注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

杨鸿智-后现代理论医学博客

《后现代医学》、《正反馈医学》、《自体原位器官重构技术》

 
 
 

日志

 
 
关于我

这是一个宣传后现代理论医学的博客.后现代理论医学是以系统理论为指导的新医学.该理论认为,在生命组织中干细胞是决定机体功能状态最基本的因素.通过调节机体内环境和为干细胞提供再生所需要的物质和能量,就可以使干细胞在患者体内原位再生,实现器官重构,使器质性病变得到治疗.现在,已经在北京医药信息学会内成立了后现代理论医学专业委员会,杨鸿智是主任委员.

网易考拉推荐

(13)吴国盛:量子力学:刷新世界图景  

2013-05-14 23:44:32|  分类: 干细胞病 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |

13)吴国盛:量子力学:刷新世界图景

吴国盛

2008-06-19 11:18:33

http://blog.sina.com.cn/s/blog_51fdc0620100a2r3.html

原载《光明日报》1997125

 

1900年,英国物理学家瑞利根据经典统计力学和电磁理论,推出了黑体辐射的能量分布公式,该理论在长波部分与实验比较符合,但在短波部分却出现了无穷值,而实验结果是趋于零,这部分严重的背离,被称之为“紫外灾难”(紫外指短波部分)。

 

同年,德国物理学家普朗克采用拼凑的办法,得出了一个在长波和短波部分均与实验相吻合的公式,但该公式的理论依据尚不清楚。不久,普朗克发现,只要假定物体的辐射能不是连续变化,而是以一定的整数倍跳跃式的变化,就可以对该公式作出合理的解释。普朗克将最小的不可再分的能量单元称做“能量子”或“量子”,当年12月14日,他将这一假说报告了德国物理学会,宣告了量子论的诞生。

 

第一个意识到量子概念的普遍意义,并将其运用到其他问题上的是爱因斯坦。他在1905年的一篇论文中提出光量子论,以解释光电效应中出现的新现象。光量子论的提出使光的本性的历史争论进入了一个新的阶段,自牛顿以来,光的微粒说和波动说此起彼伏,爱因斯坦的理论重新肯定了微粒说和波动说对于描述光的行为的意义,它们均反映了光的本质的一个侧面,光有时表现出波动性,有时表现出粒子性,但它既非经典的粒子也非经典的波,这就是光的波粒二象性。主要由于爱因斯坦的影响力,使量子论在提出之后最初的十年中受到物理学界的重视。

 

量子力学起源于原子结构的研究。世纪之交元素放射性和电子的发现,促使人们去研究原子的内部结构。当时出现了不少原子结构模型,著名的有开尔芬提出的布丁(即面包之中嵌有葡萄等物)模型,在这个模型中,电子如同布丁之中的葡萄。大约在1909年,实验表明布丁模型的某些理论预言与实验观测不符。1911年,新西兰物理学家卢瑟福提出了原子的有核模型,次年,一系列α粒子对金箔的散射实验,完全证实了有核模型所提出的理论预言。

 

卢瑟福的有核模型假定,原子的质量基本上集中于核上,绕核旋转的电子所带负电正好与核所带的正电相等量,原子表现出电中性。然而,根据经典的电磁理论,旋转的电子必定向外发射电磁波,从而损失能量,使电子最终落入原子核中。这样,卢瑟福的原子模型就该是一个不稳定的模型,而这与实验相左。

 

正在曼彻斯特卢瑟福的实验室里从事研究工作的丹麦物理学家玻尔为解决这一问题,提出了一种量子化的原子结构理论。他认为,电子只在一些特定的圆轨道上绕核运行,在这些特定的轨道上运行时并不发射能量,只当它从一个较高能量的轨道上向一个较低能量的轨道跃迁时才发出辐射,反过来则吸收辐射能。这个理论不仅在卢瑟福模型基础上解决了原子的稳定性问题,而且用于氢原子时,与光谱分析所得实验结果完全符合,因此引起了物理学界的震动,因为在此以前,光谱一直只有经验研究,尚无理论说明。

 

玻尔的量子化的原子结构理论明显违背古典理论,同样遭致了许多科学家的不满,但它在解释光谱分布的经验规律方面意外的成功,使它赢得了很高的声誉,大大推动了量子理论的发展。但是玻尔的理论只能用于氢原子这样比较简单的情形,对于多电子的原子光谱却无法解释。以后,玻尔又想出了一些办法以弥补这些缺陷,但结果是使理论基础变得更加逻辑不一致,以致有人认为量子论也出现了危机。

 

旧量子论确实面临着困境,但不久就被突破。1923年,法国物理学家路易·德布罗意提出了物质波理论,将量子论发展到一个新的高度。德布罗意意识到爱因斯坦的光量子理论应该推广到一切物质粒子,特别是电子。1923年9月至10月,他连续发表了三篇论文,提出了电子也是一种波的理论,他还预言,电子束穿过小孔时也会发生衍射现象。1924年,他写出博士论文“关于量子理论的研究”,更系统地阐述了物质波理论,爱因斯坦对此十分赞赏。不出几年,实验物理学家真的观测到了电子的衍射现象,证实了德布罗意物质波的存在。

 

沿着物质波概念继续前进并创立了波动力学的,是奥地利物理学家薛定格。当他从爱因斯坦的一篇报告中得知德布罗意的物质波概念时,正在研究热力学中的统计问题。他马上接受了物质波的观点,提出粒子不过是波动辐射上的泡沫。经过反复思考,他于1925年推出了一个相对论性的波动方程,但与实验不太符合,1926年,他改而处理非相对论性的电子问题,得出的波动方程与实验证据非常吻合。波动力学就此诞生了。

 

1925年,德国青年物理学家海森伯写出了以“关于运动学和力学关系的量子论的重新解释”为题的论文,创立了解决量子波动理论的矩阵方法。它完全抛弃了玻尔理论中的电子轨道、运行周期这种古典的但却是不可观测的概念,代之以可观察量如辐射频率和强度。论文写出后,海森伯请他的老师玻恩审查,玻恩发现海森伯的方法正是数学家早已创造出的矩阵运算,当年9月,玻恩与另一位物理学家约丹合作,将海森伯的思想发展成为系统的矩阵力学理论。在英国,另一位年轻人狄拉克改进了矩阵力学的数学形式,使其成为一个概念完整、逻辑自洽的理论体系。

 

波动力学和矩阵力学的创始者们一开始还互相敌视,认为对方的理论有缺陷。到了1926年3月,薛定格发现这两种理论从数学上是完全等价的,方才消除了双方的敌意。从此以后,两大理论统称量子力学,而薛定格的波动方程由于更易为物理学家掌握,成为量子力学的基本方程。

 

量子力学虽然建立了,但关于它的物理解释却众说纷纭,莫衷一是。波动方程中的所谓波究竟是什么?薛定格本人认为,它就是一种物质波,而其粒子性只是波的某种密集,即“波包”。玻恩则认为,电子的粒子性是基本的,它的波函数表征的是电子这种粒子在某时某地出现的几率。1927年,海森伯提出了微观领域里的测不准关系,即任何一个粒子的位置和动量不可能同时准确测量,要准确测量一个,另一个就完全测不准。海森伯称它为“测不准原理”。玻尔敏锐地意识到它正表征了经典概念的局限性,因此以之为基础提出了“互补原理”,认为在量子领域里总是存在互相排斥的两套经典特征,正是它们的互补构成了量子力学的基本特征。玻尔的互补原理被称为正统的哥本哈根解释,但爱因斯坦不同意,他始终认为统计性的量子力学是不完备的,而互补原理是一种“绥靖哲学”。爱因斯坦与玻尔之间的争论持续了半个世纪,直到他们本人各自去世也没有完结。

 

 

  评论这张
 
阅读(69)| 评论(0)
推荐 转载

历史上的今天

在LOFTER的更多文章

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017