物理学家们能做的,无非就是像费米、康普顿那样,把量子力学应用到未知的实验现象中,解释其原理。
他们无需再额外创造更多的理论。
“物理学的大厦真的建成了?”
这时,李奇维和玻尔两人坐在一起。
听到旁边的议论后,玻尔微微一笑。
“老师,你认为这个观点对吗?”
李奇维目光深邃,幽幽道:
“当然不对!”
“完善的只是量子力学,而不是物理学。”
“至少我现在就能想出一个方向,令量子力学束手无策。”
玻尔一惊,忙问道:
“是什么?”
李奇维笑着反问道:
“玻尔,你认为经典电磁学中,最重要的概念是什么?”
玻尔闻言,眉头微皱。
他的脑海里一瞬间闪过很多理论:电流、电磁感应、库仑定律、麦克斯韦方程.
但这些好像和量子力学都没什么关系。
不对!
玻尔忽然想到了第一届布鲁斯会议上的内容。
他兴奋地说道:
“老师,是场!”
李奇维满意地点点头,说道:
“没错,就是经典场的概念!”
“物质、能量,都已经被量子化了。”
“能不能把场也给量子化呢?”
“那样会发生什么?”
“我目前的一个研究方向就是关于电磁场的量子化。”
“暂时还没有什么成果,所以这次会议我就没有提。”
哗!
玻尔闻言内心极度震撼!
“天啊!”
“场明明是连续的存在,怎么可能量子化呢?”
“这个思想太超前了!”
这一刻,他觉得自己听到了什么了不得的东西。
老师的灵感简直无穷无尽!
玻尔忽然觉得,量子力学可能还远远没有结束。
真实历史上,李奇维所说的把场给量子化,就是把连续的场看成无穷维谐振子,通过正则量子化的方法,将场分解成一个个量子。
场被量子化以后,有一个好处,那就是与量子化的粒子和能量变成同一状态。
这样更方便从理论上阐述它们之间的关系。
这就是大名鼎鼎的“量子场论”。
在量子场论的框架下,宇宙中没有物质没有能量,只有各种各样的场。
场的激发产生物质和能量。
每一种微观粒子都有对应的场。
产生光子的场是电磁场,研究电磁场和光子的相互作用的量子场论名为“量子电动力学(QED)”。
产生夸克的场是夸克场,研究组成强力粒子的夸克的量子场论名为“量子色动力学(QCD)”。
而这些理论最终组合在一起,就是后世最前沿最重要的理论:粒子物理标准模型!
玻尔无论如何也想不到,未来的量子力学会多么璀璨!
此刻,李奇维忽然微微一笑,他要给量子力学再添一把火。
他笑着说道:
“刚刚不是有人说,理论物理走到头了吗?”
“现在,我要向他们展示一下,什么叫永无止境!”
哗!
玻尔大惊!
老师难道又要提出什么惊世理论了吗?
在众人的震惊下,李奇维站起来,走到前方,说道:
“适才我和玻尔聊天时,又回想起前天的双缝干涉实验。”
“我想到从另外一个角度重新阐述量子力学。”
哗!
众人皆是一惊!
“天啊!”
“我刚刚才说量子力学已完善,理论物理到头了。”
“没想到转眼就被布鲁斯教授打脸。”
李奇维继续说道:
“在经典力学中,一个粒子的运动可以由牛顿运动定律精准预测。”
“但在量子力学中,我们只能预测粒子出现在某处的概率。”
“概率的数值是通过计算薛定谔方程的波函数得到。”
“那么,有没有可能重新寻找一种方法来计算呢?”
“我从电子的双缝干涉实验中找到了灵感。”
“从整体来看,电子发射出来后,要经过双缝和显示屏,最终变成一个确定的状态。”
“过程无非几种,要么单独通过左缝,要么单独通过右缝,要么同时通过两条缝隙。”
“我们不需要计算,就能定性知道这些路径。”
“但如果这时候把双缝改成三缝,甚至五缝、八缝,并且在前后多加几个缝隙板。”
“这时候要如何研究电子的通过路径呢?”
“它还会发生干涉吗?”
“这种情况,现有的量子理论无能为力。”
众人一脸懵逼,不明觉厉。
这已经不是双缝实验,而是N缝实验了。
“电子通过这些缝的路径有很多种。”
“通过定性完全无法判断电子究竟走哪一条路径。”
“因此,我想到一种解决方案。”
“我把这些所有可能的路径全部累加,最终确定电子将要走哪条具体的路径。”
“如此一来,我不需要知道电子的波粒二象性具体是什么。”
“我只需关注电子的起始点和终止点的状态即可。”
“没有什么波动,也没有什么粒子,电子只是从A到B运动。”
“假设它有100条不同的路径,我就把100条路径以概率比重叠加,通过积分的方式计算最终走哪条路径。”
咔咔咔!
李奇维一边讲,一边直接在黑板上开始演算。
各种积分看的人眼花缭乱。
足足二十分钟过后。
他笑着说道:
“诸位请看,这是我用新的方法,计算出电子通过双缝的结果。”
“我从理论上证明了,单个电子必然会产生干涉。”
“同理,把双缝换成三缝、八缝,可以得出不同的结果。”
“我暂时把该理论称为【路径积分】。”
“有了路径积分,我们完全不用考虑量子本身的情况,直接考虑所有可能性。”
静!
死一般的寂静!
所有人都瞪大了双眼,心中震撼不已!
“上帝啊!布鲁斯教授实在太逆天了!”
“他到底是怎么想出来这种理论的?”
“这简直就是大力出奇迹,以力证道啊!”
矩阵力学中用跃迁来表示电子的状态改变。
波动力学中用概率表表示电子的状态改变。
这两大力学都是通过间接的手段,从某个角度描述电子从A到B的变化。
因为量子力学的特性注定了,微观粒子的一切都不是不确定的,有无数种可能状态。
物理学家不可能把每种状态都考虑到。
但是今天,众人仿佛见到奇迹了!
其他人不能,不代表布鲁斯教授也不能!