学习量子力学有什么用

最近很巧,很多我接触到的课程和书籍都提到了量子力学。

最精彩,最触动的,就是最近万维钢《精英日课》第4季里面的量子力学专题,大部分内容其实是关于人类的量子力学发现史。

学习量子力学,我认为并不是要学习里面高深的理论和公式,更重要的是他的思维方式。比如,人类是怎么样发现量子力学的?就是对现实世界中,对某些现象解释的一丝不完美引发的质疑。当经典力学、麦克斯韦经典电磁学都仿佛那么完美、不可撼动的时候,当19世纪末(150年前)物理学家居然断言自己已经发现了这个世界万物全部真理,以为已经掌控一切,再无重大突破的时候,就是一些基本得不能再基本的问题,困扰着一些人,从而发现了量子力学。

这些问题如下:

  1. 光到底是什么?他到底是粒子还是波?(其实这个问题,早在1666年代的牛顿,就已经开始争辩)
  2. 黑体辐射为什么在短波和长波的范围,不能用一套公式来描述?

当量子力学理论,更可以说是假设,刚提出的时候,大家都为他的反直觉,怪诞荒诞而不能接受。就连假设提出者普朗克自己也不敢把这些假设视为真理,只说“这是一套基于数学模型的纯假设”。这些假设是:

  1. 能量是有最小单位的
  2. 光的能量是一份一份的

这个最小的能量单位,我们叫“光量子”,后来简称“光子”,同时,“量子”的名字也就这样来了。

那一份量子的能量是多少呢?他就是普朗克常数(H):6.626× 10-34

不要小看这个数字,他可是和万有引力常数G、光速C一起,构成我们这个宇宙万物的三大常数之一!

爱因斯坦正是由于受到了普朗克的启发,从而在1905年提出了“光电效应”理论–就是光的能量是一份一份的论断–继而在当年提出包括相对论在内的6篇改变人类物理学的论文,史称“1905奇迹年”。

学习量子力学史,我觉得至少有以下两个思维上的收获:

  • 人类的进步,正是来源于敢对现实不完美的地方提出质疑。追求完美,敢于质疑,是人类进步的两大动力。
  • 不要轻易说“不可能”和理所当然,直觉和常识,相比起其它不可撼动的基石(如数学),更可能是错的。

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