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《1900:游走在欧洲的物理学霸》第559章 神来之笔!布鲁斯方程!统一狭义相

    第559章神来之笔!布鲁斯方程!统一狭义相对论和量子力学!惊世骇俗!

    柏林工业大学会场内。

    众人全都理解了波动力学的第二个问题。

    对于在场的他们而言,波动力学的计算形式还是很简单的。

    至少理解起来问题不大。

    但是,众人却深深震撼。

    问题中竟然还隐藏着量子力学和相对论的矛盾。

    这简直是物理学领域的天大之事!

    必须解决!

    此刻,投影仪打开。

    在众人的震惊和期待之下,李奇维开始了他的解法。

    “各位,请再次看这个方程:e=pc+mc。”

    “我对它做了一些变换操作。”

    “首先,方程两边同时除以c,于是变成:e/c=p+mc。”

    “接着,两边同时开根号,变成:e/c=√(p+mc)。”3

    众人看后都非常疑惑。

    “这跟刚刚没啥区别啊?”

    之前公式2是e=√(pc+mc)。

    现在相当于两边同时除以c,就变成了布鲁斯教授的公式3。

    但是这样依然无法解决薛定谔遇到的矛盾性。

    不过,大家都没有出声质疑。

    显然,布鲁斯教授肯定知道这一点。

    这时,李奇维提高声音,眼神犀利。

    “注意,最关键的地方来了!”

    众人仿佛又回到了听老师上课的学生青春时代。

    “此时,我令p+mc=(αp+βmc)。”

    “那么,公式3就可以写成:e/c=αp+βmc。”

    “看,这样一来,我们就能既消除根号,又没有使用平方,完美解决了问题。”

    哗!

    众人皆是一惊!

    难道让薛定谔等人苦恼一整年的问题,这么简单就被解决了?

    这也太不可思议了!

    “我的天啊!”

    “这也太简单了,我感觉我好像都能想出来。”

    “为什么薛定谔那样的天才会想不到?”

    “这其中肯定有什么问题吧。”

    “.”

    众人议论纷纷。

    台下的薛定谔眉头微蹙,他觉得布鲁斯教授的转换有点问题。

    仅仅用α和β代替平方,如果真的能这么简单,他干脆一头撞死算了。

    忽然,他想到了问题所在。

    “教授,这样转换确实可以消除根号。”

    “但是你的方程中,α和β真的存在吗?”

    此时,薛定谔站了起来,他已经完全想清楚了。

    “我给大家形象地解释一下。”

    “布鲁斯教授的想法,就相当于求解【x+y=(ax+by)】。”

    “把方程的右边展开可得:x+y=ax+by+2abxy。”

    “很显然,如果想让这个等式成立。”

    “那么必须:a=b=1,且ab=0。”

    “但是,这怎么可能呢?”

    “所以,我认为布鲁斯教授的转换有问题。”

    哗!

    会场立刻喧嚣起来。

    众人一下就听懂了薛定谔的例子,甚至都不需要他写出来。

    很显然,这样的a和b是不可能存在的。

    ab根本没有实数解,甚至都没有复数解。

    也就是说,这种转换有问题。

    换言之,布鲁斯教授的α和β根本不存在!

    既然不存在,就算消除了根号也没有了意义。

    因为那只是形式上的消除,是根本没有解的方程。

    此刻,众人再次看向布鲁斯教授,他要怎么解释薛定谔的反驳呢?

    面对薛定谔的疑惑,李奇维微微一笑。

    “不错,薛定谔举的例子很好。”

    “它完美地说明了推导中的问题。”

    忽然,他霸气侧漏,震慑全场。

    “不过,你们解不出来,我却能解出来!”

    轰!

    全场骇然!

    所有人都不敢置信!

    这个方程的矛盾性连中学生都能看出来。

    怎么可能还有解?

    a怎么可能既是1又是零呢?

    “不可能!绝对不可能!”

    紧接着,李奇维就说道:

    “首先,薛定谔的展开没有问题。”

    “但是,有一个地方,我认为可以稍作改动。”

    “各位请看屏幕。”

    “x+y=ax+by+2abxy,这是薛定谔的方程。”

    “现在,我把它改写成:x+y=ax+by+(ab+ba)xy。”

    众人更纳闷了。

    把2ab分开写成ab+ba有什么额外的意义呢?

    李奇维继续道:

    “此时,ab+ba=0,但若同时假设ab≠ba,会发生什么呢?”

    “没错!”

    “方程就可以成立了!”

    “所以,我们只需要找到符合上述条件的a和b的数值即可。”

    哗!

    众人简直一脸懵逼!

    大家的脸上充满了疑惑。

    “啥?”

    “谁能告诉我,到底什么情况?”

    “ab怎么可能不等于ba呢?”

    “这不是扯淡吗?”

    会场内顿时嘈杂起来,众人交头接耳,百思不得其解。

    不仅ab+ba=0,还要ab≠ba,这怎么可能嘛?

    哪怕是普朗克、爱因斯坦等大佬也懵圈了。

    他们直觉认为这个变换肯定有深意。

    但是这也太深了。

    真的存在符合a和b的数字吗?

    薛定谔看着屏幕上的推导,他感觉自己的脑细胞都不够用了。

    布鲁斯教授的奇思妙想太匪夷所思了。

    然而,海森堡的眼睛却越来越明亮,他感觉眼前这个东西很熟悉,很熟悉。

    “老天啊!”

    “该不会是那样吧?”

    这时,李奇维看着众人,忽然一笑。

    他的话让全场都骇然了!

    “大家还没看出来吗?”

    “a乘以b不等于b乘以a,这不就是矩阵吗。”

    “海森堡的矩阵力学就是因为发现这个现象而提出的。”

    “没错,如果a和b不是数字,而是矩阵,那么一切都可以说通了!”

    “而且,确实存在这样的a矩阵和b矩阵。”

    “a=[01]b=[10]

    [10][0-1]”

    “a和b都是2x2的矩阵。”

    “它们满足ab+ba=0,且ab≠ba。”

    静!

    死一般的寂静!

    所有人都被这“神来一笔”给震惊了。

    波动力学中竟然引入了矩阵!

    这是何等天马行空、惊才绝艳的想法!

    “哦!上帝啊!”

    “布鲁斯教授简直太神了!”

    “我们所有人都以为ab是个具体的数,但是布鲁斯教授竟然把它们想成是矩阵!”

    “太牛逼了!”

    “太吊了!”

    会场内爆发出一阵惊呼声。

    众人全都佩服的五体投地!

    海森堡的眼中爆发出璀璨精芒。

    “果然如此!”

    “真的是矩阵!”

    “布鲁斯教授把矩阵力学的核心应用在了波动力学上。”

    “哈哈哈~”

    “我的矩阵力学才是量子力学的正统!”

    “波动力学需要靠矩阵力学来完善!”

    “我看以后还有谁敢说矩阵力学不好。”

    此刻,海森堡意气风发,十足快哉。

    矩阵力学在布鲁斯教授的手里,简直出神入化,仿佛能够解释世间的一切。

    薛定谔目瞪口呆,不敢置信!

    在他的波动力学中,竟然出现了矩阵。

    而且只有矩阵才能解释他方程中的问题。

    薛定谔又喜又悲,简直和做梦一般。

    喜的是,波动力学的缺陷被解决了。

    悲的是,是被矩阵力学解决了。

    他长叹一声。

    “哎,也算是好事。”

    这时,李奇维继续说道:

    “解决了这个最关键的难题,下面的内容就好推导了。”

    “现在我们回到刚才的问题。”

    “由于薛定谔的波动方程是三维的,所以动量p含有xyz三个分量。”

    “再加上mc,那么就一共需要四个未知数。”

    “所以,我们需要引入了一个4x4的矩阵。”

    “矩阵的推导过程如下所示:”

    唰!

    唰!!

    唰!!!

    ~~~

    李奇维下笔如有神,看的在场众人眼缭乱。

    纷繁复杂的矩阵,在他手里犹如庖丁解牛。

    众人根本不敢眨眼走神,因为耽误一秒,可能下一步就看不懂了。

    三十分钟过后,李奇维终于停下笔。

    “大家请看。”

    “这就是我改造后的波动方程。”

    “相比薛定谔的版本,这个方程可以精确描述电子以接近光速运动时的状态。”

    “这时,可能会有人疑问:那电子自旋呢?”

    “呵呵。”李奇维微微一笑。

    “大家不要忘了,矩阵力学优于波动力学的地方,就在于它能够解释电子自旋。”

    “因为想描述自旋,就必须引入矩阵。”

    “而现在,这个新的波动方程中,也包含矩阵了,所以它自然就可以描述自旋。”

    (为什么矩阵就能描述自旋,这里面涉及的数学知识比较复杂,此处不再介绍。)

    “只要做以下变换即可。”

    唰!

    唰唰!

    唰唰唰!

    又是一通操作,最后新的波动方程精简为一个特殊的形式。

    “这就是自旋!”

    呼!

    李奇维重重突出一口气。

    总算完成了。

    以上的内容,就是大名鼎鼎的狄拉克方程。

    它是相对论形式的薛定谔方程。

    真实历史上,狄拉克在参加完第五届索尔维会议后,仅仅一年,就提出了狄拉克方程。

    论文一出,举世震惊!

    整个物理学界都被这个方程震撼了!

    因为它把量子力学和狭义相对论统一了,简直惊世骇俗。

    当然,它还有一个更加惊世骇俗的推论:正电子。

    这就是狄拉克,堪称量子力学的第一天才!

    他不为人熟知,是因为他太过低调,从不招摇,只喜欢一个人研究数学和物理。

    不过这一世,应该叫“布鲁斯方程了”。

    李奇维只能在心中默默安慰狄拉克。

    “小狄啊!李叔不白拿你的东西,回去请你吃大餐。”

    此刻,所有人都惊呆了!

    他们无论如何也想不到,布鲁斯教授说的有点内容,竟然是如此惊人的理论。

    太震撼了!

    “天啊!”

    “太夸张了!”

    “布鲁斯教授的实力太强大了!”

    “他这是统一了量子力学和狭义相对论!”

    “这是一个光想想就让人膜拜的成就。”

    “他亲手创建了两个截然不同的理论,现在又尝试把它们统一在一起。”

    “这就是大佬,在物理学领域可以随心所欲。”

    薛定谔头皮发麻!

    他的内心犹如翻江倒海一般。

    屏幕上的推导过程,被他一点一点地刻进脑海。

    “原来是这样”

    “怪不得我无论想什么办法都解释不了自旋。”

    “波动力学和矩阵力学,从来不是相互独立,而应该相互借鉴。”

    薛定谔在这点上比海森堡大气很多。

    他并不排斥矩阵力学,只要是对他的理论有帮助,都可以学习。

    但是,他确实想不到如此奇妙的点子。

    布鲁斯教授用一种天马行空的思考方式,把矩阵缝入波动力学之中。

    薛定谔现在有点理解,为何他找了数学家也没用。

    因为这个新的波动方程,不仅需要数学技巧,还要物理思想。

    二者合二为一,缺一不可!

    薛定谔有物理思想,但是他不熟悉矩阵,想不到这种变换。

    他找的那些数学家知道矩阵,但是他们没有物理思想,也不会往这种变换上想。

    所以,只有同时精通数学和物理的布鲁斯教授,才能捅破这层禁锢,打开新的天地。

    爱因斯坦神色激动。

    他从布鲁斯的推导中,嗅到了一丝统一的味道。

    这可是他梦寐以求的壮举啊!

    曾几何时,爱因斯坦头铁,想要统一引力和电磁力,可惜没有成功。

    后来,强力和弱力的提出,让他只能放弃。

    毕竟现在自然界的基本力变成了四个,而不是两个,他的统一方式有问题。

    而现在,布鲁斯却为他展现了一种新的统一方式。

    那就是把量子力学和相对论给统一了。

    虽然只是统一了狭义相对论,但也足够惊世骇俗了。

    他信誓旦旦地对旁边的普朗克说道:

    “我估计再过几年,布鲁斯应该能把广义相对论也和量子力学融合。”

    普朗克笑着说道:

    “按照他这个发展趋势,我感觉很有可能。”

    然而,两位大佬想不到的是,真实历史上,这样的统一理论过了一百年都没有完成。

    量子力学和狭义相对论可以很好地兼容,但是和广义相对论就完全没法融合。

    一切都是因为引力的存在。

    量子场论把世间的一切都量子化了,唯独不能量子化引力。

    这就是量子力学和广义相对论的核心矛盾。

    在针对这个问题的猜想中,后世有一种猜想堪称脑洞突破天际。

    反过来!

    什么意思呢?

    不是把引力量子化,而是把其它三种力【引力化】!

    这种猜想认为,宇宙中其实只有一种基本力,那就是引力。

    另外三种力只是引力在特殊时空规则下的变化形态。

    不得不说,这个猜想确实极其大胆,而且足够创新。

    当然,目前还没有什么进展。

    此刻,李奇维初步把量子力学和狭义相对论统一,让爱因斯坦等大佬看到了统一的曙光。

    后排角落处,李承道简直震惊的说不出话来。

    “二弟又一次对了!”

    “竟然真的是引入矩阵!”

    “这”

    李承道实在想不出用什么词语来形容自己的二弟了。

    惊为天人!

    三天前的演讲,李承德虽然也都预言对了。

    但是那场演讲需要用到的数学和物理知识并不多。

    主要还是考验想象力。

    但是今天的内容不同。

    看着屏幕上密密麻麻的推导,李承道觉得自己在看天书。

    对于李承德来说,那就更不用说了。

    但是,对方依然能够凭借强悍的直觉,抓住最核心的东西。

    “既然矩阵能证明自旋,用矩阵的方法不就好了。”

    李承德的想法就是如此朴实无华,但却切中要害!

    李承道唏嘘道:

    “二弟,听我的,以后学物理吧。”

    李承德一副无所谓的样子。

    “哎呀大哥,我还没玩够呢。”

    “我准备先学点音乐,吸引妹子。”

    “再我看破红尘,满眼红粉骷髅之时,再遁入物理门,追寻真理之路。”

    李承道:

    此刻,会场内的气氛彻底引爆。

    在场的诸多大佬们,哪怕不懂量子力学,也至少能看懂推导的思路和过程。

    新的波动方程比之前的量子真空涨落更重要。

    前者是实打实推导出来的理论,而后者只是个猜想。

    而且新波动方程解决了波动力学的两个难题,完善了它的根基。

    至此,量子力学的两个版本全都完美了。

    从任意一个都能推导出旧量子论的一切内容。

    量子力学大成了!

    不过,薛定谔、海森堡、泡利、爱因斯坦、普朗克等量子大佬们知道。

    量子力学还剩下最后一个关键问题。

    那就是对波粒二象性的解构!

    这也是上次量子力学论道大会的遗留。

    如今波动力学和矩阵力学再无瑕疵。

    但是它们之间的深刻矛盾还没有解决。

    电子和光子既可以是波动也可以是粒子。

    那么问题来了?

    它们什么时候表现为波?什么时候表现为粒子?

    什么因素会影响它们到底变为波还是粒子。

    很多实验证据已经表明,电子要么表现为波,比如电子衍射;要么表现为粒子,比如碰撞实验。

    暂时还没有发现也不能理解电子同时是波和粒子的现象。

    那么这其中到底是哪个变量在给电子“下指令”呢?

    电子总不可能有自我意识吧。

    “哦,现在我该为波动了。”

    “咦,下一秒我该表现为粒子了。”

    以前的光子也是这个问题,但当时连量子力学都没发展出来,自然就无法解释。

    但是现在量子力学已经足够成熟,这个问题必须要解决了。

    量子力学必须统一粒子和波动。

    真实历史上,玻尔提出的互补原理,解决的就是以上的问题。

    对单个量子客体的完整叙述,必须包含波动性和粒子性。

    而这一切,都将在第四届布鲁斯会议上揭晓!

    现在,李奇维看着众人,继续说道:

    “根据新的波动方程,我们可以得出一个结论。”

    “即:电子自旋是狭义相对论的必然要求!”

    “自旋是用来描述电子磁矩的物理量。”

    “它和质量、电荷等一样,都是电子的固有属性。”

    “它不是我们假想出来的电子行为。”

    众人闻言点点头。

    电子自旋概念在刚提出的时候,确实遭受到了质疑。

    因为它实在有点像硬凑出来的。

    那时,关于第四量子数的研究如火如荼。

    很多物理学家都在寻找它的踪迹。

    最终被乌伦贝克三人捷足先登。

    他们发现了自旋。

    可是没有人能够解释自旋的来源和机制。

    哪怕是当时的布鲁斯教授也不行。

    而今天,自旋的秘密终于被解决了。

    此刻,众人心情很好。

    布鲁斯教授果然从来不会让人失望。

    今天的会议内容一旦公开,必将引起物理学界的超级大地震。

    主持人g·赫兹准备上台总结,开启下一个讨论环节。

    然而,他刚走几步,却发现了不对劲。

    “布鲁斯教授怎么还没有动?”

    “他的理论不是讲完了吗?”

    g·赫兹有点疑惑了。

    “这是什么情况?”

    很快,在场众人全都发现了这个异常。

    在他们惊奇的目光下,布鲁斯教授抬起头,背过身,眼睛盯着前方的投影屏幕,若有所思。

    哗!

    会场为之一静!

    所有人屏住呼吸,不敢打扰到布鲁斯教授的思考。

    “啊?什么情况?难道这个新波动方程有什么问题?”

    “不可能吧,在场有这么多量子力学大佬,如果真有问题,应该早被看出来了。”

    “那布鲁斯教授是在看什么?”

    “不知道”

    海森堡盯着公式又仔细看了几遍。

    他可以确定,布鲁斯教授的推导绝对没有任何问题。

    所以,他也很好奇。

    “师兄,你觉得布鲁斯教授在看什么?”

    泡利闻言,一双犀利的眼睛来回扫动。

    他认为布鲁斯教授肯定是发现了什么奇怪的东西。

    “难道是新方程还有不兼容的情况?”

    “不可能啊!”

    “想不通。”

    泡利摇了摇头。

    普朗克、爱因斯坦等人你看看我,我看看你,都很懵圈。

    没有人知道到底怎么了。

    一分钟

    五分钟.

    众人无比相信布鲁斯教授,所以大家都在小声讨论,不敢高声喧哗打扰。

    足足十分钟之后,李奇维终于开口了。

    他喃喃自语:

    “原来如此。”

    接着,李奇维回过神来,面对众人,灿然一笑。

    “不好意思,各位,我刚刚想问题出神了。”

    “因为我发现新的波动方程有一个奇怪的现象。”

    “或许,我应该告诉你们。”

    “这可能会颠覆物理学界目前对物质的认知。”

    哗!

    全场骇然!

    颠覆对物质的认知?

    要怎么颠覆?

    (本章完)

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