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如何理解量子力学?(19)玻色的全同性

已有 409 次阅读 2025-11-5 16:39 |个人分类:我思故我在|系统分类:观点评述

           我没有明白为什么古希腊的思想家会提出原子论,这怎么看都似乎与经验无关,也无法让人相信。这个想法,在近代科学的开端或多或少的直接影响了近代科学。一直到了十九世纪,少数人才开始意识到,宏观世界的物体可能是由大量的微观粒子构成的。虽然我们看不到这些微观粒子,但是整体的宏观效应是存在的。于是统计物理学这门新科学就出现了,玻尔兹曼是这个领域的主要奠基者,但是最后自杀了。

    在1900年前后,微观世界的存在是真实的,开始被科学研究者一点点接受。而现实中,这个微观世界比想象的还要奇特。不但它们的存在方式难以理解,而且很重要的一点,就是这些微观粒子,是一个样子的。

    光子都是一个样子的,电子也都是一个样子,还有很多其它微观粒子。

    这是完全没有想到的。 

    从1900年开始,普朗克的黑体辐射谱公式就引起了很多人的关注和研究。推导这个公式,是那个时候一个有趣的问题。在那个时候,玻尔兹曼研究大量微观粒子的统计方法几乎成为了一个标准。这些粒子虽然数量巨大,但是根据我们的宏观经验,也都是不一样的。光子是不一样的,电子也是不一样的。

    直到1924年,当时的印度研究者玻色,正在面临失业的危险,但是他依然秉承着对于科学的信念,特别是对于爱因斯坦的崇拜,依然坚持研究黑体辐射谱、相对论等这些前沿课题。他找到了一种新的推导方式,看起来很有趣,但是不是很明白。他把文章投到了英国的杂志上,但是被拒绝了。于是玻色做了一个很不可思议的事情,就是把这篇文章投给了爱因斯坦。

   那个时候,爱因斯坦已经是世界名人,到哪里,都和今天的超级明星一样,甚至会让爱慕他的妇女晕倒。所以总会有很多人给爱因斯坦写信,所以默默无闻的玻色的文章能够送到爱因斯坦的面前,是一个有些不可思议的事情。

   爱因斯坦看到了玻色的文章,看到了一个很不可思议的世界。

   爱因斯坦是最早把注意力放到微观世界的奇特性质的科学家之一,看到玻色的文章之后,他开始明白了一些微观世界更加不可思议的性质,就是微观世界的粒子,是一样的。他对玻色的工作极其赞叹,把英文翻译成德文,发表在了德国的杂志上。而且把相同的思想,推广到了原子上,发现了玻色爱因斯坦凝聚现象。

   微观的粒子,同一种粒子,都是一样的。多么不可思议!

   这也成为了量子力学的一条基本假设,因为我们是推理推出来的,不是直接看到的。

   只有明白了全同性,我们才真正的理解了一些多体系统的独特性质。所以玻色的工作,是整个量子力学的基础性的一部分。可惜的是,玻色并没有因此获得诺贝尔物理学奖,这是科学史中的遗憾,是诺贝尔奖的历史上一个赤裸裸的错误。

   这个事情,是极其重要的,因为那个时候的印度是非常落后的。当时量子力学的发展,就是美国科学家,都做出贡献的不多,更不要说是落后的地区。玻色凭借的,是对科学的信仰,一直在坚持。量子力学的基本假设不多,做出贡献的是海森堡、薛定谔、狄拉克等这些天才科学家,都是在物理学的研究中心或者最发达的国家学习和工作的。而玻色,凭借这种执着,无意中发现了微观世界最重要的特征之一,是极其不可思议的。

   有人可能怀疑,他由于没有完全明确他的工作的意义,所以玻色在科学史中的地位真的重要么?如果要做一个类比,我觉得最恰当的还是普朗克引入量子条件,推导出黑体辐射谱公式的研究。没有人否定这个工作的重要性,而且大部分科学家都会把普朗克放入有史以来最伟大的20位物理学家的排列中。普朗克,并没有意识到量子条件的意义,但是这不能否定普朗克的历史地位。

   所以,一些事情,是很微妙的。比如,杨振宁先生,在给出他的非阿贝尔规范理论的时候,也不明白这个理论究竟有什么用。他和米尔斯的文章,把这个想法应用到了质子和中子的强作用中,但是在那个时候,这个做法就是很荒谬的。不仅是作用粒子没有质量的问题,而且当时的研究已经确定,质子和中子之间的作用粒子π介子是个标量粒子,根本就不是矢量粒子。

   虽然一些人称玻色是印度彗星,但是毫无疑问他对这个科学世界的贡献,是绝对的大多数人都无法企及的。

   



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