卡皮察并不知道自己歪打正着,刚好提出来了波函数坍缩这件事情。
但卡皮察提出来了这个观测的问题,现在陈慕武觉得自己不能再按照原来的计划进行了。
他本打算继续谈谈当初爱因斯坦为了帮他想象中的光量子找一个波动性的理论,而提出来的那个已经被放弃了的“鬼场”。
可是他现在觉得,自己再讲些纯理论上的东西,而不给出具体的物理学图像的话,这些实验物理学家们很可能依旧听不懂。
好在陈慕武早就做了两手准备,他转身擦掉黑板上写着的三五行公式,反而是在上面画起图来。
显示屏、遮挡物、带着箭头的平行直线,当他在上面写下“光”这个单词之后,明眼人早就看出来,陈慕武在黑板上画了一个托马斯杨的双缝干涉示意图。
“你提出来的这个问题,我想我可以用另外一个实验现象来回答。
“双缝干涉实验,是皇家学会会士托马斯杨在十九世纪初做的一个著名的光学实验,正是这个实验,最终推翻了牛顿爵士提出来的光的微粒说,从此以后,人们开始相信,光同样是一种波。
“二十世纪初,爱因斯坦博士为了解释光电效应的实验现象,又重新提出了光量子这个概念,并最终被密立根教授的精确光电效应实验,以及去年年初的伽马射线散射实验所验证。
“现在让我们重新考虑这个实验,假如说,我们尽可能地调低光源的亮度,让这个光源每次只发射一颗光子,并确保在这颗光子穿过狭缝到达屏幕这个过程中,不会再有一颗新的光子发出。
“就这样一个光子一个光子地积累很长一段时间之后,我们再把屏幕上的感光底片拿去显影成像的话,那张照片上究竟会显示什么样的一种图样?还会不会仍然显示明暗相间的黑白干涉条纹?”
陈慕武在这里稍作停顿,给出众人足够长的思考时间。
场内的众人的讨论起来,最终他们勉强达成了一个统一的意见,那就是照相底片上,并不会产生干涉条纹。
“只是,非常遗憾的是,你们给出来的回答都答错了。
“在十五年前的1909年,如今的皇家学会会士杰弗里泰勒,当时还只是我们三一学院的一位学生,正在当时卡文迪许实验室的主任,如今的三一学院院长汤姆孙爵士手下,做着一个有关光学的实验。
“当时,泰勒会士用一盏煤气灯作为光源,光源前面放了几块被煤烟熏黑的玻璃。
“他之所以这么做的原因,就是为了保证光在每经过一块玻璃之后,就会变得更加微弱,从而检验在微光的条件下,还会不会出现光的波动现象。
“这个实验足足持续了三个月,在最终洗出来的照相底片中,仍然得到了波动现象。
“虽然泰勒会士那次做的不是双缝干涉而是针尖衍射的实验,但我想,如果复刻这个实验,把里面的针尖换成是两条狭缝的话,同样也会出现对应的实验现象.”
“这……”
谁也没想到陈慕武竟然有备而来,为了一场卡皮察俱乐部上的讲座,他竟然都翻出来了十五年前的一篇学生论文。
许久之后,仍然是卡皮察站出来拆台:“陈,但是这个实验,也没办法保证像你说的那样,在同一时间里,空间中只存在一颗光子.”
“卡皮察先生,事实上,这件事情是能保证的.”
陈慕武说着话又转过身去,在黑板上画起了一个箱子的示意图。
“早在个实验出现的四年之前,爱因斯坦博士就已经提出来了光量子假说,但是泰勒会士在论文中并没有一处提到了光量子。
“但幸运的是,他给出了详细的实验数据,我们可以就粗略估算一下。
“据他的统计,每秒到达照相底片上的能量,为5x10焦耳。
“因为煤气灯发出来的光是淡蓝色,所以光的波长我们就近似取为500纳米。
“因为e=hν,经过计算就可以得出,每秒抵达照相底片上的光子数量,大概在一百万个左右。
“统计上来讲,也就是说每一百万分之一秒,有一个光子穿过层层阻碍,打到了这块照相底片上。
“用这个时间间隔乘以光的传播速度,就能得到一前一后两个光子之间的距离,应该是有三百米左右。
“而他整个实验暗箱的长度,也不过才不到两米,这也就是说,在统计上来看,在同一时刻中的整个实验空间里,只会有一颗光子的存在.”
陈慕武最后总结道:“只要能确保在同一时间整个实验空间里只存在一颗光子,就能光的干涉行为是光子相互作用的可能性。
“所以,干射条纹的出现是许多光子各自独立行为积累的结果,干涉条纹的亮区是光子到达可能性较大的区域,而暗区是光子到达可能性较小的区域。
“至于这个光子的到达可能性在物理学上的含义是什么,我想不出意外的话,它就是我所说的概率,进而也就说明了光波是一种概率波。
“如果把这个实验中的光子换成是一个电子源的话,我想也应该会出现同样的结果。
“所以我才会说,概率才是这个波动方程的真正含义.”
陈慕武在这段发言中其实有漏洞,他只是搞了个统计平均的说法,并没有言之凿凿地确认,在同一空间同一时刻里,只存在着单一的光子。
事实上,严格意义上的单光子干涉实验也好,单电子干涉实验也罢,都要等到单电子源和单光子源在二十世纪七十年代出现之后,才能被物理学家们在实验室里完全做出来。
在此之前,单粒子干射实验只能是一个存在于理想中思维实验。
而且这个思维实验,不仅仅能证明波函数是一种概率波,他还能在一定程度上得到不确定性原理。
不过陈慕武觉得,还是暂时先不把这个在原时空里让玻尔和爱因斯坦吵了几十年的东西拿出来。
他已经搞出来一个惊世骇俗的量子力学了,需要让物理学界先喘几口气,好好消化一下他最近的几篇论文。
坐在会场最后的赵忠尧问施汝为:“你听懂了吗?”
后者很坦诚地摇了摇头:“我只知道陈先生在讲座中提到的双缝干涉,也知道他提出来的光子,但是有关波动函数这件事,虽然那个奥本海默先生曾经提过几次,但我还没来得及深入了解。
等结束以后,我们去把奥本海默先生的笔记给借过来好好研究一下,有什么不明白的地方,再去请教陈先生好了.”
场内其他人虽然了解过波动方程,同但他们样和赵、施两人一样,听了个懵懵懂懂。
不过有的人在心里已经起了别的心思,他们想着等回到实验室之后,是不是把陈慕武所说的单光子双缝干涉实验给做出来。
虽然留在观众席上的成员,仍然处在震惊和懵逼的叠加态,但陈慕武今天的讲座已经结束。
他擦干净身后的的黑板,又拍掉了身上的粉笔屑,打算收拾好桌子上的东西就离开。
现在不离开的话,等这些人反应过来,把自己彻底围住问问题的话,那时候再想跑也跑不了了!
就在这时,这个会议室的房门猛地一下子被推开。
陈慕武和在场的众人都是第一次见到,往日里那个沉着冷静的狄拉克如此失态。
而且他们也是第一次听到,从狄拉克嘴里一口气蹦出来了如此多的单词。
狄拉克沉默寡言,是众所周知的。
因为他平日里不苟言笑,和众人相处过程中说的话实在是太少,每次都只有寥寥几句。
所以在圣约翰学院、卡文迪许实验室和卡皮察俱乐部里,专门出现了一个以狄拉克姓氏命名的奇怪单位。
一狄拉克,等于一个人在一个小时之内说出一个单词。
而一卡皮察,大概等于几千甚至几万狄拉克。
陈慕武没想到自己刚才在讲座里还想着狄拉克,结果他的这位前室友就很及时地出现在了他的面前。
狄拉克径直来到陈慕武面前,快速喘了几口气,调整好呼吸之后,这才说道:“布朗太太说你已经搬离了她家,我打听到你在卡皮察俱乐部之后,就匆匆赶来了这里。
“陈,这个夏天我在家里一直看你之前的所有论文,我、我在其中发现了你的一个错误!”
第151章 99学术小偷狄拉克
奥本海默不认识谁叫狄拉克,他只看到了一个高高瘦瘦的英国男人,刚一进门,就冲到了自己老师的面前。
这还了得!
他连忙放下手里的纸和笔,直接冲到了陈慕武的身边,挡在了他的前面。
虽然奥本海默是三个人里身高最矮的那个,但他依然坚定地站在了那里。
待在剑桥已经将近一个月,他越来越受不了英国这种古板封闭的环境。
虽然陈慕武对他还不错,但他心里始终都满怀着一股火气。
刚想睡觉就有人给递来了枕头,奥本海默在心中已经盘算好了,如果这个不开眼的英国佬想要动手的话,自己就直接一个勾拳,怼到他的肚子上。
陈慕武稍加思考,就明白了眼前的形势到底是怎么一回事。
看来这个美国人,应该是打心眼里认同了自己,那他这辈子也应该没有被下毒之虞了。
“罗伯特,你别太紧张了。
这位是我的好朋友,一个理论天才保罗狄拉克。
他不是什么坏人,所以你放心吧!”
奥本海默非常尴尬,他没想到自己第一次出头,居然遇上了老师的朋友。
陈慕武接着又向狄拉克介绍自己的学生:“保罗,这个是美国哈佛大学的高材生,罗伯特奥本海默,他今年夏天才进入到了卡文迪许实验室,现在正跟着我搞些研究.”
“狄拉克先生,真不好意思,我还以为、呃、你想要对陈老师动手.”
“没关系.”
“对了,罗伯特,能否尽快整理出我今天讲的全部内容,然后交给我?”
“当然没问题,陈老师!”
交代给奥本海默一个任务,把他打发走之后,陈慕武拉着狄拉克的袖子,往门外走去。
“有什么事情,我们到外面去说.”
他之所以这么着急想要离开,是怕等今天来听讲座的这批人深入思考有关概率波的问题之后,会把自己围住问各种问题。
陈慕武直接把狄拉克带到了自己在三一学院的房间,给他泡了杯茶之后,这才问道:“保罗,你找出了我的哪个错误,所以才让你这么着急?”
“是有关陈统计和陈不相容原理,你前后发表的这两篇论文之间,存在着矛盾.”
哦,原来是这个。
和世界上大部分物理学家不同,陈慕武在量子力学中使用的矩阵,对数学专业出身的狄拉克来说不成问题。
这只不过是一种数学工具,和加减乘除四则运算相比也没什么不同,只不过是比后者稍微高级一些罢了,
但是,另外一个有关于原子的问题,却困扰了狄拉克一整个夏天。
在中子发现之前,物理学家和化学家们区分元素的办法,只是去看他们原子核外的电子数目。
所以狄拉克一直以来都搞不明白,为什么氖ne和钠na只在电子数目上差了一个,却在化学性质上表现出来了很大的不同,一个是气体,另一个则是金属。
直到他看到了陈慕武发表在《自然》期刊上的最新一篇论文,提出来的波动方程。
狄拉克想着用陈慕武的波动方程,尝试着去求借一下一个原子中有两个电子的话,会是什么情况。
而且他还如果让这两个电子交换一下位置的话,求解出来的两个结果究竟是会相同还是不同。
求解出来的结果表明,交换位置只会让波的前面改变一下正负号,并不会产生其他的区别。
这让狄拉克又想到了自己的好朋友陈慕武在建立矩阵力学时所提出来的那个想法,那就是实验并不能观测出两个电子在交换位置之后,和之前有什么不同。
因为人们并不能具体观测到电子,只能通过原子中发出来的光来判断。
很显然,电子的位置交换与否,根本影响不到从原子中发出来的光。
他意识到,这很可能就是陈慕武之前提出来的那个有关原子模型中电子轨道的那个不相容原理。
但是狄拉克还没高兴太久,他就突然意识到了陈不相容原理和之前他提出来的另外一个理论之间的矛盾之处。
陈慕武在去年差不多这个时候,曾经提出来了一个不同于宏观物理学中的麦克斯韦-玻尔兹曼统计的新的统计方法,并用这种名为陈统计的量子统计方法,成功地从第一性原理推导出了普朗克热辐射定律。
只是,当时陈慕武在计算中,用到的粒子是光子,而光子的自旋为1,是个整数。
所以大量的光子,才能无限叠加到同一个量子态上。
但是,在这之后,陈慕武在今年年初又提出来了以他姓氏命名的“陈不相容原理”,像电子这种自旋为二分之一的粒子,是不允许占据同一个量子态的,即使它们有完全相同的量子数也不行。
所以对于电子这个微观粒子来说,便不能再用陈统计这个量子统计方式,如果强行套用的话,很可能就会得到系统的熵变成负无穷大这个无比荒谬的结论。
所以现在亟需找到一种新的量子统计形式,让它能够适用于电子。