第548章 整數自旋！玻色布魯斯統計！物質第五態！物理學界轟動！

  第548章 整數自旋！玻色-布魯斯統計！物質第五態！物理學界轟動！

  概率波和不確定性原理被證明之後，量子力學迎來了蓬勃發展。

  各種成果如雨後春筍一般冒了出來。

  比如，科羅尼格、烏倫貝克、古德斯密特三人，通過理論和實驗，發現整數自旋。

  即粒子的自旋數不再是±1/2，而是1。

  這意味著粒子能像正常小球一樣，轉一圈即可回到原位。

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  消息一出，驚動物理學界。

  緊接著，漢堡大學副教授泡利通過計算發現，整數自旋的粒子，不符合不相容原理。

  電子的自旋數是±1/2，且它滿足不相容原理。

  所以，兩個能級相同的電子，不能處在同一個位置。

  而自旋數為1的粒子，意味著很多個粒子能同時在一個位置。

  這就非常奇怪了。

  很快，物理學界就證明了，光子就是自旋為整數1的粒子。

  此外，通過理論還發現，自旋為2甚至3都是可能存在的，只不過沒有人能找到對應的實物粒子。

  真實歷史上，粒子物理的雛形還要十多年才能出現。

  那時，物理學家通過粒子撞擊或者宇宙射線，發現了很多性質不同的微觀粒子。

  一時間，自旋概念又火了一把。

  很多物理學家都在研究整數自旋的性質。

  因為非整數自旋的粒子是電子、質子這樣的微觀粒子，已經研究的足夠充分，大家都默認沒什麼問題。

  印度，達卡大學物理系。

  玻色最近很鬱悶。

  他剛寫好的論文，投了好幾家物理學期刊，都沒有被接受。

  編輯們給的意見，都認為論文中有明顯的錯誤。

  玻色雖然參加過第三屆布魯斯會議，但這並不能給他發表論文帶來優勢。

  第三屆布魯斯會議上，李奇維為了鼓勵年輕一輩，特意選擇一批年輕物理學者作為代表。

  比如費米、狄拉克等人，玻色也在其中。

  但是物理學界人都知道，那些年輕人被選擇，不是因為他們本身的實力。

  科學是講究成果的領域，名氣和天才美譽不能當飯吃。

  泡利、海森堡等人能名震天下，靠的不是天才之名，而是實打實的學術成就。

  因此，玻色從來沒有因為被布魯斯教授賞識而驕傲過。

  參加布魯斯會議不代表什麼，能在會上做發表震驚學界的成果才牛逼。

  但即便如此，被好幾家期刊拒稿，也是一件很難受的事情。

  為此，玻色特意前往相距不遠的加爾各答大學。

  他決定要向當今印度科學界的旗幟，拉曼教授請教。

  拉曼因為發現拉曼效應而名聲大噪。

  雖然他在整個物理學界，不能算最牛的那一批。

  偉大物理學家、頂級物理學家、資深物理學家、普通物理學家，拉曼最多算是T4級普通物理學家。

  但是在印度國內，他是絕對的扛把子。

  而且就在今年，拉曼還被選為了英國皇家學會的院士，成為印度繼拉馬努金後的第二人。

  這麼多榮譽和成果加身，使得拉曼在印度物理學界的地位十分超然。

  加爾各答大學，辦公室內。

  拉曼眉頭微皺。

  玻色帶來的論文，他已經看了超過半小時了，仍然一言未發。

  忽然，他喃喃道：

  「有點意思」

  玻色趁機連忙闡述道：

  「教授，我認為統計力學中麥克斯韋-玻爾茲曼分布定理，對於光子這樣的整數自旋粒子並不成立。」

  「按照泡利教授的觀點，整數自旋的粒子，在某一個能級上，可以容納無限多個粒子。」

  「比如，同一個位置，光子可以無限迭加。」

  「這明顯不符合麥克斯韋-玻爾茲曼分布的條件。」

  所謂的麥克斯韋-玻爾茲曼分布，是經典物理學中統計力學的核心理論。

  它主要應用於大量粒子的微觀分析。

  但它所描述的粒子體系有限制。

  即：粒子間相互沒有任何作用，互不影響，並且各個不同的粒子之間都是可以互相區別的，且所有粒子嚴格符合力學規律。

  其實就相當於大量的微觀硬質小球聚在一起。

  但對於自旋為整數的粒子，如光子而言，其在同一個位置可以無限容納。

  這在經典統計力學中，是完全不可想像的。

  因此，麥克斯韋-玻爾茲曼分布無法統計光子這樣的粒子。

  這時，玻色繼續說道：

  「所以，在研究大量光子在空間中的統計狀態時，應該使用概率波這樣的量子概念。」

  「在概率波基礎上的統計，才能真正表徵光子的運動情況。」

  「為此，我創造了一種新的統計規律，它適用於自旋為整數的微觀粒子的統計。」

  「但是根據這個理論，我卻得出了一個匪夷所思的結論。」

  「形象點說，在宏觀世界裡，同時投擲兩枚硬幣，出現兩正的概率是四分之一。」

  「但若是硬幣表現的像光子，那麼投擲出兩正的概率就變成了三分之一。」

  「因為此時的正反和反正，是同一種狀態。」

  「用學術的語言說就是：兩個同能量的光子是不能被分辨出來的。」

  「這又與麥克斯韋-玻爾茲曼分布的條件衝突了。」

  「因為傳統觀點認為不同粒子是可以相互區分的。」

  「但光子不行。」

  玻色說完之後，滿臉期待地看著拉曼。

  他的論文之所以被拒收，就是因為他在論文中舉的那個硬幣例子。

  正常人第一反應肯定是覺得在胡扯。

  這個世界上怎麼可能有一模一樣，不可區分的事物呢？

  然而事實就是如此。

  這是因為粒子具有全同性概念。

  即：在量子力學中，具有完全相同內稟屬性的粒子是不可區分的，這種不可區分性稱為全同性。

  這種全同性不僅僅光子有，電子、質子也有。

  只要是量子態的粒子，都有全同性。

  在全同粒子組成的體系中，交換兩個粒子的狀態不會改變體系的微觀狀態。

  比如，一個箱子裡充滿了電子，現在拿出一點，然後再放入另一批的同等數量的電子。

  那麼對於箱子而言，它沒有任何的變化。

  聽起來有點像廢話，但在量子領域，卻具有重要的意義。

  拉曼此刻已經有點懵逼了。

  玻色的理論，他能大概聽懂，但是他沒有判斷能力，不知道是對是錯。

  難怪對方的論文會被拒收，這個觀點確實有點匪夷所思。

  玻色是拉曼最看重的物理學接班人。

  在沒有把握的情況下，他不願意對玻色的理論產生任何負面干擾。

  最重要的是，作為現在印度物理學的老大，拉曼必須為所有人排憂解難。

  於是，他笑著說道：

  「玻色，你這篇論文非常有創新性。」

  「我覺得是那些編輯看走眼了。」

  「我不擅長理論物理，所以沒法給你很權威的建議。」

  「不過，我可以幫助你把論文發給布魯斯教授看一看。」

  「你的想法是基於他提出的不確定性原理，或許布魯斯教授會感興趣。」

  「你覺得呢？」

  嘩！

  玻色聞言喜不自禁。

  其實他在來之前就已經想到這點了。

  不過，一來，他不敢自己直接寫信給布魯斯教授；二來，他也不好意思主動開口讓拉曼幫忙。

  萬一自己提出的理論是垃圾，冒然發給布魯斯教授，那豈不是破壞了印度物理學界在對方心中的印象。

  這種後果，玻色可承擔不起。

  畢竟，他可不是小湯姆遜，關係夠硬。

  拉曼的建議，正好說到了玻色的心坎上。

  「那太感謝您了，教授！」

  「我相信我不會讓您失望的！」

  拉曼微微一笑。

  「現在量子力學領域，日新月異，你追我趕。」

  「為了保險起見，我會直接給布魯斯教授發電報。」

  「不讓你的理論蒙塵！」

  玻色心中暖暖的。

  這就是領袖的魅力！

  量子研究所。

  當李奇維接到拉曼的電報後，莞爾一笑。

  他決定幫助對方一把。

  他之所以善待拉曼和玻色，目的是鞭策華夏的學者們不要驕傲，印度和櫻花國的科學也在迅速發展。

  李奇維希望眾人能逐漸擺脫對他的依賴，真正獨立起來。

  縱然未來的某一天，他真的統一了四大力，也不代表科學就到盡頭了。

  科學永無止境！

  玻色提出的理論，後來發展為玻色-愛因斯坦統計。

  它是描述自旋為整數的粒子的統計規律。

  物理學界為了方便，把自旋為整數的各種不同粒子，統稱為「玻色子」。

  所以，光子就是一種玻色子。

  真實歷史上，玻色在投稿無果後，曾寫信給愛因斯坦，希望得到對方的評價。

  愛因斯坦一眼就看出了玻色理論的巨大價值，親自把論文遞給當時很有名的《德國物理學刊》上發表。

  並且，他還在玻色的基礎上，把玻色子概念延伸到原子上，提出了一種新的現象。

  他認為一組高密度的玻色子在接近絕對零度的超低溫狀態下，會形成一種新的物質狀態，即：玻色-愛因斯坦凝聚態。

  這種狀態是一種氣態的、超流性的狀態。

  從愛因斯坦提出這個假設後，直到1995年，才終於被實驗證實。

  物理學家使用氣態的銣原子在7×10^-7K的低溫下，首次獲得了玻色-愛因斯坦凝聚態。

  那麼，這個所謂的玻色-愛因斯坦凝聚態到底有什麼用呢？

  其中一個重要作用是能降低光速，把光速降低到每秒幾米的程度。

  甚至更進一步還能「凍結」光，然後再釋放出來。

  總之，玻色-愛因斯坦凝聚態是量子力學和凝聚態物理學中一個極其重要的理論。

  而它的基礎，正是現在玻色所提出的統計規律。

  不過，這一世嘛，估計要改名為玻色-布魯斯統計和玻色-布魯斯凝聚態了。

  李奇維大筆一揮，在信中給出了極高的評價。

  幾天之後。

  拉曼收到回報，滿臉興奮。

  「玻色，你太幸運了！」

  「布魯斯教授非常看好你的理論。」

  「他認為這是量子力學領域的又一個重要突破。」

  「《自然》期刊會接收你的論文，並封面發表。」

  「而且，布魯斯教授還邀請你去歐洲作報告，宣講你的理論成果。」

  嘩！

  玻色簡直不敢相信自己的耳朵。

  他竟然能得到布魯斯教授如此之高的評價，甚至還能去歐洲演講。

  一時間，他激動地說不出話來。

  拉曼真心為玻色感到高興。

  對方不僅有了學術突破，甚至還是在最難的理論物理方向。

  何其不易！

  恐怕這就是布魯斯教授那麼看重玻色的原因。

  拉曼內心感慨，他終於不用一個人承擔那麼大的壓力了。

  「印度物理學界後繼有人！」

  1924年5月1日。

  《自然》期刊發表了玻色的統計理論。

  論文一出，物理學界轟動！

  這又是一個重磅性的理論成果。

  「怪不得布魯斯教授一直說量子大世。」

  「這才是真正的大世啊！」

  「之前的相對論，幾乎被布魯斯教授一個人包場了。」

  「而量子力學不同，任何人都有機會參與進來，說不定就能像玻色一樣，一鳴驚人！」

  此外，玻色的結論，也開啟了粒子全同性的研究熱潮。

  真實歷史上，這個概念隨著量子力學的發展，逐漸成為一個共識，被物理學家們所接受。

  接著，當玻色和李奇維的故事傳開後，又引起一陣驚呼，眾人無不羨慕。

  「這是大佬提攜後輩的典範！」

  僅僅十天之後，李奇維再發雄文。

  他在玻色統計規律的基礎上，提出了物質凝聚態假說。

  論文一出，物理學界駭然！

  這是繼氣態、液態、固態、等離子態之後，物質的第五種形態！

  「我的天啊！」

  「布魯斯教授這是把玻色的理論硬生生拔高一個層級！」

  「他竟然從理論上得出了一個全新的物質形態！」

  「簡直恐怖如斯！」

  玻色在看完論文後，震撼不已。

  他的理論是針對光子這樣的粒子，但是竟然也可以推廣到原子層面？

  這是他從來沒有想過的。

  「布魯斯教授的思想如星空一般浩瀚無垠。」

  得益於玻色和李奇維在新統計規律上的貢獻。

  物理學界把這種全新的統計理論稱為玻色-布魯斯統計。

  與之對應的凝聚態，則被稱為玻色-布魯斯凝聚態。

  一時間，量子力學研究如火上澆油一般。

  （還有更新耶）