第540章 光的波粒二象性中，波指的是電磁波還是概率波？

  第540章 光的波粒二象性中，波指的是電磁波還是概率波？

  考克饒夫等人的研究內容，深深震撼了在場眾人。

  隨著量子力學的不斷完善，核物理的發展有了堅實的理論基礎，速度必將突飛猛進。

  這時，李奇維忽然對旁邊的伊蕾娜說道：

  「伊蕾娜，既然有人工核反應，那麼有沒有人工放射性呢？」

  「你父母發現了鐳的天然放射性，那麼能不能想辦法人工製造出放射性呢？」

  轟！

  伊蕾娜的腦海中頓時有驚雷炸響！

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  這個想法太不可思議了！

  放射學的誕生已經接近三十年。

  1896年，貝克勒爾首次發現鈾的放射性，開啟放射學這門領域。

  1898年，她的父母居里夫婦又發現了放射性更強的鐳和釙。

  截至現在，物理學家已經發現了幾十種不同的天然放射性元素。

  但從來沒有人想過人為製造出放射性。

  因為放射性是原子的自發行為，怎麼可能人工控制呢？

  伊蕾娜信心不足地問道：

  「教授，這有可能嗎？」

  李奇維微微一笑，顯得神秘莫測，說道：

  「你沒試，怎麼知道不可能呢？」

  「這是我突然想到的一個課題，你要是感興趣可以嘗試。」

  伊蕾娜的美目中爆發出璀璨神采。

  如果她真的能實現人工放射性，必然會將放射學帶到全新的高度！

  甚至超越她的父母，引領時代！

  她已經開始想入非非了。

  李奇維看著伊蕾娜呆萌的痴樣，有點好笑。

  他心中感慨：

  「風起雲湧的核時代，即將來臨！」

  學生匯報結束後，輪到威爾遜分享雲室研究成果。

  他自信從容地走到前方，看著眾人，思緒紛飛。

  曾幾何時，他的雲室還只是能觀察微觀粒子的簡單儀器而已。

  但是隨著現代物理學的興起，雲室的作用越來越大，越來越不可或缺。

  而這一切，都源自於當初那個美麗的邂逅。

  「現在，我給大家出一道題目，如果誰能在一個月內解出來，這門課我會給他滿分，並且以後也不用來上課了。」

  「」

  「對了，威爾遜博士，我覺得粒子觀察器這個名字不好聽。不如，給它取名為『雲室』怎麼樣？」

  「布魯斯，真有你的！」

  「」

  回憶湧上心頭，威爾遜的嘴角露出一絲微笑。

  他溫柔地看了李奇維一眼，讓後者瞬間起了一身雞皮疙瘩。

  很快，威爾遜正色道：

  「雲室的誕生，其實來源於對X射線的研究。」

  「1895年，已故的倫琴教授首次發現了X射線。」

  「消息傳到英國後，當時的湯姆遜教授對這種新的物理現象非常感興趣。」

  「他開始研究空氣受到X射線照射後的導電特性。」

  「他提出了著名的氣體電離理論猜想，即空氣被X射線照射後，會發生電離現象。」

  「接著，湯姆遜教授就讓我做實驗來驗證這個猜想。」

  「我受到陽光返照雲彩的啟發，構思出雲室的靈感。」

  「所謂雲室，就是在一個密閉的金屬容器中，充入一定量的水蒸氣，看起來煙霧繚繞，因此得名。」

  「而且，這個名字可是布魯斯教授為我取的哦。」

  「那是很久遠之前的事情了，在座的不少人可能都還沒出生呢。」

  眾人驚奇。

  沒想到雲室竟然也和布魯斯教授有關。

  「如果假設空氣發生了電離，那麼就會形成一個個帶電粒子。」

  「這些帶電粒子就會形成核心，吸引空氣中的水蒸氣變成一個個水珠。」

  「根據這個原理，只要我用X射線照射空氣，若出現水珠，就證明氣體電離理論是對的。」

  「最後，實驗很順利，打開X射線照射雲室後，內部立刻出現了水珠。」

  眾人聞言，皆是感嘆威爾遜教授的奇思妙想。

  使用如此簡陋的儀器，竟然能做出這麼漂亮的成果。

  和考克饒夫的粒子加速器相比，雲室確實簡單的發指。

  但是它解決問題的思路非常巧妙，而不是像粒子加速器那樣，大力出奇蹟。

  各有優劣。

  李奇維也被勾起了回憶，那段時間，他可是幫了老威不少忙。

  這時，威爾遜繼續說道：

  「雲室的成功，讓我對它產生了興趣。」

  「我就想，能不能在它原來的基礎上，再開發出一些新功能呢？」

  「既然電離後的空氣能凝結水珠，那是不是所有帶電粒子都可以呢？」

  「通過大量的實驗，我終於摸索出不同種類帶電粒子的現行方法。」

  「於是，雲室就變成了研究微觀帶電粒子的儀器，這大大拓展了它的使用範圍。」

  「後來，我又給雲室增加了拍照功能，使得它的實用性更強。」

  「接下來，隨著物理學的不斷發展，雲室逐漸被物理學家們所熟知。」

  「它的精度越來越高，功能也越來越多。」

  「利用它，可以精確地測量粒子的速度、電荷、種類等參數。」

  「」

  眾人聽的津津有味。

  從頭到尾了解雲室的變革過程，能幫助他們更深刻地使用好雲室。

  終於，威爾遜談到了海森堡的雲室軌跡問題。

  「大家請看。」

  「這是我用最高解析度的可拍攝雲室，拍下來的電子運動軌跡圖片。」

  「放大100倍後，可以清楚地看到，電子的路徑確實是間斷的。」

  「這與布魯斯教授的判斷完美契合，同時也證明了矩陣力學的正確性。」

  嘩！

  眾人嘖嘖稱奇。

  果然還是威爾遜教授的雲室照片最正宗，拍的清楚又好看。

  海森堡看後，嘴角笑開了花。

  「我的矩陣力學果然毫無瑕疵。」

  這時，他忽然看到布魯斯教授盯著照片，若有所思。

  對方的手指在椅把上有節律地輕輕敲動。

  海森堡很疑惑。

  眼前的電子徑跡照片，可以說完美解釋了問題。

  「那布魯斯教授在思考什麼呢？」

  最後，威爾遜忽然笑著說道：

  「可惜，關於布魯斯教授提出的概率波理論，我的雲室就無能為力了。」

  「量子力學這麼高大上的理論，不是我這種傻大粗的雲室能夠深度參與的。」

  「謝謝大家。」

  眾人大笑，然後紛紛鼓掌。

  威爾遜的報告，讓大家見識了實驗大佬的風采。

  那是與理論物理學家截然不同的風格。

  這時，盧瑟福說道：

  「下面是沙龍的自由討論時間。」

  「大家可以討論任何感興趣的學術話題。」

  很快，房間內就熱鬧起來。

  眾人或是站著走動，或者坐著，或是兩三人交談，或是拋出話題讓所有人討論。

  大家一邊享受美食，一邊討論最前沿的學術問題。

  「戴維森博士，你當時是怎麼想到用鎳靶做實驗的？」

  「考克饒夫先生，你的粒子加速器是如何確保電場平穩過渡的？」

  「」

  在這种放松的環境下，更容易產生很多天馬行空的靈感。

  這時，一直沉默寡言，比較孤僻的狄拉克，忽然提出一個問題，吸引了所有人的興趣。

  「光的波粒二象性中，波是指電磁波還是概率波呢？」

  狄拉克在完成了博士課題後，就把大部分的精力用於研究量子力學。

  尤其是概率波的提出，讓他極其痴迷這門詭秘莫測的理論。

  眾人仔細思考後，發現這個問題越想越有意思。

  隨著戴維森和小湯姆遜證明了物質波的存在，波粒二象性已經成為物理學界的共識。

  很多實驗結果都證明了這點。

  而光的波粒二象性，比物質波理論還要早提出很久。

  光的本質是電磁波，這一點毋庸置疑。

  電磁波按照波長或者頻率的不同，分為γ射線、X射線、紅外線、可見光、紫外線、微波等等類型。

  人們通常意義上說【光】這個詞，一般是特指【可見光】，即波長在380nm-780nm範圍之間的電磁波。

  也就是大家熟知的紅橙黃綠青藍紫七種顏色的光。

  很快，大家針對這個問題紛紛發表自己的看法。

  福勒作為狄拉克的導師，他想了一會兒，首先說道：

  「幾百年來的波粒之爭，波動派所提供的證據和理論，都是基於傳統的機械波理論。」

  「那時候，物理學家對於光的本質認識不足，只能把它的波動性類比機械波。」

  「隨著麥克斯韋統一電磁光，赫茲證明電磁波的存在，物理學家終於搞清楚，光的本質是電磁波。」

  「因此，所謂的波粒之爭，其實就是電磁波和粒子之爭。」

  「而且，當初布魯斯教授提出光的波粒二象性時，還沒有概率波的概念。」

  「從這些方面看，光的波粒二象性中，波應該指的是電磁波。」

  眾人聽後，微微點頭。

  福勒的分析非常中肯，他從光的研究歷史來回答這個問題。

  但接著，他又轉折道：

  「然而，狄拉克這個問題很有意思。」

  「布魯斯教授提出光子的概念後，說明光子是和電子、質子等粒子一樣的微觀粒子。」

  「只不過電子有質量，光子沒有質量。」

  「但不管怎麼說，只要是微觀粒子，必然都滿足德布羅意的物質波理論。」

  「從這方面看，光子應該是具有概率波性質的。」

  「如此分析，光好像既是電磁波又是概率波。」

  「這真是個匪夷所思的現象。」

  眾人一陣驚呼！

  光確實有點古怪啊。

  電磁波和概率波顯然是兩種本性完全不同的波動，光怎麼可能會同時具備呢。

  現有的理論解釋不通。

  這時，海森堡眉頭緊皺，他好像抓住了什麼關鍵。

  「我認為不能把【光】和【光子】兩個詞語和概念混為一談。」

  「【光】是一種宏觀現象，是周期性變化的電場和磁場以光速運動時，形成的電磁波。」

  「而【光子】是指光的基本單位，是一種微觀概念。」

  「電磁波的能量，是以光子的形式一份份傳遞。」

  「當我們說光的波粒二象性時，這裡的光指的是宏觀的【光】。」

  「所以，它的波動性應該特指電磁波這種波。」

  「但是【光子】本身作為微觀粒子，它同樣具有概率波的性質。」

  嘶！

  海森堡和福勒的分析，讓問題變得更加撲朔迷離了。

  光的特殊性再一次展現在眾人面前。

  本來大家以為布魯斯教授提出光的波粒二象性後，就解決了幾百年的爭論。

  但是隨著概率波的提出，事情好像又沒那麼簡單。

  然而，泡利卻不這麼想。

  「我覺得這很正常。」

  「以水波為例，【光】就是【水波】，而【光子】就是【水分子】。」

  「水波本身就是無數的水分子組合而成。」

  「單獨的水分子中，氫原子和氧原子都具有概率波的性質。」

  「但它們依然能形成水波這樣確定的機械波。」

  狄拉克反駁道：

  「不對，不能這樣類比。」

  「應該是【光】相當於【水波】，【光子】相當於【一個單位的水波】。」

  「但哪怕是一個單位的水波，它依然是機械波，而不是概率波。」

  泡利不同意。

  「胡扯！」

  伊蕾娜說道：

  「我認為狄拉克說的對。」

  這時，海森堡又補充道：

  「這樣會產生一個問題。」

  「既然【光子】具有概率波性質，那麼按理來說，它在時空中的位置，應該也是概率性的。」

  「但是為何大量【光子】形成【光】後，光卻具有了確定的筆直的運動軌跡呢？」

  「它為什麼不會像電子一樣，隨意瀰漫在整個宇宙時空內呢？」

  眾人皆是一驚。

  「對啊，為什麼呢？」

  小布拉格是電磁學方向的專家，他說道：

  「也許這是一個數學問題，大量光子的統計行為，抵消了單個光子的概率隨機性。」

  真實歷史上，1937年盧瑟福去世後，小布拉格成為了卡文迪許的第五任主任。

  他上台後，放棄了自己的擅長領域，轉而大力發展固體物理、生物物理、天體物理等邊緣學科，為實驗室開闢了新的研究方向。

  眾人聽完他的解釋，點點頭。

  泡利立刻說道：

  「這和單個原子具有概率波性質，大量原子組成的固體卻能產生機械震動波是一個道理。」

  「概率波也要受到波動方程的限制。」

  很快，這幫小年輕們就開始激烈討論起來。

  過程精彩絕倫，眾人看的津津有味。

  這時，海森堡忽然發現，布魯斯教授一直坐在那裡，好像在靜靜思考著什麼。

  「總感覺他老人家又要裝不提出什麼驚人的理論了。」

  （還有更新耶）