科学外史II（30）淫色

经典物理学到19世纪末照旧集其大成，有的物理学家致使惊叹我方将要没什么事情可干了。然则刚一参加20世纪，经典物理学这个贵族之家，就出了一个名叫“量子力学”的逆子，才二十几年功夫就将经典物理学搞得家反宅乱。在这个历程中，一个现实中的法国贵族起了要道作用。

经典物理学家眷的逆子

有一种说法合计，量子力学出身于1900年12月17日——德国物理学家普朗克（Max Planck）在柏林科学院物理学会作念了一次对于热发射表面的证明，这天其后就被东谈主们视为量子力学的生日。

普朗克建议，在热辐命中，能量不是像东谈主们惯常遐想的那样以衔接的时势输出，而是以一小包一小包的时势输出。这一小包一小包的能量被称为“能量子”，经常由“普朗克常数”来表征。“量子”的看法由此出身——经典物理学寰宇中的衔接性被梗阻了。

不外其时科学界对普朗克的证明响应并不彊烈，毕竟东谈主们（包括普朗克本东谈主）还充足无法遐想量子力学会弄出多大艰辛。但这个逆子长到五岁那年，又出了一件和量子力学辩论的大事。

这年是1905年，还有一个响亮的名字——“爱因斯坦遗迹年”。在这一年，专利局小职员爱因斯坦一下发表了五篇物理学论文，狭义相对论等于在这年创立的。爱因斯坦莫得因为相对论而取得诺贝尔物理学奖，但以“光电效应”给了他一个奖（1921年），“光电效应”是他1905年另一篇论文的主题。

爱因斯坦建议了“光量子”的看法，他合计光无非等于一束“能量子”酿成的流，而吞并波长的所有量子王人捎带着通常的能量。这些“光量子”其后就得名“光子”。这种不雅念和普朗克的“量子”一口同声，又一次梗阻了经典物理学寰宇的融合赋闲——其实光的微粒说之前就有了，但麦克斯韦（J. C. Maxwell）的电磁表面将光视为一种波，况且在表面和实验上王人取得了好意思满的解说（表面物理“四鼎力学”中的“电能源学”就包括电磁波的系统表面），微粒说已被废弃许潜入。而当前好意思满的电磁表面竟然无法解释光电效应。

爱因斯坦因此方针用“光的波粒二象性”来解释光电效应，光的微粒说再次回生，光的骨子再次成为未解之谜。物理学家们为光是粒子如故波，以及如何领略光的骨子，喋喋不息争论了20年，没猜度在1924年，他们迎来了量子力学的成东谈主礼。

这年英国《玄学杂志》9月号上，发表了法国东谈主德布罗意（L. V. De Broglie）的一篇著述，德布罗意建议了“物资波”的看法。这个看法是如斯的震天动地，如斯的难以领略，是以有时候东谈主们索性就称之为“德布罗意波”。

所谓“物资波”，绵薄狰狞地说等于“世间万物只须知晓就会产生波”，它有一个十分绵薄的关系：当物体静止时，波长就变成无限大，而无限大的波长天然意味着波的淹没。

按照德布罗意的想法，物资波就好比一个粒子在冲浪——粒子坐在波上随波疾驰，而波是粒子本人产生出来的。换句话说，等于“粒子骑在我方的波上”，这果真一种难以领略的滑稽而怪诞的意象，被一些东谈主戏称为“半东谈主半马的怪物”，但用来阐明“光的波粒二象性”倒似乎又情有可原。

现实糊口中的法国贵族

德布罗意出身法国贵族，布罗意公爵的贵族身份至少不错上溯到1740年，传到他照旧是第七代。这个家眷还被奥地利授予“亲王”头衔，因此德布罗意在1960年袭取了公爵和亲王两个贵族头衔。他1987年骤一火于巴黎，享年95岁。

德布罗意大学念的是索邦神学院（今巴黎大学前身），原本学的是历史，但其后受其兄影响，改念物理。在一些列传作家笔下，德布罗意“留着尽心修剪过的小胡子，一副没精打采的表情”，衣饰肃肃，“身上每一点每一毫王人是精辟的法国贵族范儿”。

1923年德布罗意发表了3篇对于光量子的论文，1924年他将对于物资波表面的物理学论文提交索邦神学院，答辩委员们不知谈该怎么办，但“他们王人不想让一个社会地位这样高的东谈主失望”，是以就让他通过了。德布罗意的答辩委员会主席是闻明物理学家朗之万（Paul Langevin）——他的另一个闻明身份是居里夫东谈主（Marie Curie）的婚外情东谈主。比拟严肃的看法是，德布罗意之是以偶而通过答辩，是朗之万对他论文的鉴赏起了伏击作用。

出东谈主意象的是，没过几年德布罗意竟然就得了诺贝尔物理学奖（1929年）。相传他得诺奖的论文只须半页长，铭记1980年笔者在南京大学念天体物理专科，有一次量子力学课稽查中，一谈繁难全班无东谈主答对，过后西宾告诉寰球：这谈题是字据德布罗意得诺奖的论文校正的，“你们如果能答对就怪了”，听西宾这样一说，班上那些尖子同学才释然了。更意念念的是瑞典皇家科学院给德布罗意的受奖词：

在莫得任何已知县实佐证的情况下，您果敢断言，物资不仅具有粒子性，也有波动性。其后的实考解说，您的看法是正确的。您给一个戴上荣耀桂冠好几个世纪的名字带来了新的荣耀。

经典物理学的薄暮

对经典物理学来说，德布罗意波看法的出现等于一场大难。因为物理学家们发现：组成当代量子力学基础德布罗意波是一种“几率波”，这种波以几率——而不是经典物理学所民俗的准确姿首——决定着粒子（比如电子）的知晓。是以几率波（即德布罗意所方针的物资波）推行上断然抵赖了经典物理学中的详情味。

1927年夏天，在布鲁塞尔的寰宇物理学家大会上，别传德布罗意的学说“遭到了整体一致的抵赖”（然则这又并不妨碍他在两年后取得诺贝尔物理学奖），引颈风致的东谈主物换上了两位德国后生物理学家，海森堡（Werner Heisenberg）和薛定谔（Erwin Schrodinger），有东谈主合计这两东谈主决定了而后量子力学的发展标的。

海森堡最出名确天然等于“测不准旨趣”，这个旨趣也有一个颠倒精辟的关系式，和德布罗意波的抒发式有着彰着的血统关系：

粒子位置的测不准量，和粒子速率的测不准量，这两个量中的任何一个为0时，另一个必为无限大。换句话说，当咱们偶而准确详情粒子的位置时，粒子的速率必为无限大，而无限大的速率意味着粒子的速率充足无法详情；当咱们偶而准确详情粒子的速率时，粒子位置的测不准量变成无限大，这意味着咱们充足无法知谈粒子此刻位于那里。

至于“薛定谔的猫”，其实仅仅文体性的修辞或譬如，诚然在文东谈主作品中常被拿起，其实严肃的物理学家基本上不指摘这只猫。

量子力学而后的各式施展，总体上已不足轻重。测不准旨趣和薛定谔的猫，其实作念了吞并件事——和德布罗意一谈透顶迫害了经典物理学寰宇的详情味。从今以后，照旧莫得任何圆满的行为，不错用时辰和空间、原因与成果这样传统的不雅念来态状微不雅寰宇的事件了。

（作家系上海交通大学讲席西宾、科学史与科学文化筹算院首任院长）

江晓原

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