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《1900:游走在欧洲的物理学霸》第533章 概率波!量子力学最神秘概念!终现

    第533章概率波!量子力学最神秘概念!终现!惊世骇俗!全场轰动!

    在众人的骇然目光注视下,李奇维心如止水,泰然自若。

    从今天开始,量子力学将真正挑战人类的认知极限。

    你若是信,那你就能理解量子力学。

    你若是不信,你就永远不能理解量子力学。

    一切的一切,都要从第三种波开始。

    锐利的眼神扫过在场众人后,李奇维开口了。

    “一个月前,玻恩教授曾经发表过一篇论文,不知道在座诸位有谁看过。”

    “那篇论文的题目是《散射过程的量子力学》。”

    “它是基于海森堡的矩阵力学,通过研究粒子在散射过程中的行为,来研究粒子的间断性质。”

    “其中有一个现象非常有意思。”

    “论文中,玻恩记录下散射后的粒子在某一个方向出现的概率。”

    “我猜想,他这是仿照矩阵力学对于光谱强度的研究思路。”

    玻恩闻言,神色一动。

    这篇论文是他在研究矩阵力学时,附带写的文章。

    论文甚至没有发表在《自然》上,而是发表在了德国本土的物理期刊上。

    他没想到竟然会被布鲁斯教授关注到。

    一时间,玻恩有点受宠若惊。

    只是他有点疑惑。

    “这篇论文有什么特殊性吗?”

    除了玻恩本人,在场的只有海森堡看过那篇论文。

    不过,他同样也是一头雾水,不知道布鲁斯教授有何深意。

    他朝着玻恩看了一眼,后者轻轻点点头,然后又摇摇头。

    二人都不明白。

    至于其他人,都没有看过这篇论文,纷纷摇头。

    因为很明显,这是一篇和矩阵力学相关的论文。

    在波动力学大行其道的情况下,关注它的人肯定较少。

    这时,海森堡说道:

    “教授,我看过那篇论文。”

    “但是它和您说的第三种波有什么关系呢?”

    李奇维微微一笑,继续说道:

    “当然有关系。”

    “玻恩自己都没有发现,他这篇论文蕴含着多么震惊的发现。”

    说罢,李奇维打开了玻恩的论文。

    “各位请看。”

    “在散射实验中,玻恩只把粒子的各个方向的概率列成向量。”

    “他想通过矩阵来研究这个概念。”

    “但是。”

    “如果我这时把波动力学的概念引入进来。”

    忽然,李奇维提高声音,仿佛有一道熟悉的影子附体。

    众人立刻感受到一种来自神秘东方教师的恐怖威压。

    “注意看,我要变形了!”

    “我把粒子散射方向的概率,和波动方程中的波函数ψ联系在一起。”

    “就会得到这样一个结果:粒子在某个方向出现的概率,和波函数ψ的平方成正比!”

    “这意味着,波函数ψ描述的电子波,并不是像水波那样的机械波。”

    “ψ描述的是电子在空间中分布的概率波!”

    “所以我认为,薛定谔所说的只有波的观点是错误的。”

    “电子具有波粒二象性,但其中的波动性,不是已知的机械波或者电磁波。”

    “而是一种全新的波,第三种波,【概率波】!”

    “波函数的模的平方|ψ|代表了电子在某个时刻,空间某个位置出现的概率!”

    “即:电子在各个地方出现的概率,像一个波!”

    轰!

    话音刚落,全场骇然!

    所有人瞪大了双眼,仿佛看到了生平最不可思议的事情。

    “概率是个波?”

    “老天啊!这怎么可能呢?”

    玻恩的一双眼睛几乎要喷出火焰。

    那是智慧之火!

    他没想到自己的论文竟然能得出如此惊世骇俗的观点。

    这太可怕了!

    德布罗意心神震荡!

    刚刚布鲁斯教授才证明波动力学和矩阵力学等价。

    结果反手就抛弃了薛定谔的波动说。

    布鲁斯教授支持的是波粒二象性!

    这点和德布罗意是相同的。

    只不过这个波粒二象性中的波实在有点匪夷所思。

    德布罗意想象不出,电子出现在各个地方的概率,怎么会是波呢?

    波是描述物质运动状态的函数。

    概率又不是运动,怎么会形成波呢?

    不仅是德布罗意,所有人都百思不得其解。

    忽然,普朗克、爱因斯坦、玻尔等不少人神色震撼。

    “概率?”

    他们想到了一件久远且相关的事情。

    在第二届量子论会议上,玻尔阐述了旧量子论的核心:量子轨道模型。

    在玻尔的理论中,电子有轨道和跃迁的概念。

    电子从低能级可以跃迁到高能级,同样也可以从高能级跃迁到低能级。

    当时,就有人提问:

    “电子在跃迁时,它怎么知道自己要跃迁到哪个能级呢?”

    “是什么物理因素决定了电子的跃迁行为?”

    玻尔没有回答出来。

    最后,是布鲁斯教授提出了一个极为大胆的想法:

    “电子以概率的方式随机跃迁!”

    那时候,没有人认可这个观点。

    因为它太匪夷所思了。

    概率这种虚无缥缈的东西,怎么能用来描述精确的物理世界呢?

    虽然热力学中也有概率统计的说法。

    但那是针对大量分子的热运动,给出的宏观分析。

    从本质上看,每个分子的运动状态都是确定的。

    只不过由于数量太大,没有办法全部列出它们的运动方程,所以通过概率统计的方法进行描述。

    因此,热力学中的概率和电子跃迁的概率,完全是两种概念。

    前者很容易理解,而后者则颠覆了人的三观。

    到今天之前,物理学界都还没有对电子跃迁的概率行为达成共识。

    幸好,跃迁本身对于旧量子论的应用而言,没有什么太大的影响。

    所以,大家都默认不去讨论那个问题,遗留至今。

    但是今天,布鲁斯教授又提出了一个更加疯狂的想法:电子波的波动性竟然是概率波。

    概率论重出江湖!

    惊世骇俗!

    这已经超越了所有人的想象极限。

    众人完全不理解那是一种什么样的物理图景。

    “概率就是概率,怎么会和波有关系呢?”

    人群中,薛定谔已经完全呆滞了。

    他根本不敢相信自己听到的内容。

    “布鲁斯教授直接否定了波动说。”

    “波粒二象性才是正统!”

    “并且还提出了概率波这种惊世骇俗的概念。”

    “不可能,绝对不可能!”

    薛定谔陷入了自我迷惘之中。

    这时,玻恩带着巨大的疑惑,忍不住问道:

    “布鲁斯教授,我还是有点不明白。”

    “概率怎么可能是波呢?”

    玻恩恐怕是场上最激动的人了。

    但他也最冷静。

    他自己发表的论文自己很清楚。

    绝对没有和概率波有任何的关系。

    完全是布鲁斯教授靠着他那恐怖的物理直觉,硬生生凭空想象出来的。

    他担心自己的拙作,承载不了那么天马行空的思想。

    李奇维看着玻恩,心中感慨。

    真实历史上,玻恩的名气远远不如玻尔,甚至非专业的人都没有听说过。

    但是对于最最顶级的物理大佬们而言,玻恩其实才是严格意义上对量子力学贡献最大的人。

    一切,都是因为他提出的概率波!

    这个理论实在是太过重要了。

    可以说,是整个量子力学的基础的基础。

    哥本哈根诠释的核心,都是建立在概率波的概念之上。

    而现在,李奇维内心激荡。

    “这一世,量子力学的万般因果就由我来承担吧。”

    接着,他继续解释道:

    “我曾经在第二届量子论会议上,提到过电子跃迁是概率性的行为。”

    “可惜,目前学界还没有承认。”

    “当我在阅读玻恩的论文时,脑海中又迸发出那个想法。”

    “这一次,我自信我绝对不会错!”

    哗!

    众人骇然!

    这是何等的霸气侧漏!

    “对于概率波,我举个形象的例子来说明。”

    “假设现在这里有一个电子。”

    “它并非像薛定谔认为的那样,是一个真实的波动在空间里传播,就像水波扩散那样。”

    “电子本身还是粒子,但是它可以【同时】出现在空间中的【任何】地方。”(切记这两个词)

    “这时,有人会问:那么a点和b点,电子到底出现在哪里呢?”

    “答案就是波函数ψ。”

    “根据波动方程,我们可以求出电子的波函数ψ。”

    “ψ本身不代表电子出现的概率,它只是描述电子体系的函数。”

    “|ψ|才代表了电子出现在a点和b点的概率。”

    “比如,我们算出电子出现在a点的概率是0.9,出现在b点的概率是0.2。”

    “那么我们就可以说,电子出现在a点的概率,比出现在b点的概率大。”

    “而且更神奇的是,这种概率分布形成的波,能够像真实的波一样,发生干涉、衍射等现象。”

    “所以,薛定谔才会把概率波误认为是真实的波动。”

    “但其实,它不是。”

    “电子在a点的概率是x,在b点的概率是y,在c点的概率是z”

    “这些概率的分布,它的数学形式和机械波电磁波的波函数形式一样。”

    “所以,薛定谔才会自然而然地把电子的概率波认为是机械波。

    “通过这个理论,我们就能解释刚刚玻尔提出的那个问题。”

    “波动力学中,电子波是弥漫在整个原子空间内的,这一点薛定谔没有说错。”

    “那为什么还会出现分立的能级呢?”

    “很简单,因为我们观测到的能级,只是电子出现概率最大的地方。”

    “所以,它宏观表现出好像电子有分立的能级。”

    “但其实没有。”

    “能级本身并不存在,它就是一片区域而已。”

    “电子不是必须待在特定的轨道上,它可以出现在原子内的任意一处,只不过在各处出现的概率不一样。”

    “大家请看。”

    李奇维一边说,一边画图。

    “以氢原子为例,电子在原子核周围各处出现的概率是这样的。”

    “每个黑色小点都代表【电子出现在这里】,黑点的疏密程度就代表了电子出现概率的大小。”

    “黑点越密,电子在这个区域出现的概率越大;黑点越疏,电子在这个区域出现的概率越小。”

    “这些黑点看上去,就像是一片带负电的云状物笼罩在原子核周围。”

    “所以,我把它称为【电子云】。”(这就是电子云概念的来源)

    “电子云取代了旧量子论中轨道和能级的概念。”

    “电子并不是我们想象的那样,以一个小球的形态,在各个轨道上运动。”

    “电子是充斥在整个电子云内。”

    “凡是电子云覆盖的地方,电子都有概率出现,只不过概率大小不一样而已。”

    “以上,就是我对概率波的解释。”

    静!

    死一般的寂静!

    房间内鸦雀无声、落针可闻。

    所有人都被震撼的目瞪口呆,仿佛时间静止。

    匪夷所思!

    不可思议!

    难以置信!

    甚至是:感觉布鲁斯教授在胡扯!

    “上帝啊!”

    “这这可能吗?”

    “这绝对不可能啊!”

    “这个想法已经不是惊世骇俗了,而是超越了这世、这俗!”

    “布鲁斯教授太可怕了!”

    “这种理论根本不是人能想出来的。”

    很快,全场轰动!

    房间内爆发出一阵巨大的惊呼声!

    概率波的概念,让所有人都疯狂了。

    总结下来,它一共包含了三个核心观点:

    第一,电子等微观粒子具有波粒二象性,且波动性不是真正的波,而是指概率的分布不同。

    只不过概率分布的数学表达形式和常规意义上的波函数相同,所以形象地取名为概率波。

    比如假设机械波的波函数是f=x+1这种形式,那么电子出现位置的概率分布也是f=x+1。

    第二,电子的概率波就像云雾一样,弥漫在整个原子范围内,电子可以同时出现在任何地方。

    具体出现在哪里,取决于通过波函数计算出来的值,即|ψ|。

    根据薛定谔方程,只要求出t时刻电子的波函数,接着后续所有时刻的波函数都能求出。

    第三,概率波虽然不是真实的波动,但是它却可以像真实的波动那样,发生干涉、衍射等现象。

    比如两个电子波在一起,就可能发生干涉行为。

    这种干涉就好像是概率的迭加。

    可以说,在场的任何一个人,现在都不敢相信概率波理论。

    实在太吓人了!

    爱因斯坦喃喃自语:

    “不可能!”

    “绝对不可能!”

    “这岂不是说,上帝在掷骰子?”

    大家看懂没?

    我觉得我写的已经非常通俗易懂了。

    高中水平足以理解。

    (本章完)

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