大自然的启示

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德布罗意物质波--电子跟光子一样也有波动性

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:1人 | 浏览:

德布罗意是爱因斯坦光量子将设的坚定追随者,他在哥哥的实验室里,通过光电效应等实验,对辐射的量子性质有深刻印像。但同时通过光线(X射线)的衍射实验,对辐射的波动性质也了解的非常清楚。正是这条思路引导他提出了一个深刻的问题,如果电磁波的行为可以像粒子一样,那么像电子一样的这些粒子的行为,是否也能够像波一样呢?他忽然想起爱因斯坦在1905年提出广电效应的新解释时,提出E=hv这个方程。x射线的波长与x射线的能量有一一对应的关系,那么普通具有能量E‘的粒子,是否也有对应的波长呢?想到这,他豁然开朗。他觉得这个公式可以推广到所有的粒子中去,像电子。

9月24日,他又发表了第二篇论文《光量子,衍射和干涉》。在这篇文章里,他试图回答,与电子相缔结的波到底是一种什么波?这显然是他提出的崭新物理思想必须回答的问题。他首次引入了相波。他把相波看成是引导着能量转移的波。这样就能使波和电子的综合成为可能。并且预言,一束电子穿过非常小的孔,可能会产生衍射现象。他在博士论文中指出,考虑到频率和能量的概念之间存在着一个总的关系,我们认为存在着其性质有待进一步说明的周期现象,他与每一个孤立的能量块相联系。它与粒子静止时质量的关系可以用E=mcc质能方程表示,而通过E=hv,又将其与波动性的波长联系在一起。

 

量子物理双杰——2012年诺贝尔物理学奖获得者

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:0人 | 浏览:

 

曾经很长时间以来,实验派物理学家们想在一个微观层面上研究光与物质的相互作用,这完全是难以想象的事。因为,对于光或者其他物质的单个粒子而言,经典物理 学已不适用,量子力学的法则在此时取而代之。但是单个粒子却很难从周围环境中被分离出来,并且,它一旦和周遭环境发生相互作用,便会立即丧失其神秘的量子 特征。

如此让人束手无措的局面,使得很多量子力学理论所预言的怪异现象无法被科学家们直接观察到。于是长期以来,研究人员只能依靠那些法则已证明可能会影响到量子奇异特性的实验来进行观察研究。而这或许让实验派物理学家们感觉一直跟在理论的后边亦步亦趋。

 

波尔用量子思想解密最最神奇的原子特征光谱

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:3人 | 浏览:

由于仪器的限制,光谱的研究一直没有进展,直到1859年德国科学家本生重复了牛顿实验之后,才取得了新的进展。本生对牛顿的实验作了改动,用浸了食盐的布条燃烧时发射的光来代替太阳光,结果,本生在实验中看不到七色光谱,看到的是很少几条亮线,其中有一条明亮的黄线。本生的实验立即引起了基尔霍夫的注意,他们在多次试验之后得出结论,太阳光包含所有颜色的可见光,而实验室的光源在燃烧某种元素,光谱中只出现特有的光谱颜色。如本生实验中食盐中的钠燃烧时,只显示明亮的黄色。这黄色光谱对应于一个单一的特定的波长,称为钠的特征光谱。实验证明,每种元素都有它自己的特征光谱,这种特征光谱就像是各种元素的身份证或者名片。当然,有些元素的特征光谱要比钠的复杂得多。例如氢的特征光谱由四条可见光构成。比氢更复杂的特征光谱还很多。

原子有自己的特征光谱,这是当时科学家们百思不得其解的问题,更神奇的是,这些特征光谱一定隐藏了不为人所知的巨大秘密,于是,人们开始尝试寻找这些谱线背后的秘密。有个叫巴耳末的普通数学老师,对原子的特征光谱产生了浓厚的兴趣。他从氢光谱的四条特征谱线着手,他们的波长分别是6536,4861,4341和4102,单位是埃。巴耳末思索的是,这些数据之间,有没有隐藏的数学规则呢?功夫不负有心人,巴耳末最后竟然得出了这样一个公式1/λ = R(1/2^2 -1/n^2 ),当n=3,4,5,6时,得出了氢的四条特征谱线的波长。巴耳末虽然给出了公式,但是他也无法从理论上来解释。

量子效应再现人间----固体比热规律的完美解释

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:1人 | 浏览:

 1910年3月,苏黎世大学发生了一件了不得的大事,德国柏林大学教授兼柏林大学化学研究所的所长能斯特,居然专程来苏黎世大学拜访爱因斯坦,人们都说,既然伟大的能斯特能专程来与爱因斯坦讨论问题,那这个爱因斯坦一定是一个了不起的聪明家伙。而能斯坦正是为了固体比热问题而来,也就是物体温度升高一度,需要吸收多少能量的规律。

我们先来看看当时固体比热的研究情况。早在1820年,法国物理学家杜隆和珀蒂发现,一切固体的克分子比热都相同,是6卡 / 度。当时没有人能解释为什么,直到19世界60年代,科学家根据麦克斯韦,波尔茨曼的分布率导出的能均分定理,可以直接了当的得出这一结论,这也是经典统计力学的一个了不起的成就。但是,科学总是在曲折中前进。到1872年,韦伯发现金刚石,石墨,硅等的比热与6卡/度低很多。只有当温度升高时,才接近6卡/度。这一发现,引起了物理学界的巨大混乱。出现了”第二朵乌云”之说。开尔文认为,一定是能均分定理错了。他试图从能均分定理的理论推导中找出破绽,但没有找到。但它还是坚持自己的观点,认为能均分理论不可信。另一个著名的英国物理学家瑞利,则认为能均分定理没有错误,危机的出现,是因为热门漏掉了某些东西。

物种起源有懈可击吗

作者: onfoot | 分类: 生物与医学 | 评论:1人 | 浏览:

 随着一系列看起来非常牢固的理论体系都被推翻,那么,达尔文的物种起源的进化论观点,是不是就无懈可击了呢,我看未必。经过无序的自然选择,就有这么智慧的生命结构产生,而且其进化是这么的快速,遗传基因是那么的神奇,反正我是不相信,我更相信地球上的生命其实来源于更智慧的生命体的创造,只是他不是上帝,也不是女娲。

一支国际科学家小组进行的一项新研究发现,2012年坠落斯里兰卡的一颗陨石的碎片中存在藻类化石。这一发现证明宇宙中的每一个角落都有生命存在。他们在一篇论文中指出陨石碎片的电子显微照片揭示了已经变成化石的来自于外太空的微小生命形态。此前,科学家就曾发表一篇针对斯里兰卡陨石碎片的论文。研究论文作者深信他们的研究发现为有生源说提供了坚实证据。

根据这一理论,生命存在于宇宙中的每一个角落,通过陨石、小行星和原行星传播。不可避免地,他们的结论也遭到一些人的怀疑,对他们在研究中采取的方法进行抨击。英国媒体于1月率先报道了这一研究发现。参与研究的白金汉郡天体生物学中心的查德拉-维克拉马辛赫表示,他们对陨石碎片的研究发现了外星生物存在证据。维克拉马辛赫是刊登在《宇宙学杂志》上的新论文的合著者。这篇论文重申了根据新分析得出的发现。

康普顿效应:X射线的散射再次验证量子理论

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:0人 | 浏览:

 爱因斯坦的光量子假说自提出之日起就坎坷多难,直到1923年由于康普顿效应的量子解释被提出来以后,光量子的假说才终于被科学界接受,这是距1905年已经18年了。

康普顿长期研究X射线散射实验。测定散射后的X射线波长的变化。他将X射线以不同的入射角射到轻元素表面,他发现散射后的X射线有两种,一种波长不变,与入射的X射线波长一样,另一种波长发生了变化,散射后的波长比原来的要长一些。为了解释波长变化的起因,康普顿开始试图用经典理论来解释,但都不成功,走了五年的弯路。

到了1922年,康普顿终于放弃经典理论解释的方法,而试着把X射线当作光量子来看待。其能量可以由频率和普朗克常量的乘积得出。这样,当X射线射到轻元素上时,这个光量子与轻元素的电子发生碰撞。从中学物理我们就学过碰撞过程中遵循动量守恒和能量守恒,从而算出X射线波长的改变量,竟然与实验结果非常精确的一致。从此,光量子理论获得了决定性的胜利。

爱因斯坦解说另一个量子效应---光电效应

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:3人 | 浏览:

 上一篇我们讲到普朗克揭竿而起提出了能量不连续的量子理论。这是一个令人震撼和几乎让人噤若寒蝉的理论。对于自然的连续性,从古至今都有探讨,一直困扰着人们。在古希腊原子论学者的眼中,自然界的某些特性中具有分立的特性,如他们猜测物质有最小的部分(原子)的存在,他使物体具有分立的不连续的特性。但到了亚里士多德以后,连续性的思想逐渐占住了统治地位。一统就是两千多年,这种观念几乎是一脉相承,,绵延不绝,对于西方思想有着巨大的影响。

由此可见,普朗克需要有多么大的勇气,多么明智的判断,才敢于打破两千多年来根深蒂固的传统观念,提出不连续的量子的概念。难怪普朗克把自己这一行为称为“孤注一掷的行动 “。普朗克的量子理论在发表后近十年内,人们一直热衷于运用他的辐射公式,但对于其的量子解释则很少注意,也不怎么相信。而天才爱因斯坦却接受了量子理论,并用它来解释其他现象。

1905年三月,在发表狭义相对论之前,爱因斯坦在德国《物理学年鉴》上发表了一篇石破天惊之作《关于光的产生和转化的一个启发性观点》。在这篇论文里,爱因斯坦认为,光不仅仅在发射和吸收时不连续的进行,即使在空间传播时,光也是像粒子一样不连续的。可以由光电效应来解释。光电效应是光撞击到金属表面时,金属表面的电子受到光的激发而产生动能,如果这个动能足够大,电子就可以逃离金属表面,逸入空中。这种电子称为光电子。如果再加一个电场,逃出的电子将形成光电子流。

无奈之中普朗克揭竿而起

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:2人 | 浏览:

19世纪后期,德国工业崛起,他由一个土豆输出大国变为钢铁输出大国,因此,由于炼钢,电灯照明的需要,对热辐射的研究就十分紧迫,有许多科学家都跻身于这项研究工作之中。基尔霍夫是一位兼理论和实验研究的全能型科学家,他曾发现化学元素铯和铷,在电流和流体力学领域也颇有建树,但他最卓越的研究却是黑体辐射的研究。对于黑体人们也不陌生,黑颜色物体即黑体。它有一个特点是能将大部分热辐射吸收进去,反射的很少。所以人们在冬天穿黑衣比较暖和,而夏天穿黑衣比较热。基尔霍夫为了简化热辐射的研究,提出一种“绝对黑体”的理想物体。绝对黑体可以在任何温度下百分之百的吸收辐射到它上面的一切热辐射,一点也不反射回去。这样,对整个热辐射的研究就可以简化为对绝对黑体辐射的研究。在大部分情形下,人们为了方便就把绝对黑体简称为黑体。但黑体是一种“理想”的物体,所以虽然由它得出的黑体辐射定律有很多,但谁是谁非,却无法由实验来检验。

经典物理学的颠覆

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:3人 | 浏览:

 一位19世纪末的科学家,若是相信物理学的主要元素是建筑在不可撼动的根基之上,并且实际上将永远屹立不倒,那是可以原谅的。一代代的物理学家,数学家和哲学家的努力,在17世界末牛顿的宏大综合里达到了顶点。牛顿的工作又经其后200年理论和实验科学的发展,形成了如今我们称为经典物理学的非凡构建。看上去,经典物理学几乎能够解释物理世界的一切方面:运动物体的动力学中力和物体的相互联系,热力学,光学,电学,磁学,以及引力。它的内涵是广大的:从地球上日常经验的事物直到可见宇宙的最远处。理论与实验观测如此吻合,理论对实验的检测又是如此之好,理论的基本正确性----基本“真理”,是无可置疑了。应当承认还存在一些遗留的问题,但与基本成就相比,这些问题似乎是微不足道的,仿佛百里之行已经走了九十九里了。

引力和质量是怎么产生的

作者: onfoot | 分类: 量子迷宫 | 评论:3人 | 浏览:

  美丽的蓝色海洋坏绕地球,月亮的阴晴源缺,太阳的东升西落,这一切都被科学家归咎为物质之间的引力,而引力大小与物质的引力质量成正比,引力质量与惯性质量等价,同时又关联着能量,那么物质的质量究竟为何物,量子理论给出了惊人的解释,你知道吗?