

  （導波理論，過於複雜了，不便展示）

  根據這個假設，就能把電子的動量和波動聯繫在一起。

  最終得出：動量p=mv（群）。（4）

  結合（3）（4），德布羅意得出了一個匪夷所思的公式：

  λ=h/p。

  電子的波長λ，等於李-普朗克常數除以電子的動量。

  這表明電子確實具有波動性。

  波粒二象性在電子上得到了完美體現！

  德布羅意甚至更進一步大膽推測，他在論文中寫下：

  「波粒二象性不止是光子才有。」

  「一切微觀實物粒子，包括電子、質子等，都有波粒二象性。」

  「更進一步，宏觀物質同樣具有波粒二象性。」

  「萬物皆在波動！」

  轟！

  德布羅意甚至被他自己寫的內容震撼了！

  他不僅在布魯斯教授的基礎上，詳細而嚴密地推導出電子具有波粒二象性。

  甚至根據他的公式，可以推廣到任何物質都表現出波的性質。

  德布羅意把這種波命名為【物質波】。

  意為是物質本身具有的波動性質！

  此刻，德布羅意呼吸急促，渾身顫抖。

  那是激動到極致的表現。

  他這篇論文把布魯斯教授的光的波粒二象性帶到了巔峰的境界！

  「呼！」

  不知過了多久，德布羅意終於平靜下來。

  他站起身，走到窗前，看著窗外的天空大地，內心澄澈。

  這一刻，他對布魯斯教授感激到了極點。

  「沒有布魯斯教授，就沒有物質波，也沒有我德布羅意的今天。」

  他是下一任的公爵繼承人，他家的豪宅傳承了幾百年，家族財富數不勝數。

  身邊美女如雲，往來皆達官顯貴。

  然而這一切，在德布羅意看來，都如過眼雲煙。

  何以解憂，唯有物理！

  「我乘波而來，亦乘波而去。」

  轟！

  聲音飄渺，直衝雲霄！

  （還有更新耶）