薛定諤講的量子物理學(xué)的故事-079

前言

　　為夢(mèng)想成為薛定諤那樣偉大的科學(xué)家的青少年講述的“量子物理學(xué)”的故事 現(xiàn)代科學(xué)問世已經(jīng)有100多年了。它可以分為相對(duì)論和量子物理學(xué)兩大方面。既然已經(jīng)有100多年的歷史，那么相對(duì)論和量子物理學(xué)對(duì)現(xiàn)代人來說應(yīng)該成為一種常識(shí)。 可遺憾的是能夠?qū)W習(xí)相對(duì)論和量子物理學(xué)的地方并不多。這可能是大家都認(rèn)為它們是與日常生活關(guān)系不大且晦澀難懂的理論。 我在創(chuàng)作這本量子物理學(xué)的時(shí)候，腦中不斷閃現(xiàn)要讀這本書的學(xué)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(rèn)為有些不合適又將它們刪減。如此反復(fù)，我對(duì)書稿修改了許多遍。 通過這本書，我想闡述的觀點(diǎn)只有一個(gè)：所謂量子物理學(xué)就是把不連續(xù)的物理量用波動(dòng)方程即薛定諤方程來研究，其結(jié)果用概率來解釋的一門物理學(xué)科。這句話是整本書的主題，也是核心內(nèi)容。 為了解釋此主題，我嘗試著進(jìn)行物理學(xué)上的說明，也插入了一些漫畫內(nèi)容。 這本書如果能成為各位通往量子物理學(xué)的領(lǐng)路人的話，那么就實(shí)現(xiàn)了它最大的價(jià)值。 最后，感謝為了出版此書而付出辛勤勞動(dòng)的各位編輯。 郭泳植

內(nèi)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(xué)研究，人們更是覺得晦澀難懂。可是郭泳稙編著的《科學(xué)家講的科學(xué)故事079：薛定諤講的量子物理學(xué)的故事》這本書將會(huì)改變大家對(duì)物理。對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的看法?！犊茖W(xué)家講的科學(xué)故事079：薛定諤講的量子物理學(xué)的故事》并沒有對(duì)量子物理學(xué)進(jìn)行非常詳細(xì)的講解，而是對(duì)它的基本概念做了清晰明了的解釋，這樣可以引起大家對(duì)這門學(xué)科的興趣，為同學(xué)們開啟學(xué)習(xí)量子物理學(xué)之門。《科學(xué)家講的科學(xué)故事079：薛定諤講的量子物理學(xué)的故事》對(duì)那些希望學(xué)習(xí)自然科學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)的學(xué)生來說是一個(gè)非常好的出發(fā)點(diǎn)。

作者簡介

　　郭泳稙，畢業(yè)于首爾大學(xué)自然科學(xué)系物理學(xué)專業(yè)，并獲得美國肯塔基大學(xué)博士學(xué)位。從1985年起至今，在水原大學(xué)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(zhì)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(xué)第九課　不確定性原理附錄科學(xué)家簡介科學(xué)年代表核心內(nèi)容測(cè)試現(xiàn)代科學(xué)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(xué)術(shù)的中心。在咖啡館和餐廳經(jīng)常會(huì)有年輕學(xué)生們針對(duì)哲學(xué)、文學(xué)或是科學(xué)的話題展開激烈討論的場(chǎng)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(jīng)常穿梭于好幾個(gè)書店間，有時(shí)候還不得不訂購國外的書。那時(shí)我總在想只要有足夠的書學(xué)習(xí)起來一定會(huì)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(diǎn)是，解釋科學(xué)原理的科學(xué)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(xué)家理解起來也很困難的內(nèi)容，而且科學(xué)家親自說明自己專業(yè)領(lǐng)域的書也很多。因此，今天的學(xué)生們對(duì)以前的科學(xué)家非常了解?？墒?，我有一點(diǎn)小小的遺憾。那就是從牛頓到愛因斯坦都熟知的學(xué)生們對(duì)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(gè)學(xué)生量子物理學(xué)是什么，有的學(xué)生居然回答是不是只有兩個(gè)人才能很好解決的一門學(xué)問。他們認(rèn)為，因?yàn)榻凶?“兩子”物理學(xué)，所以肯定不是一個(gè)人而是兩個(gè)人互相合作進(jìn)行研究的一門學(xué)問。我簡直無語了。我也承認(rèn)牛頓是一位偉大的科學(xué)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(xué)是錯(cuò)誤的，他闡述了力和運(yùn)動(dòng)的正確關(guān)系，成為近代科學(xué)的奠基人。牛頓被人們認(rèn)為是偉大的科學(xué)家是非常正確的。正是建立在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)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(xué)也并不是完全正確的。他主張牛頓的力學(xué)也有一部分應(yīng)該得到修正，只有通過修正才能準(zhǔn)確說明自然現(xiàn)象和宇宙的構(gòu)造。愛因斯坦當(dāng)之無愧也是一位偉大的科學(xué)家?？墒莾H憑牛頓力學(xué)和愛因斯坦的相對(duì)論并不能令人滿意地解釋原子和分子。如果只靠牛頓力學(xué)和愛因斯坦的相對(duì)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(zhì)子這些微小粒子。那么就不會(huì)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(jī)里真正起作用的其實(shí)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(jī)里的無數(shù)個(gè)電子會(huì)根據(jù)我們對(duì)鍵盤的敲擊和對(duì)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?yàn)槲覀冋莆樟怂?。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?huì)說是我一個(gè)人擔(dān)當(dāng)了所有的工作。但是如果要在多個(gè)從事這項(xiàng)工作的人當(dāng)中指出一個(gè)最重要的人的話，那一定是我。因?yàn)?，量子物理學(xué)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(gè)方程的名字便是薛定諤方程?？墒呛芏鄬W(xué)生并不知道量子物理學(xué)。他們認(rèn)為我研究出來的量子物理學(xué)太難懂了。為了讓學(xué)生們很好地理解量子物理學(xué)，讓他們知道它的重要性，我只有一個(gè)方法：那就是簡明扼要且生動(dòng)有趣地親自向?qū)W生說明?，F(xiàn)在可以理解我為什么要開始我的量子物理學(xué)課程了吧？量子物理學(xué)并不是知道更好、不知道也可以的學(xué)科，而是作為現(xiàn)代人無論是誰都要了解的一門最基礎(chǔ)最重要的學(xué)科。那么，從現(xiàn)在開始就來好好聽聽我的課程吧！在正式進(jìn)入量子物理學(xué)之前，我先來做一個(gè)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(xué)工廠，是一名實(shí)業(yè)家。母親是英國科學(xué)家的女兒。我沒有兄弟姐妹是獨(dú)生子，所以從小我便和姨媽們一起長大。我沒念過小學(xué)，并不是因?yàn)榧揖巢缓茫腋彝ソ處煂W(xué)習(xí)，接受的是個(gè)人教育。在當(dāng)時(shí)這種教育形式很普遍。但是為了上大學(xué)就必須要讀人文學(xué)校。我11歲時(shí)在一所坐落于維也納貝多芬廣場(chǎng)的人文學(xué)校入學(xué)，畢業(yè)時(shí)19歲。因此，人文學(xué)?？梢哉f是相當(dāng)于韓國的中學(xué)和高中。剛開始父母擔(dān)心我進(jìn)入人文學(xué)校會(huì)落后于其他同學(xué)，不能好好學(xué)習(xí)。其實(shí)我在人文學(xué)校學(xué)習(xí)的內(nèi)容很有趣。有的人認(rèn)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(huì)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(huì)有喜歡念書的人，可是我真的認(rèn)為讀書很有意思。 1906年在我19歲那年，我進(jìn)入維也納大學(xué)物理系學(xué)習(xí)。維也納大學(xué)物理專業(yè)是培養(yǎng)出了許多知名科學(xué)家的著名專業(yè)。其中包括發(fā)現(xiàn)多普勒效應(yīng)的多普勒，為熱力學(xué)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)的斯特潘和玻爾茲曼。能夠在擁有如此傳統(tǒng)的大學(xué)物理系學(xué)習(xí)對(duì)我來說是件非常幸運(yùn)的事情。 1910年我獲得博士學(xué)位畢業(yè)?？赡苡行┤藭?huì)很驚訝，入學(xué)4年就獲得博士學(xué)位。當(dāng)時(shí)這種學(xué)生有很多，算不上什么稀奇的事情。大學(xué)畢業(yè)后我在軍隊(duì)接受了一年的訓(xùn)練，之后通過考試被任命為預(yù)備役少尉。所以1年后重新回到學(xué)校一邊做助教一邊準(zhǔn)備應(yīng)聘教授的論文。愛因斯坦來到維也納大學(xué)演講就是在這個(gè)時(shí)候。1913年正是愛因斯坦發(fā)表了狹義相對(duì)論正在準(zhǔn)備廣義相對(duì)論的時(shí)候。當(dāng)時(shí)愛因斯坦已經(jīng)是世界知名的科學(xué)家，好多人都來聽他的演說。我也從愛因斯坦的演說當(dāng)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(xué)任教需要這個(gè)資格證。我本想教書的同時(shí)還可以進(jìn)行專門的研究，可是這一愿望并沒有實(shí)現(xiàn)，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)了。當(dāng)時(shí)作為預(yù)備役少尉的我也收到征集令，于1914年7月重新回到了軍隊(duì)。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(chǎng)戰(zhàn)爭奪去了兩個(gè)陣營中無數(shù)年輕人的生命，使大批人失去家園四處流浪。這場(chǎng)戰(zhàn)爭讓我深刻體會(huì)到戰(zhàn)爭有多么殘酷。第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后我重新回到維也納大學(xué)。可是一切都變了，不僅學(xué)校的事情一塌糊涂，父親的事業(yè)也舉步維艱最終只能關(guān)門大吉。我不得不過著拮據(jù)的日子。這一時(shí)期我學(xué)習(xí)了不同派別的哲學(xué)，現(xiàn)在想起來還真是一件有意義的事情。我不僅學(xué)習(xí)了歐洲哲學(xué)還接觸到了東方哲學(xué)思想。雖然不能明確說出這種學(xué)習(xí)對(duì)我之后在量子物理學(xué)方面的研究有著怎樣的幫助，可是它確實(shí)是對(duì)我的人生產(chǎn)生了種種影響。學(xué)習(xí)哲學(xué)的同時(shí)我也沒有放松對(duì)物理的研究。當(dāng)時(shí)主要是研究光和色彩的性質(zhì)。可是只靠做助教的工資生活真的是很艱難。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(xué)。甚至有一次18個(gè)月內(nèi)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(jiān)持研究。時(shí)間慢慢地流淌，狀況一點(diǎn)點(diǎn)變好，我可以專心致力于我的物理研究了。經(jīng)歷過困苦人就會(huì)變得越發(fā)堅(jiān)強(qiáng)。不久之后我開創(chuàng)了量子物理學(xué)，這可以說是得益于戰(zhàn)爭中經(jīng)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(xué)，此時(shí)距一戰(zhàn)結(jié)束已經(jīng)有7年了。正因?yàn)檫@個(gè)方程我在 1933年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 我建立的薛定諤方程用來推測(cè)電子是如何運(yùn)動(dòng)的，是量子物理學(xué)里最重要的公式。那么現(xiàn)在我要說明什么是量子物理學(xué)，什么是薛定諤方程了。量子物理學(xué)和薛定諤方程比想象中的要復(fù)雜，就連我現(xiàn)在都在擔(dān)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(huì)沒有問題的。 　　……

編輯推薦

　　最經(jīng)典的科學(xué)，最前沿的技術(shù)加最通俗、最權(quán)威的解讀，兩院院士+知名學(xué)者+特級(jí)教師重磅推薦，讓孩子受益一生的“科學(xué)家講的科學(xué)故事”！通過《科學(xué)家講的科學(xué)故事079：薛定諤講的量子物理學(xué)的故事》這本書，郭泳稙想闡述的觀點(diǎn)只有一個(gè)：所謂量子物理學(xué)就是把不連續(xù)的物理量用波動(dòng)方程即薛定諤方程來研究，其結(jié)果用概率來解釋的一門物理學(xué)科。這句話是整《科學(xué)家講的科學(xué)故事079：薛定諤講的量子物理學(xué)的故事》的主題，也是核心內(nèi)容。為了解釋此主題，郭泳稙嘗試著進(jìn)行物理學(xué)上的說明，也插入了一些漫畫內(nèi)容。

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