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一代天骄波尔兹曼(Boltzmann)与统计物理(21) 精选

已有 8892 次阅读 2014-5-15 19:08 |系统分类:科普集锦

卢道长Rutherford)唉声叹气,硬着头皮苦读散仙(Bohr)的长文。你看他披头散发,汗流浃背,抓耳挠腮。看到散仙说五百年来的整个物理学都废了,而今天下兴亡,唯他的量子原理有责,恨不得把那长文连信封一起扔进壁炉烧火去。

他站起来转了一圈,少不得耐着性子,仔细去看那原理。不看则已,一看头又大了一轮。这么说吧,道长此时的心态,就像看见散仙如下图走过来,头脚都还好,谈笑自如,只是中间身体缺了一大段。

量子散仙

道长头痛欲裂,觉得自己得了精神分裂症,把散仙的手稿散落在地上。他对走过来安慰他的玛丽说,倒霉,结交了一个疯子,一个刺刀上绑着鲜花冲锋陷阵的疯子(意思是勇敢但太天真幼稚)。怪都怪汤老祖宗(Thomson)烦他,偏让我请过来。如今可好,跟这疯子受罪。

各位想想,道长是在经典物理世界打天下的英雄豪杰,股掌之间玩的物理系统都是能量连续变化的,见的人也都是四肢完整,上下贯通的,吃喝拉撒都不会有问题。你现在突然说地球人可以没有腰身五脏,中间空空如也,照样活得爽快,那他说你是疯子已经非常客气了。要是你再说巴黎有个黑铁塔如下图所示,请他徒步爬一次,那他不把你骂出道观才怪。小子,你把我当老年傻子吗?

 

量子埃菲尔铁塔

波散仙的电子跳楼,非寻常之楼,正像上图这尊铁塔。这铁塔的奇妙荒唐之处,不在于地基和楼层之间空空如也。咱用磁悬浮技术,大的造不出来,造个小点儿的还是可以设想的。其最荒唐之处,乃是请你爬上一层去,但不许经过地面到一层之间的空间。你下来也如此,不要怕被摔痛,因为你不会经过一层到地面的加速过程。你跳楼的决定刚做好,前脚迈出,后脚尚在一楼,瞬间已到地面(所以量子世界尚未见跳楼自杀者)。牛顿力学不能用了!

这便是散仙大胆提出的原子里电子的行为。因为电子跳楼不经过能级之间的禁带,道长前面提到的能量守恒先知先觉等问题(见19)都不存在,没必要回答了。电子不跳楼时在各层里呆着可以绕核旋转,只是为了使与原子核的距离稳定在一定范围内,保证原子不坍塌。虽然旋转但不发射光波,其旋转频率和以后跳楼时的光波辐射无任何关系。麦克斯韦方程也完蛋了。

28岁的波散仙不傻,他知道这个不伦不类荒唐无稽的物理世界会给卢道长什么样的打击。其实他自己对这个量子世界也没有百分之百的把握,内心忐忑不安,噩梦难免。他毕竟是经典物理养大的孩子。你想想,电子是个粒子,有如蓝球,从一楼滚下来,不经过中间过程,一下子就到了地面。你打死我我也不敢信啊。但是如果经过中间的空间,能量便不守恒,如上文道长指出的。想来想去,散仙觉得量子世界应该抛弃能量守恒定律。不曾想十几年后的康普顿效应(Compton effect)挡了他的路。这个效应表明量子世界里能量动量都应该守恒。这成了他毕生的一件心事,至死未能瞑目。这是后话。

且说披头散发的道长把刚读完的文章摔在一边,伏案奋笔疾书,写了封长信,放进信封,贴好邮票,正要叫玛丽,忽听见有人敲门。




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