薛定諤講的量子物理學(xué)的故事-079

前言

　　為夢(mèng)想成為薛定諤那樣偉大的科學(xué)家的青少年講述的“量子物理學(xué)”的故事 現(xiàn)代科學(xué)問世已經(jīng)有100多年了。它可以分為相對(duì)論和量子物理學(xué)兩大方面。既然已經(jīng)有100多年的歷史，那么相對(duì)論和量子物理學(xué)對(duì)現(xiàn)代人來說應(yīng)該成為一種常識(shí)。 可遺憾的是能夠?qū)W習(xí)相對(duì)論和量子物理學(xué)的地方并不多。這可能是大家都認(rèn)為它們是與日常生活關(guān)系不大且晦澀難懂的理論。 我在創(chuàng)作這本量子物理學(xué)的時(shí)候，腦中不斷閃現(xiàn)要讀這本書的學(xué)生們的臉龐。為了不使他們感到難以理解，我在創(chuàng)作過程中多次添加許多小故事，認(rèn)為有些不合適又將它們刪減。如此反復(fù)，我對(duì)書稿修改了許多遍。 通過這本書，我想闡述的觀點(diǎn)只有一個(gè)：所謂量子物理學(xué)就是把不連續(xù)的物理量用波動(dòng)方程即薛定諤方程來研究，其結(jié)果用概率來解釋的一門物理學(xué)科。這句話是整本書的主題，也是核心內(nèi)容。 為了解釋此主題，我嘗試著進(jìn)行物理學(xué)上的說明，也插入了一些漫畫內(nèi)容。 這本書如果能成為各位通往量子物理學(xué)的領(lǐng)路人的話，那么就實(shí)現(xiàn)了它最大的價(jià)值。 最后，感謝為了出版此書而付出辛勤勞動(dòng)的各位編輯。 郭泳植

內(nèi)容概要

　　一提到物理，很多人就皺起了眉頭，再提到現(xiàn)代物理學(xué)研究，人們更是覺得晦澀難懂。可是郭泳稙編著的《科學(xué)家講的科學(xué)故事079：薛定諤講的量子物理學(xué)的故事》這本書將會(huì)改變大家對(duì)物理。對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的看法?！犊茖W(xué)家講的科學(xué)故事079：薛定諤講的量子物理學(xué)的故事》并沒有對(duì)量子物理學(xué)進(jìn)行非常詳細(xì)的講解，而是對(duì)它的基本概念做了清晰明了的解釋，這樣可以引起大家對(duì)這門學(xué)科的興趣，為同學(xué)們開啟學(xué)習(xí)量子物理學(xué)之門?！犊茖W(xué)家講的科學(xué)故事079：薛定諤講的量子物理學(xué)的故事》對(duì)那些希望學(xué)習(xí)自然科學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)的學(xué)生來說是一個(gè)非常好的出發(fā)點(diǎn)。

作者簡(jiǎn)介

　　郭泳稙，畢業(yè)于首爾大學(xué)自然科學(xué)系物理學(xué)專業(yè)，并獲得美國肯塔基大學(xué)博士學(xué)位。從1985年起至今，在水原大學(xué)物理專業(yè)任教。著有多部科普類書籍。

書籍目錄

第二課　微觀世界的旅行第三課　能量是粒子第四課　揭開光的本質(zhì)第五課　鳥類王國和野獸王國間的戰(zhàn)爭(zhēng)第六課　光的二象性第七課　概率的世界第八課　概率和量子物理學(xué)第九課　不確定性原理附錄科學(xué)家簡(jiǎn)介科學(xué)年代表核心內(nèi)容測(cè)試現(xiàn)代科學(xué)辭典

章節(jié)摘錄

　　大家好，我是生活在距今80年前奧地利維也納的埃爾溫·薛定諤。我生活的維也納是歐洲文化學(xué)術(shù)的中心。在咖啡館和餐廳經(jīng)常會(huì)有年輕學(xué)生們針對(duì)哲學(xué)、文學(xué)或是科學(xué)的話題展開激烈討論的場(chǎng)景。在維也納也有非常多的書店，可是書卻并不是很多。我為了買到需要的書經(jīng)常穿梭于好幾個(gè)書店間，有時(shí)候還不得不訂購國外的書。那時(shí)我總在想只要有足夠的書學(xué)習(xí)起來一定會(huì)很方便。然而我來到現(xiàn)在的書店一看，大吃一驚。書店里的書堆積如山，幾乎沒有找不到的書。書店大得仿佛一起去的人一分開就很難再找到。更讓我吃驚的一點(diǎn)是，解釋科學(xué)原理的科學(xué)著作非常多。它們簡(jiǎn)潔明了地解釋了許多像我這種生活在80年前的科學(xué)家理解起來也很困難的內(nèi)容，而且科學(xué)家親自說明自己專業(yè)領(lǐng)域的書也很多。因此，今天的學(xué)生們對(duì)以前的科學(xué)家非常了解。可是，我有一點(diǎn)小小的遺憾。那就是從牛頓到愛因斯坦都熟知的學(xué)生們對(duì)我卻幾乎一無所知，連我的名字都不知道，更不用說知道我是做什么的了。我試著問了幾個(gè)學(xué)生量子物理學(xué)是什么，有的學(xué)生居然回答是不是只有兩個(gè)人才能很好解決的一門學(xué)問。他們認(rèn)為，因?yàn)榻凶?“兩子”物理學(xué)，所以肯定不是一個(gè)人而是兩個(gè)人互相合作進(jìn)行研究的一門學(xué)問。我簡(jiǎn)直無語了。我也承認(rèn)牛頓是一位偉大的科學(xué)家。牛頓（Isaac Newton， 1642—1727）發(fā)現(xiàn)2000年來人們一直深信不疑的古代科學(xué)是錯(cuò)誤的，他闡述了力和運(yùn)動(dòng)的正確關(guān)系，成為近代科學(xué)的奠基人。牛頓被人們認(rèn)為是偉大的科學(xué)家是非常正確的。正是建立在牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)上，我們可以蓋高層建筑，鋪路，制造汽車。另一方面，愛因斯坦（Albert Eitein，1879—1955）又揭示了牛頓的力學(xué)也并不是完全正確的。他主張牛頓的力學(xué)也有一部分應(yīng)該得到修正，只有通過修正才能準(zhǔn)確說明自然現(xiàn)象和宇宙的構(gòu)造。愛因斯坦當(dāng)之無愧也是一位偉大的科學(xué)家?？墒莾H憑牛頓力學(xué)和愛因斯坦的相對(duì)論并不能令人滿意地解釋原子和分子。如果只靠牛頓力學(xué)和愛因斯坦的相對(duì)論這兩種理論的話，那么我們就完全無法了解比原子還小的電子和質(zhì)子這些微小粒子。那么就不會(huì)存在電子工程、電腦這些東西。在大家現(xiàn)在廣泛使用的電腦和游戲機(jī)里真正起作用的其實(shí)是我們的肉眼根本看不見的微小電子。存在于電腦和游戲機(jī)里的無數(shù)個(gè)電子會(huì)根據(jù)我們對(duì)鍵盤的敲擊和對(duì)操縱桿的控制制作出各種各樣的圖畫和聲音，電子按照我們的命令來工作。電子如此聽話是因?yàn)槲覀冋莆樟怂Ｄ敲次覀兪窃鯓油耆私馊庋劭床坏降碾娮硬⑶矣稳杏杏嗟厥褂盟哪?？我不?huì)說是我一個(gè)人擔(dān)當(dāng)了所有的工作。但是如果要在多個(gè)從事這項(xiàng)工作的人當(dāng)中指出一個(gè)最重要的人的話，那一定是我。因?yàn)?，量子物理學(xué)揭示了比原子還小的微觀世界里發(fā)生的事情，它的核心就是我建立起來的方程。這個(gè)方程的名字便是薛定諤方程?？墒呛芏鄬W(xué)生并不知道量子物理學(xué)。他們認(rèn)為我研究出來的量子物理學(xué)太難懂了。為了讓學(xué)生們很好地理解量子物理學(xué)，讓他們知道它的重要性，我只有一個(gè)方法：那就是簡(jiǎn)明扼要且生動(dòng)有趣地親自向?qū)W生說明?，F(xiàn)在可以理解我為什么要開始我的量子物理學(xué)課程了吧？量子物理學(xué)并不是知道更好、不知道也可以的學(xué)科，而是作為現(xiàn)代人無論是誰都要了解的一門最基礎(chǔ)最重要的學(xué)科。那么，從現(xiàn)在開始就來好好聽聽我的課程吧！在正式進(jìn)入量子物理學(xué)之前，我先來做一個(gè)自我介紹。我1887 年8月12日出生于奧地利維也納。父親從爺爺手中繼承了一家化學(xué)工廠，是一名實(shí)業(yè)家。母親是英國科學(xué)家的女兒。我沒有兄弟姐妹是獨(dú)生子，所以從小我便和姨媽們一起長(zhǎng)大。我沒念過小學(xué)，并不是因?yàn)榧揖巢缓茫腋彝ソ處煂W(xué)習(xí)，接受的是個(gè)人教育。在當(dāng)時(shí)這種教育形式很普遍。但是為了上大學(xué)就必須要讀人文學(xué)校。我11歲時(shí)在一所坐落于維也納貝多芬廣場(chǎng)的人文學(xué)校入學(xué)，畢業(yè)時(shí)19歲。因此，人文學(xué)校可以說是相當(dāng)于韓國的中學(xué)和高中。剛開始父母擔(dān)心我進(jìn)入人文學(xué)校會(huì)落后于其他同學(xué)，不能好好學(xué)習(xí)。其實(shí)我在人文學(xué)校學(xué)習(xí)的內(nèi)容很有趣。有的人認(rèn)為比起那些無論什么事都努力做的人，出于熱情而做事的人才會(huì)做得更好。我雖然也很用功讀書，可是更重要的是我很喜歡讀書。有人說這世上怎么會(huì)有喜歡念書的人，可是我真的認(rèn)為讀書很有意思。 1906年在我19歲那年，我進(jìn)入維也納大學(xué)物理系學(xué)習(xí)。維也納大學(xué)物理專業(yè)是培養(yǎng)出了許多知名科學(xué)家的著名專業(yè)。其中包括發(fā)現(xiàn)多普勒效應(yīng)的多普勒，為熱力學(xué)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)的斯特潘和玻爾茲曼。能夠在擁有如此傳統(tǒng)的大學(xué)物理系學(xué)習(xí)對(duì)我來說是件非常幸運(yùn)的事情。 1910年我獲得博士學(xué)位畢業(yè)?？赡苡行┤藭?huì)很驚訝，入學(xué)4年就獲得博士學(xué)位。當(dāng)時(shí)這種學(xué)生有很多，算不上什么稀奇的事情。大學(xué)畢業(yè)后我在軍隊(duì)接受了一年的訓(xùn)練，之后通過考試被任命為預(yù)備役少尉。所以1年后重新回到學(xué)校一邊做助教一邊準(zhǔn)備應(yīng)聘教授的論文。愛因斯坦來到維也納大學(xué)演講就是在這個(gè)時(shí)候。1913年正是愛因斯坦發(fā)表了狹義相對(duì)論正在準(zhǔn)備廣義相對(duì)論的時(shí)候。當(dāng)時(shí)愛因斯坦已經(jīng)是世界知名的科學(xué)家，好多人都來聽他的演說。我也從愛因斯坦的演說當(dāng)中得到很多感悟，它們成為支撐我今后研究的重要精神力量。遞交論文獲得教授資格證是在1914年的春天。想在大學(xué)任教需要這個(gè)資格證。我本想教書的同時(shí)還可以進(jìn)行專門的研究，可是這一愿望并沒有實(shí)現(xiàn)，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)了。當(dāng)時(shí)作為預(yù)備役少尉的我也收到征集令，于1914年7月重新回到了軍隊(duì)。第一次世界大戰(zhàn)是在以德國和奧地利為首的同盟國和以英國、法國和俄國為首的協(xié)約國之間展開的戰(zhàn)爭(zhēng)。歐洲幾乎所有國家都卷入戰(zhàn)爭(zhēng)，美國和日本也參戰(zhàn)，戰(zhàn)爭(zhēng)從1914年持續(xù)到1919年。這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)奪去了兩個(gè)陣營(yíng)中無數(shù)年輕人的生命，使大批人失去家園四處流浪。這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)讓我深刻體會(huì)到戰(zhàn)爭(zhēng)有多么殘酷。第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后我重新回到維也納大學(xué)?？墒且磺卸甲兞耍粌H學(xué)校的事情一塌糊涂，父親的事業(yè)也舉步維艱最終只能關(guān)門大吉。我不得不過著拮據(jù)的日子。這一時(shí)期我學(xué)習(xí)了不同派別的哲學(xué)，現(xiàn)在想起來還真是一件有意義的事情。我不僅學(xué)習(xí)了歐洲哲學(xué)還接觸到了東方哲學(xué)思想。雖然不能明確說出這種學(xué)習(xí)對(duì)我之后在量子物理學(xué)方面的研究有著怎樣的幫助，可是它確實(shí)是對(duì)我的人生產(chǎn)生了種種影響。學(xué)習(xí)哲學(xué)的同時(shí)我也沒有放松對(duì)物理的研究。當(dāng)時(shí)主要是研究光和色彩的性質(zhì)?？墒侵豢孔鲋痰墓べY生活真的是很艱難。為了找到能提供更好待遇的地方，我去了德國和瑞士的大學(xué)。甚至有一次18個(gè)月內(nèi)搬了3次家。這足以說明由于戰(zhàn)爭(zhēng)德國和奧地利的狀況有多么的糟糕。即使在這種艱苦的條件下我仍然堅(jiān)持研究。時(shí)間慢慢地流淌，狀況一點(diǎn)點(diǎn)變好，我可以專心致力于我的物理研究了。經(jīng)歷過困苦人就會(huì)變得越發(fā)堅(jiān)強(qiáng)。不久之后我開創(chuàng)了量子物理學(xué)，這可以說是得益于戰(zhàn)爭(zhēng)中經(jīng)歷的一些磨礪。1926年我提出了薛定諤方程完成了量子物理學(xué)，此時(shí)距一戰(zhàn)結(jié)束已經(jīng)有7年了。正因?yàn)檫@個(gè)方程我在 1933年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 我建立的薛定諤方程用來推測(cè)電子是如何運(yùn)動(dòng)的，是量子物理學(xué)里最重要的公式。那么現(xiàn)在我要說明什么是量子物理學(xué)，什么是薛定諤方程了。量子物理學(xué)和薛定諤方程比想象中的要復(fù)雜，就連我現(xiàn)在都在擔(dān)心能不能很好地說明它們。不過只要各位好好聽我的講義，我想一定會(huì)沒有問題的。 　　……

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　　最經(jīng)典的科學(xué)，最前沿的技術(shù)加最通俗、最權(quán)威的解讀，兩院院士+知名學(xué)者+特級(jí)教師重磅推薦，讓孩子受益一生的“科學(xué)家講的科學(xué)故事”！通過《科學(xué)家講的科學(xué)故事079：薛定諤講的量子物理學(xué)的故事》這本書，郭泳稙想闡述的觀點(diǎn)只有一個(gè)：所謂量子物理學(xué)就是把不連續(xù)的物理量用波動(dòng)方程即薛定諤方程來研究，其結(jié)果用概率來解釋的一門物理學(xué)科。這句話是整《科學(xué)家講的科學(xué)故事079：薛定諤講的量子物理學(xué)的故事》的主題，也是核心內(nèi)容。為了解釋此主題，郭泳稙嘗試著進(jìn)行物理學(xué)上的說明，也插入了一些漫畫內(nèi)容。

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