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《1900:游走在欧洲的物理学霸》第548章 整数自旋!玻色布鲁斯统计!物质第

    第548章整数自旋!玻色-布鲁斯统计!物质第五态!物理学界轰动!

    概率波和不确定性原理被证明之后,量子力学迎来了蓬勃发展。

    各种成果如雨后春笋一般冒了出来。

    比如,科罗尼格、乌伦贝克、古德斯密特三人,通过理论和实验,发现整数自旋。

    即粒子的自旋数不再是±1/2,而是1。

    这意味着粒子能像正常小球一样,转一圈即可回到原位。

    消息一出,惊动物理学界。

    紧接着,汉堡大学副教授泡利通过计算发现,整数自旋的粒子,不符合不相容原理。

    电子的自旋数是±1/2,且它满足不相容原理。

    所以,两个能级相同的电子,不能处在同一个位置。

    而自旋数为1的粒子,意味着很多个粒子能同时在一个位置。

    这就非常奇怪了。

    很快,物理学界就证明了,光子就是自旋为整数1的粒子。

    此外,通过理论还发现,自旋为2甚至3都是可能存在的,只不过没有人能找到对应的实物粒子。

    真实历史上,粒子物理的雏形还要十多年才能出现。

    那时,物理学家通过粒子撞击或者宇宙射线,发现了很多性质不同的微观粒子。

    一时间,自旋概念又火了一把。

    很多物理学家都在研究整数自旋的性质。

    因为非整数自旋的粒子是电子、质子这样的微观粒子,已经研究的足够充分,大家都默认没什么问题。

    印度,达卡大学物理系。

    玻色最近很郁闷。

    他刚写好的论文,投了好几家物理学期刊,都没有被接受。

    编辑们给的意见,都认为论文中有明显的错误。

    玻色虽然参加过第三届布鲁斯会议,但这并不能给他发表论文带来优势。

    第三届布鲁斯会议上,李奇维为了鼓励年轻一辈,特意选择一批年轻物理学者作为代表。

    比如费米、狄拉克等人,玻色也在其中。

    但是物理学界人都知道,那些年轻人被选择,不是因为他们本身的实力。

    科学是讲究成果的领域,名气和天才美誉不能当饭吃。

    泡利、海森堡等人能名震天下,靠的不是天才之名,而是实打实的学术成就。

    因此,玻色从来没有因为被布鲁斯教授赏识而骄傲过。

    参加布鲁斯会议不代表什么,能在会上做发表震惊学界的成果才牛逼。

    但即便如此,被好几家期刊拒稿,也是一件很难受的事情。

    为此,玻色特意前往相距不远的加尔各答大学。

    他决定要向当今印度科学界的旗帜,拉曼教授请教。

    拉曼因为发现拉曼效应而名声大噪。

    虽然他在整个物理学界,不能算最牛的那一批。

    伟大物理学家、顶级物理学家、资深物理学家、普通物理学家,拉曼最多算是t4级普通物理学家。

    但是在印度国内,他是绝对的扛把子。

    而且就在今年,拉曼还被选为了英国皇家学会的院士,成为印度继拉马努金后的第二人。

    这么多荣誉和成果加身,使得拉曼在印度物理学界的地位十分超然。

    加尔各答大学,办公室内。

    拉曼眉头微皱。

    玻色带来的论文,他已经看了超过半小时了,仍然一言未发。

    忽然,他喃喃道:

    “有点意思.”

    玻色趁机连忙阐述道:

    “教授,我认为统计力学中麦克斯韦-玻尔兹曼分布定理,对于光子这样的整数自旋粒子并不成立。”

    “按照泡利教授的观点,整数自旋的粒子,在某一个能级上,可以容纳无限多个粒子。”

    “比如,同一个位置,光子可以无限迭加。”

    “这明显不符合麦克斯韦-玻尔兹曼分布的条件。”

    所谓的麦克斯韦-玻尔兹曼分布,是经典物理学中统计力学的核心理论。

    它主要应用于大量粒子的微观分析。

    但它所描述的粒子体系有限制。

    即:粒子间相互没有任何作用,互不影响,并且各个不同的粒子之间都是可以互相区别的,且所有粒子严格符合力学规律。

    其实就相当于大量的微观硬质小球聚在一起。

    但对于自旋为整数的粒子,如光子而言,其在同一个位置可以无限容纳。

    这在经典统计力学中,是完全不可想象的。

    因此,麦克斯韦-玻尔兹曼分布无法统计光子这样的粒子。

    这时,玻色继续说道:

    “所以,在研究大量光子在空间中的统计状态时,应该使用概率波这样的量子概念。”

    “在概率波基础上的统计,才能真正表征光子的运动情况。”

    “为此,我创造了一种新的统计规律,它适用于自旋为整数的微观粒子的统计。”

    “但是根据这个理论,我却得出了一个匪夷所思的结论。”

    “形象点说,在宏观世界里,同时投掷两枚硬币,出现两正的概率是四分之一。”

    “但若是硬币表现的像光子,那么投掷出两正的概率就变成了三分之一。”

    “因为此时的正反和反正,是同一种状态。”

    “用学术的语言说就是:两个同能量的光子是不能被分辨出来的。”

    “这又与麦克斯韦-玻尔兹曼分布的条件冲突了。”

    “因为传统观点认为不同粒子是可以相互区分的。”

    “但光子不行。”

    玻色说完之后,满脸期待地看着拉曼。

    他的论文之所以被拒收,就是因为他在论文中举的那个硬币例子。

    正常人第一反应肯定是觉得在胡扯。

    这个世界上怎么可能有一模一样,不可区分的事物呢?

    然而事实就是如此。

    这是因为粒子具有全同性概念。

    即:在量子力学中,具有完全相同内禀属性的粒子是不可区分的,这种不可区分性称为全同性。

    这种全同性不仅仅光子有,电子、质子也有。

    只要是量子态的粒子,都有全同性。

    在全同粒子组成的体系中,交换两个粒子的状态不会改变体系的微观状态。

    比如,一个箱子里充满了电子,现在拿出一点,然后再放入另一批的同等数量的电子。

    那么对于箱子而言,它没有任何的变化。

    听起来有点像废话,但在量子领域,却具有重要的意义。

    拉曼此刻已经有点懵逼了。

    玻色的理论,他能大概听懂,但是他没有判断能力,不知道是对是错。

    难怪对方的论文会被拒收,这个观点确实有点匪夷所思。

    玻色是拉曼最看重的物理学接班人。

    在没有把握的情况下,他不愿意对玻色的理论产生任何负面干扰。

    最重要的是,作为现在印度物理学的老大,拉曼必须为所有人排忧解难。

    于是,他笑着说道:

    “玻色,你这篇论文非常有创新性。”

    “我觉得是那些编辑看走眼了。”

    “我不擅长理论物理,所以没法给你很权威的建议。”

    “不过,我可以帮助你把论文发给布鲁斯教授看一看。”

    “你的想法是基于他提出的不确定性原理,或许布鲁斯教授会感兴趣。”

    “你觉得呢?”

    哗!

    玻色闻言喜不自禁。

    其实他在来之前就已经想到这点了。

    不过,一来,他不敢自己直接写信给布鲁斯教授;二来,他也不好意思主动开口让拉曼帮忙。

    万一自己提出的理论是垃圾,冒然发给布鲁斯教授,那岂不是破坏了印度物理学界在对方心中的印象。

    这种后果,玻色可承担不起。

    毕竟,他可不是小汤姆逊,关系够硬。

    拉曼的建议,正好说到了玻色的心坎上。

    “那太感谢您了,教授!”

    “我相信我不会让您失望的!”

    拉曼微微一笑。

    “现在量子力学领域,日新月异,你追我赶。”

    “为了保险起见,我会直接给布鲁斯教授发电报。”

    “不让你的理论蒙尘!”

    玻色心中暖暖的。

    这就是领袖的魅力!

    量子研究所。

    当李奇维接到拉曼的电报后,莞尔一笑。

    他决定帮助对方一把。

    他之所以善待拉曼和玻色,目的是鞭策华夏的学者们不要骄傲,印度和樱国的科学也在迅速发展。

    李奇维希望众人能逐渐摆脱对他的依赖,真正独立起来。

    纵然未来的某一天,他真的统一了四大力,也不代表科学就到尽头了。

    科学永无止境!

    玻色提出的理论,后来发展为玻色-爱因斯坦统计。

    它是描述自旋为整数的粒子的统计规律。

    物理学界为了方便,把自旋为整数的各种不同粒子,统称为“玻色子”。

    所以,光子就是一种玻色子。

    真实历史上,玻色在投稿无果后,曾写信给爱因斯坦,希望得到对方的评价。

    爱因斯坦一眼就看出了玻色理论的巨大价值,亲自把论文递给当时很有名的《德国物理学刊》上发表。

    并且,他还在玻色的基础上,把玻色子概念延伸到原子上,提出了一种新的现象。

    他认为一组高密度的玻色子在接近绝对零度的超低温状态下,会形成一种新的物质状态,即:玻色-爱因斯坦凝聚态。

    这种状态是一种气态的、超流性的状态。

    从爱因斯坦提出这个假设后,直到1995年,才终于被实验证实。

    物理学家使用气态的铷原子在1.7x10^-7k的低温下,首次获得了玻色-爱因斯坦凝聚态。

    那么,这个所谓的玻色-爱因斯坦凝聚态到底有什么用呢?

    其中一个重要作用是能降低光速,把光速降低到每秒几米的程度。

    甚至更进一步还能“冻结”光,然后再释放出来。

    总之,玻色-爱因斯坦凝聚态是量子力学和凝聚态物理学中一个极其重要的理论。

    而它的基础,正是现在玻色所提出的统计规律。

    不过,这一世嘛,估计要改名为玻色-布鲁斯统计和玻色-布鲁斯凝聚态了。

    李奇维大笔一挥,在信中给出了极高的评价。

    几天之后。

    拉曼收到回报,满脸兴奋。

    “玻色,你太幸运了!”

    “布鲁斯教授非常看好你的理论。”

    “他认为这是量子力学领域的又一个重要突破。”

    “《自然》期刊会接收你的论文,并封面发表。”

    “而且,布鲁斯教授还邀请你去欧洲作报告,宣讲你的理论成果。”

    哗!

    玻色简直不敢相信自己的耳朵。

    他竟然能得到布鲁斯教授如此之高的评价,甚至还能去欧洲演讲。

    一时间,他激动地说不出话来。

    拉曼真心为玻色感到高兴。

    对方不仅有了学术突破,甚至还是在最难的理论物理方向。

    何其不易!

    恐怕这就是布鲁斯教授那么看重玻色的原因。

    拉曼内心感慨,他终于不用一个人承担那么大的压力了。

    “印度物理学界后继有人!”

    1924年5月1日。

    《自然》期刊发表了玻色的统计理论。

    论文一出,物理学界轰动!

    这又是一个重磅性的理论成果。

    “怪不得布鲁斯教授一直说量子大世。”

    “这才是真正的大世啊!”

    “之前的相对论,几乎被布鲁斯教授一个人包场了。”

    “而量子力学不同,任何人都有机会参与进来,说不定就能像玻色一样,一鸣惊人!”

    此外,玻色的结论,也开启了粒子全同性的研究热潮。

    真实历史上,这个概念随着量子力学的发展,逐渐成为一个共识,被物理学家们所接受。

    接着,当玻色和李奇维的故事传开后,又引起一阵惊呼,众人无不羡慕。

    “这是大佬提携后辈的典范!”

    仅仅十天之后,李奇维再发雄文。

    他在玻色统计规律的基础上,提出了物质凝聚态假说。

    论文一出,物理学界骇然!

    这是继气态、液态、固态、等离子态之后,物质的第五种形态!

    “我的天啊!”

    “布鲁斯教授这是把玻色的理论硬生生拔高一个层级!”

    “他竟然从理论上得出了一个全新的物质形态!”

    “简直恐怖如斯!”

    玻色在看完论文后,震撼不已。

    他的理论是针对光子这样的粒子,但是竟然也可以推广到原子层面?

    这是他从来没有想过的。

    “布鲁斯教授的思想如星空一般浩瀚无垠。”

    得益于玻色和李奇维在新统计规律上的贡献。

    物理学界把这种全新的统计理论称为玻色-布鲁斯统计。

    与之对应的凝聚态,则被称为玻色-布鲁斯凝聚态。

    一时间,量子力学研究如火上浇油一般。

    (本章完)

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