一個平民的哲學(連載)

第41部分 (第1/4頁)

酉蠡�厙棺擁�謊��且豢漚右豢諾摹Ｕ餿玫筆鋇奈錮硌Ы縹薹ń郵埽�災劣諼奕宋式潁�鋇槳�蛩固辜壇瀉屯乒懍四芰孔永礪邸�1905年，愛因斯坦在《物理學記事》上發表一篇論文《一個關於光的產生和轉化的啟發性觀點》。指出用連續空間函式表示能量的光波理論，當應用於光的生產和轉化等現象的時候，會導致與經驗相矛盾的結果。他發展了普朗克在熱輻射理論中提到的量子概念，即一切電磁輻射包括光，其能量可以分成一小份一小份的微粒結構。這些能量就是光量子。愛因斯坦用這個理論來解釋光電效應，即金屬中的電子從光流中吸收的是一個個光子。而一個光子的能量可以供給一個電子逸出後具有一定的動能。那麼大家還可能記得牛頓認為光是微粒構成的，而後來為了解釋電磁場又認為光是一種電磁波，（見工業革命的擴散（十四））現在愛因斯坦和普朗克又認為光是一種能量子，那麼光到底是什麼東西呢？在經典力學中，研究物件總是被明確區分為兩類：波和粒子。前者的典型例子是光，後者則組成了我們常說的“物質”。1905年，愛因斯坦提出了光電效應的光量子解釋，人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質。1924年，德布羅意提出“物質波”假說，認為和光一樣，一切物質都具有波粒二象性。根據這一假說，電子也會具有干涉和衍射等波動現象，這被後來的電子衍射試驗所證實。

這樣光子與頻率之間有什麼關係呢？因為光具有波粒二象性，對於一個光子　E=hv　E……能量　v……光的頻率（每種光的頻率不同的）　h……普朗克常數，普朗克常數=　×10^…34

前面提到盧瑟福提出了原子的結構，但經典物理學不能解釋，在這個形勢下，丹麥物理學家玻爾來到英國，在盧瑟福的指導下從事研究，玻爾回到丹麥後使用普朗克、愛因斯坦的量子理論來研究原子模型，玻爾就氫原子模型提出假設：一個原子系統內，當電子在特定的軌道上運轉時，它將不向外輻射能量，這些軌道就是電子保持能量不變“定態”軌道。當電子從一個定態軌道過渡到另外一個軌道時，將發生電磁輻射，其頻率完全由這兩個定態間的能量差來決定。能量差和頻率的比值就是普朗克常數。1913年，經盧瑟福推薦，玻爾發表了他的論文，玻爾的理論解釋了一直沒有得到更好解釋的光譜線。但玻爾的理論只能解釋氫原子的行為，而其他更復雜的原子無法解釋，在玻爾的影響下，海森堡來到丹麥玻爾研究所。在這裡，他提出了著名的不確定原理：為了預言一個粒子未來的位置和速度，人們必須能準確地測量它現在的位置和速度。顯而易見的辦法是將光照到這粒子上，一部分光波被此粒子散射開來，由此指明它的位置。然而，人們不可能將粒子的位置確定到比光的兩個波峰之間距離更小的程度，所以必須用短波長的光來測量粒子的位置。現在，由普郎克的量子假設，人們不能用任意少的光的數量，至少要用一個光量子。這量子會擾動這粒子，並以一種不能預見的方式改變粒子的速度。而且，位置測量得越準確，所需的波長就越短，單獨量子的能量就越大，這樣粒子的速度就被擾動得越厲害。換言之，你對粒子的位置測量得越準確，你對速度的測量就越不準確，反之亦然。海森堡指出，粒子位置的不確定性乘上粒子質量再乘以速度的不確定性不能小於一個確定量——普郎克常數。並且，這個極限既不依賴於測量粒子位置和速度的方法，也不依賴於粒子的種類。海森堡不確定性原理是世界的一個基本的不可迴避的性質。這是一個奇怪的物理學原理，它告訴我們你不可能瞭解基本粒子的世界，因為你無法確定它的速度和位置。我們知道，經典物理學或者說當時的科學體系認為宇宙是完全被決定的。他認為存在一組科學定律，只要我們完全知道宇宙在某一時刻的狀態，我們便能依此預言宇宙中將會發生的任一事件。例如，假定我們知道某一個時刻的太陽和行星的位置和速度，則可用牛頓定律計算出在任何其他時刻的太陽系的狀態。這種情形下的宿命論是顯而易見的，進一步假定存在著某些定律，它們類似地制約其他每一件東西，包括人類的行為。不確定性原理對我們世界觀有非常深遠的影響。甚至到了今天，它還不為許多哲學家所鑑賞，仍然是許多爭議的主題。不確定性原理使科學理論，即一個完全宿命論的宇宙模型的夢想壽終正寢：如果人們甚至不能準確地測量宇宙的現在的態，就肯定不能準確地預言將來的事件了！

由於不確定原理的出現，使微觀世界的研究由研究單一的粒子轉向用統計學和機率論的方法來研究粒子的行為，因此經