当前位置: 华文世界 > 科学

连赫兹也不知道,他已经亲手触摸到了「量子」这个还在沉睡的幽灵

2024-07-12科学

355 / 574 本文约 1300 字 预计阅读时间 4 分钟

还记得上一篇咱们介绍光的波动性吗?杨的双缝干涉实验证明了光具有波动性,将牛顿一直带给大家的「光是粒子性」的认知给颠覆了。


彼时的19世纪,光是一种波已经广为人知,后面更证明了 光是一种横波 ,也就是类似水波那样,振子做相对传播方向垂直运动的波。


并且在1821年,由菲涅尔用横波理论成功地解释了偏振现象,攻克了光是一种波这个「证明之役」中最难以征服的据点。


而伟大的麦克斯韦在1856年、1861年和1865年发表了三篇关于电磁理论的论文,这三千篇论文的地位在整个物理学发展史上是举足轻重的,其辉煌灿烂绝不亚于牛顿力学。因为他发现了电磁波,而且预言,光其实只是电磁波的一种。用【上帝掷骰子吗?:量子物理史话】一书的原话说就是:

从微波到X射线,从紫外线到红外线,从γ射线到无线电波……普通光线只是它统治下的一个小小的国家罢了。


并且后来经过赫兹等人的整理,提炼出一个极其优美的核心,也就是 著名的麦氏方程组


大家一定好奇麦氏方程组长什么样,其实咱们中学物理都学过,只不过都还给老师了,我用大模型回答了下,大家看看,也不用管怎么理解,暂时不是我介绍的重点 😅 :


大家只要清楚,麦克斯韦方程组是经典电磁学的核心理论,统一了电学和磁学现象,对现代物理学的发展产生了深远影响。


此时的19世纪末,经典的牛顿力学依然屹立不倒,无论是天上的行星,还是地上的石块,都遵循着他的规律,牛顿就像一位预言家一样,掌握了世界运行的规律。随着1846年海王星的发现,更是推向了高潮。因为在海王星的发现过程中,根据万有引力定律,天文学家通过计算天王星的轨道异常,推测出可能存在一颗未知的行星在影响着它的运行。这一理论为亚当斯和勒维耶的计算提供了基础,也为海王星的发现提供了重要的线索。因此,可以说牛顿的万有引力定律是海王星被发现的重要原因之一。



书中还提到此时:

在光学方面,波动已经统一了天下,新的电磁理论更把它的光荣扩大到了整个电磁世界。


在热方面,热力学三大定律已经基本建立(第三定律已经有了雏形0。经典力学、经典电动力学和经典热力学(加上统计力学)形成了物理世界的三大支柱。

而时钟悄悄来到了1887年,一个实验证明了光具备粒子性。这就是赫兹在论文【论紫外光在放电中产生的效应】中提到的,当紫外线照射金属的时候,会让金属释放电子,就像弹出来一样,而只有光是粒子性的,才会在照射到金属表面的时候而这些微小的粒子就是光子。


我们还记得上篇提到,牛顿很早就说过光是一种微粒子,但是他想象中的粒子更像是经典意义上的粒子,具有确定的位置和动量,类似于弹丸或者小球,能够沿直线传播并撞击物质表面,这在当时用来解释光的直线传播和反射。但是无法解释光的干涉和衍射,最终被杨等人的证明所驳斥了。


而赫兹的实验,证明了只要光的能量高到一定程度,达到紫外线级别,就可以激发金属释放出电子,虽然他还不理解这是为什么,就像书中的一个引言一样:

连赫兹自己也不知道,他已经亲手触摸到了 「量子」 这个还在沉睡的幽灵。

这个幽灵最后由爱因斯坦在解释光电效应时提到了赫兹的实验,并证明,引入了「光量子」的概念,这是后话了,咱们下篇继续科普。

更多内容,欢迎关注微信公众号:吴言不语零一二三#深度好文计划#