薛定諤講的量子物理學的故事-079

前言

　　為夢想成為薛定諤那樣偉大的科學家的青少年講述的“量子物理學”的故事 現(xiàn)代科學問世已經有100多年了。它可以分為相對論和量子物理學兩大方面。既然已經有100多年的歷史，那么相對論和量子物理學對現(xiàn)代人來說應該成為一種常識。 可遺憾的是能夠學習相對論和量子物理學的地方并不多。這可能是大家都認為它們是與日常生活關系不大且晦澀難懂的理論。 我在創(chuàng)作這本量子物理學的時候，腦中不斷閃現(xiàn)要讀這本書的學生們的臉龐。為了不使他們感到難以理解，我在創(chuàng)作過程中多次添加許多小故事，認為有些不合適又將它們刪減。如此反復，我對書稿修改了許多遍。 通過這本書，我想闡述的觀點只有一個：所謂量子物理學就是把不連續(xù)的物理量用波動方程即薛定諤方程來研究，其結果用概率來解釋的一門物理學科。這句話是整本書的主題，也是核心內容。 為了解釋此主題，我嘗試著進行物理學上的說明，也插入了一些漫畫內容。 這本書如果能成為各位通往量子物理學的領路人的話，那么就實現(xiàn)了它最大的價值。 最后，感謝為了出版此書而付出辛勤勞動的各位編輯。 郭泳植

內容概要

　　一提到物理，很多人就皺起了眉頭，再提到現(xiàn)代物理學研究，人們更是覺得晦澀難懂?？墒枪径灳幹摹犊茖W家講的科學故事079：薛定諤講的量子物理學的故事》這本書將會改變大家對物理。對現(xiàn)代物理學的看法?！犊茖W家講的科學故事079：薛定諤講的量子物理學的故事》并沒有對量子物理學進行非常詳細的講解，而是對它的基本概念做了清晰明了的解釋，這樣可以引起大家對這門學科的興趣，為同學們開啟學習量子物理學之門?！犊茖W家講的科學故事079：薛定諤講的量子物理學的故事》對那些希望學習自然科學和現(xiàn)代科學的學生來說是一個非常好的出發(fā)點。

作者簡介

　　郭泳稙，畢業(yè)于首爾大學自然科學系物理學專業(yè)，并獲得美國肯塔基大學博士學位。從1985年起至今，在水原大學物理專業(yè)任教。著有多部科普類書籍。

書籍目錄

第二課　微觀世界的旅行第三課　能量是粒子第四課　揭開光的本質第五課　鳥類王國和野獸王國間的戰(zhàn)爭第六課　光的二象性第七課　概率的世界第八課　概率和量子物理學第九課　不確定性原理附錄科學家簡介科學年代表核心內容測試現(xiàn)代科學辭典

章節(jié)摘錄

　　大家好，我是生活在距今80年前奧地利維也納的埃爾溫·薛定諤。我生活的維也納是歐洲文化學術的中心。在咖啡館和餐廳經常會有年輕學生們針對哲學、文學或是科學的話題展開激烈討論的場景。在維也納也有非常多的書店，可是書卻并不是很多。我為了買到需要的書經常穿梭于好幾個書店間，有時候還不得不訂購國外的書。那時我總在想只要有足夠的書學習起來一定會很方便。然而我來到現(xiàn)在的書店一看，大吃一驚。書店里的書堆積如山，幾乎沒有找不到的書。書店大得仿佛一起去的人一分開就很難再找到。更讓我吃驚的一點是，解釋科學原理的科學著作非常多。它們簡潔明了地解釋了許多像我這種生活在80年前的科學家理解起來也很困難的內容，而且科學家親自說明自己專業(yè)領域的書也很多。因此，今天的學生們對以前的科學家非常了解?？墒牵矣幸稽c小小的遺憾。那就是從牛頓到愛因斯坦都熟知的學生們對我卻幾乎一無所知，連我的名字都不知道，更不用說知道我是做什么的了。我試著問了幾個學生量子物理學是什么，有的學生居然回答是不是只有兩個人才能很好解決的一門學問。他們認為，因為叫做 “兩子”物理學，所以肯定不是一個人而是兩個人互相合作進行研究的一門學問。我簡直無語了。我也承認牛頓是一位偉大的科學家。牛頓（Isaac Newton， 1642—1727）發(fā)現(xiàn)2000年來人們一直深信不疑的古代科學是錯誤的，他闡述了力和運動的正確關系，成為近代科學的奠基人。牛頓被人們認為是偉大的科學家是非常正確的。正是建立在牛頓力學的基礎上，我們可以蓋高層建筑，鋪路，制造汽車。另一方面，愛因斯坦（Albert Eitein，1879—1955）又揭示了牛頓的力學也并不是完全正確的。他主張牛頓的力學也有一部分應該得到修正，只有通過修正才能準確說明自然現(xiàn)象和宇宙的構造。愛因斯坦當之無愧也是一位偉大的科學家?？墒莾H憑牛頓力學和愛因斯坦的相對論并不能令人滿意地解釋原子和分子。如果只靠牛頓力學和愛因斯坦的相對論這兩種理論的話，那么我們就完全無法了解比原子還小的電子和質子這些微小粒子。那么就不會存在電子工程、電腦這些東西。在大家現(xiàn)在廣泛使用的電腦和游戲機里真正起作用的其實是我們的肉眼根本看不見的微小電子。存在于電腦和游戲機里的無數個電子會根據我們對鍵盤的敲擊和對操縱桿的控制制作出各種各樣的圖畫和聲音，電子按照我們的命令來工作。電子如此聽話是因為我們掌握了它。那么我們是怎樣完全了解肉眼看不到的電子并且游刃有余地使用它的呢？我不會說是我一個人擔當了所有的工作。但是如果要在多個從事這項工作的人當中指出一個最重要的人的話，那一定是我。因為，量子物理學揭示了比原子還小的微觀世界里發(fā)生的事情，它的核心就是我建立起來的方程。這個方程的名字便是薛定諤方程?？墒呛芏鄬W生并不知道量子物理學。他們認為我研究出來的量子物理學太難懂了。為了讓學生們很好地理解量子物理學，讓他們知道它的重要性，我只有一個方法：那就是簡明扼要且生動有趣地親自向學生說明。現(xiàn)在可以理解我為什么要開始我的量子物理學課程了吧？量子物理學并不是知道更好、不知道也可以的學科，而是作為現(xiàn)代人無論是誰都要了解的一門最基礎最重要的學科。那么，從現(xiàn)在開始就來好好聽聽我的課程吧！在正式進入量子物理學之前，我先來做一個自我介紹。我1887 年8月12日出生于奧地利維也納。父親從爺爺手中繼承了一家化學工廠，是一名實業(yè)家。母親是英國科學家的女兒。我沒有兄弟姐妹是獨生子，所以從小我便和姨媽們一起長大。我沒念過小學，并不是因為家境不好，我跟家庭教師學習，接受的是個人教育。在當時這種教育形式很普遍。但是為了上大學就必須要讀人文學校。我11歲時在一所坐落于維也納貝多芬廣場的人文學校入學，畢業(yè)時19歲。因此，人文學校可以說是相當于韓國的中學和高中。剛開始父母擔心我進入人文學校會落后于其他同學，不能好好學習。其實我在人文學校學習的內容很有趣。有的人認為比起那些無論什么事都努力做的人，出于熱情而做事的人才會做得更好。我雖然也很用功讀書，可是更重要的是我很喜歡讀書。有人說這世上怎么會有喜歡念書的人，可是我真的認為讀書很有意思。 1906年在我19歲那年，我進入維也納大學物理系學習。維也納大學物理專業(yè)是培養(yǎng)出了許多知名科學家的著名專業(yè)。其中包括發(fā)現(xiàn)多普勒效應的多普勒，為熱力學發(fā)展做出巨大貢獻的斯特潘和玻爾茲曼。能夠在擁有如此傳統(tǒng)的大學物理系學習對我來說是件非常幸運的事情。 1910年我獲得博士學位畢業(yè)?？赡苡行┤藭荏@訝，入學4年就獲得博士學位。當時這種學生有很多，算不上什么稀奇的事情。大學畢業(yè)后我在軍隊接受了一年的訓練，之后通過考試被任命為預備役少尉。所以1年后重新回到學校一邊做助教一邊準備應聘教授的論文。愛因斯坦來到維也納大學演講就是在這個時候。1913年正是愛因斯坦發(fā)表了狹義相對論正在準備廣義相對論的時候。當時愛因斯坦已經是世界知名的科學家，好多人都來聽他的演說。我也從愛因斯坦的演說當中得到很多感悟，它們成為支撐我今后研究的重要精神力量。遞交論文獲得教授資格證是在1914年的春天。想在大學任教需要這個資格證。我本想教書的同時還可以進行專門的研究，可是這一愿望并沒有實現(xiàn)，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)了。當時作為預備役少尉的我也收到征集令，于1914年7月重新回到了軍隊。第一次世界大戰(zhàn)是在以德國和奧地利為首的同盟國和以英國、法國和俄國為首的協(xié)約國之間展開的戰(zhàn)爭。歐洲幾乎所有國家都卷入戰(zhàn)爭，美國和日本也參戰(zhàn)，戰(zhàn)爭從1914年持續(xù)到1919年。這場戰(zhàn)爭奪去了兩個陣營中無數年輕人的生命，使大批人失去家園四處流浪。這場戰(zhàn)爭讓我深刻體會到戰(zhàn)爭有多么殘酷。第一次世界大戰(zhàn)結束后我重新回到維也納大學?？墒且磺卸甲兞?，不僅學校的事情一塌糊涂，父親的事業(yè)也舉步維艱最終只能關門大吉。我不得不過著拮據的日子。這一時期我學習了不同派別的哲學，現(xiàn)在想起來還真是一件有意義的事情。我不僅學習了歐洲哲學還接觸到了東方哲學思想。雖然不能明確說出這種學習對我之后在量子物理學方面的研究有著怎樣的幫助，可是它確實是對我的人生產生了種種影響。學習哲學的同時我也沒有放松對物理的研究。當時主要是研究光和色彩的性質?？墒侵豢孔鲋痰墓べY生活真的是很艱難。為了找到能提供更好待遇的地方，我去了德國和瑞士的大學。甚至有一次18個月內搬了3次家。這足以說明由于戰(zhàn)爭德國和奧地利的狀況有多么的糟糕。即使在這種艱苦的條件下我仍然堅持研究。時間慢慢地流淌，狀況一點點變好，我可以專心致力于我的物理研究了。經歷過困苦人就會變得越發(fā)堅強。不久之后我開創(chuàng)了量子物理學，這可以說是得益于戰(zhàn)爭中經歷的一些磨礪。1926年我提出了薛定諤方程完成了量子物理學，此時距一戰(zhàn)結束已經有7年了。正因為這個方程我在 1933年獲得諾貝爾物理學獎。 我建立的薛定諤方程用來推測電子是如何運動的，是量子物理學里最重要的公式。那么現(xiàn)在我要說明什么是量子物理學，什么是薛定諤方程了。量子物理學和薛定諤方程比想象中的要復雜，就連我現(xiàn)在都在擔心能不能很好地說明它們。不過只要各位好好聽我的講義，我想一定會沒有問題的。 　　……

編輯推薦

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