本期文稿:
经过前几章的介绍,我相信你已经初步了解了爱因斯坦的相对论,那么这一章我就带你了解一下,现在人类拥有的另外一个理论:量子理论。
自从牛顿宇宙观被提出以后人们就一直有一个想法那就是,我们肯定可以在未来准确的测出每一项数据,因为我们会有无限精准的仪器,毕竟未来是无限的嘛。就比如说,我们想知道一辆小汽车的行驶速度,我们只需要知道汽车行驶的距离和行驶全程的时间就可以了,只要我们把这两个量测得足够精确,我们就可以算出非常精准的速度了,这在量子理论被提出之前,人们都认为这是毋庸置疑的,但是,事情有时候就是很戏剧性,因为一位德国著名的科学家打破了人们的传统观念,你猜出他是谁了吗?没错,他就是海森堡。
海森堡告诉人们,如果你想测量的那个小汽车它是一个电子的话,我们将永远也无法测准他,为什么呢?就由我来告诉你吧。首先你要知道,我们为什么能看到东西?那是因为我们看到了这个物体发出或者反射的光,所以,如果我们想测量一个电子,就必须发射光子,然后让电子反射光子从而看到它。但,你们想一想,我们发个光子击中的正在移动的电子,那么势必电子的移动就会收到影响,你可以想象一下,如果你用一个台球击打另外一个移动的台球,那么两个台球的移动轨迹都会受到影响。所以说,我们想要同时测准电子的位置和速度,是不可能的,测准了位置,那么势必,速度就测不准了,测准了速度,位置也就测不准了,这就是海森堡提出的:测不准原理。
一位叫玻尔的丹麦物理学家,一直在思考一个问题,那就是,为什么电子在轨道上围绕着原子核转但不发出电磁波。当他看到海森堡的论文的时候突然有了一个想法,他说:“海森堡错了,但他不是错在挑战了经典物理观念,而是错在他想的还不够大胆。”为什么怎么说呢,因为玻尔觉得:导致人们测不准的原因不是因为改变了电子的轨迹,而是因为电子就不存在位置和速度。这里我要说一个知识,就是光子它是波粒二象性的,什么意思呢,就是光子他既是粒子,也是波。玻尔觉得,电子和光子一样,是具有波粒二象性的,所以说,电子并不是在围绕着原子核转,而是以波的形式,存在于轨道的任何一个位置,只有当我们观察它的时候,才会成为粒子。什么意思呢,我来打个比方吧,如果你把地铁的环线想成电子的轨道上的话,电子并不是在轨道上行驶的地铁,而是像空气一样无处不在,但你有无迹可寻的。只有当你观察这个环线的时候,它才会成为像一条条地铁那样独立的个体。是不是感觉很不可思议?我觉得这时候肯定有人会说,你这么说有什么证据吗?我告诉你,当然有。
这个实验叫做双缝干涉实验,之前科学家就是用这个实验,证明了光子是具有波粒二象性的,那么,如果把光子换成电子,如果现象和光子差不多能不能证明电子也是具有波粒二象性的呢?可以。所以,科学家就对电子做了一次又一次的双缝干涉实验,最终证明,玻尔是对的,电子确实是波粒二象性的,在不观察他的时候,电子就会以波的形式存在于轨道的每一个位置。
那么说了这么多,到底什么是不确定性原理呢,这就是,单位的电子运动毫无规律,也无法测量,只能用概率或者可能性。这就是量子理论的基本原理:不确定性原理。
爱因斯坦很不喜欢量子理论,因为量子理论把上帝说成了玩骰子的赌徒,爱因斯坦觉得,宇宙万物都应该有一个确定的规律,而不是只有可能性。爱因斯坦曾经对玻尔说:“上帝不是爱玩骰子的赌徒。”而玻尔却说:“爱因斯坦先生,你不要老是指挥上帝干什么好不好”。
好了,今天我给你介绍了量子理论的基本原理,不确定性原理,今天的节目就到这里了,我们下期再见!