回归到搭建这篇博客的初衷,我要开始写下一些关于量子物理的有趣的事情。
物理学的黄金时代
一些关于在确立量子物理这个时代主题之前的事情,这个“之前”,就要从19世纪末说起了。那是物理学的黄金时代,那时还在争论光的本质到底是什么、一个科学与神共存的时代。
在那个时代,关于光的本质的问题,物理学上的大佬们喋喋不休的争论了前后几百年。两个主要派系分别主导着这场没有硝烟的战争:微粒派和波动派。
在微粒派和波动派彻底成形之前,远古以来,对于光的猜测一直没有停歇。
最初,人们猜想,光是一种从我们的眼睛里发射出去的东西,当它到达某样事物的时候,这样事物就被我们所“看见”了。恩培多克勒(Empedocles)就认为世界是由水、火、气、土四大元素组成的,而人的眼睛是女神阿芙罗狄忒(Aphrodite)用火点燃的,当火元素(也就是光。古时候往往光、火不分)从人的眼睛里喷出到达物体时,我们就得以看见事物。
到了罗马时代,学者卢克莱修(Lucretius)在《物性论》中提出,光是从光源直接到达人的眼睛的。不过当时的人们并不相信,直到公元1000多年,小孔成像的实验最终证明了这个说法是对的。
欧几里德(Euclid)、托勒密(Ptolemy)、哈桑和开普勒(Johannes Kepler)都参与研究光的性质,于是在前人的基础上,荷兰物理学家斯涅耳(W.Snell)总结出了光的折射定律了。
最后,“业余数学之王”费尔马(Pierre de Fermat)总结为“光总是走最短的路线”。
光学终于作为一门物理学科被正式确立起来,微粒派和波动派开始了无硝烟的战争。
微粒说:光是由一粒粒非常小的“光原子”所组成的,从直观上看来是很有道理的,首先它就可以很好地解释为什么光总是沿着直线前进,为什么会严格而经典地反射,甚至折射现象也可以由粒子流在不同介质里的速度变化而得到解释。
波动说:光不是一种物质粒子,而是由于介质的振动而产生的一种波。光的波动说容易解释投影里的明暗条纹,也容易解释光束可以互相穿过互不干扰。关于直线传播和反射的问题,人们很快就认识到光的波长是很短的,在大多数情况下,光的行为就犹同经典粒子一样。而衍射实验则更加证明了这一点。
但他们也有各自的缺点
微粒说很难说清为什么两道光束相互碰撞的时候不会互相弹开,人们也无法得知,这些细小的光粒子在点上灯火之前是隐藏在何处的,它们的数量是不是可以无限多,等等。
波动说有一个基本的难题,那就是任何波动都需要有介质才能够传递,那星光是怎么穿过太空的呢?于是波动说假设了一种看不见摸不着的介质“以太”(Aether)来实现光的传播。
小故事
“业余数学之王”费尔马”
业余玩家可以挑战职业选手吗?在数学王国,费马先生给出了答案. 费马被誉为“业余数学之王”,因为他的本职工作是一名律师,数学只是他的业余爱好.但是他在数学上的成就一点也不比职业数学家差,也远远超过了他作为律师的影响力.他当初是不是选错行了呢? 费马出生在一个富裕的家庭,家境殷实.费马的爹是一名大皮革商,为费马提供了富裕舒适的成长环境,从小就有两个家庭教师教学这种高端配置,一点也不用担心落下功课!也许正是这两位无名的家庭教师,让费马对数学有了强烈的兴趣. 数学有许许多多的分支,不可能全部都研究,费马选定了自己的主要研究方向——数论.数论是数学上一个非常坑的分支,研究的是看起来非常简单的整数.前辈们在这个领域留下了一个个精彩的猜想,任何了解整数基本运算的人都可以理解,但是要证明这些猜想却非常困难,只要证明一个就能名垂青史.这让无数有雄心壮志的人跳进了数论这个大坑,可是只有费马一个人从坑里爬了出来。
以太
亚里士多德所谓的“第五元素”,他认为日月星辰围绕着地球运转,但其组成却不同与地上的四大元素水火气土。天上的事物应该是完美无缺的,它们只能由一种更为纯洁的元素所构成—以太。
未完待续。。。