量子力学的历史笑话zt

月亮与六便士

故事发生在二十世纪初的法国。
巴黎。
　　
一样的延续着千百年的灯红酒绿，香榭丽舍大道上散发着繁华和暧昧，红磨坊里弥漫着躁动与彷徨。
　　
而在此时的巴黎，有一个年轻人，名字叫做德布罗意（De　Broglie），从他的名字当中可以看出这是一个贵族，事实上德布罗意的父亲正是法国的一个伯爵，并且是正是一位当权的内阁部长。这样一个不愁吃不愁穿只是成天愁着如何打发时光的花花公子自然要找一个能消耗精力的东西来磨蹭掉那些无聊的日子（其实象他这样的花花公子大约都会面临这样的问题）
　　
德布罗意则找到了一个很酷的“事业”——研究中世纪史。据说是因为中世纪史中有着很多神秘的东西吸引着这位年轻人。　　
　　
时间一转就到了1919，这是一个科学界急剧动荡动着的年代。就在这一年，德布罗意突然移情别恋对物理产生了兴趣，尤其是感兴趣于当时正流行的量子论。
　　
具体来说就是感兴趣于一个在当时很酷的观点：光具有粒子性。
　　
这一观点早在十几年前由普朗克提出，而后被爱因斯坦用来解释了光电效应，但即便如此，也非常不见容于物理学界各大门派。德布罗意倒并不见得对这一观点的物理思想有多了解，也许他的理解也仅仅就是理解到这个观点是在说“波就是粒子”。
　　
或许是一时冲动，或许是因为年轻而摆酷，德布罗意来到了一派宗师朗之万门 下读研究生。　　
　　
　　从此，德布罗意走出了一道足以让让任何传奇都黯然失色的人生轨迹。

二

历史上德布罗意到底花了多少精力去读他的研究生也许已经很难说清，事实上德布罗意在他的5年研究生生涯中几乎是一事无成。事实上也可以想象，一个此前对物理一 窍不通的中世纪史爱好者很难真正的在物理上去做些什么。

白驹过隙般的五年转眼就过去了，德布罗意开始要为他的博士论文发愁了。
　　
其实德布罗意大约只是明白普朗克爱因斯坦那帮家伙一直在说什么波就是粒子，（事实上对于普朗克大约不能用“一直”二字，此时的普朗克已经完全抛弃自己当初的量子假设，又回到了经典的就框架。）而真正其中包含的物理，他能理解多少大约只有上帝清楚。

　　
五年的尽头，也就是在1924，德布罗意终于提交了自己的博士论文。 他的博士论文只有一页纸多一点，不过可以猜想这一页多一点的一份论文大约已经让德布罗意很头疼了，只可惜当时没有枪手可以雇来帮忙写博士论文。
　　
他的博士论文只是说了一个猜想，既然波可以是粒子，那么反过来粒子也可以 是波。

　　
而进一步德布罗意提出波的波矢和角频率与粒子动量和能量的关系是：
　　　　　　动量＝普朗克常数／波矢
　　　　　　能量＝普朗克常数＊角频率
　　　　　　这就是他的论文里提出的两个公式
　　
而这两个公式的提出也完全是因为在爱因斯坦解释光电效应的时候提出光子的动量和能量与光的参数满足这一关系。

可以想象这样一个博士论文会得到怎样的回应。
　　
在对论文是否通过的投票之前，德布罗意的老板朗之万就事先得知论文评审委员会的六位教授中有三位已明确表态会投反对票。
　　
本来在欧洲，一个学生苦读数年都拿不到学位是件很正常的事情，时至今日的欧洲也依然如此。何况德布罗意本来就是这么一个来混日子的的花花公子。然而这次偏偏又有些不一样——德布罗意的父亲又是一位权高望众的内阁部长，而德布罗意在此厮混五年最后连一个Ph.D都没拿到，双方面子上自然也有些挂不住。
　　
情急之中，朗之万往他的一个好朋友那里寄了一封信。
　　
当初的朗之万是不是碍于情面想帮德布罗意混得一个PhD已不得而知，然而事实 上，这一封信却改变了科学发展的轨迹。
　
三
这封信的收信人是爱因斯坦。

信的内容大致如下：

尊敬的爱因斯坦阁下：
在我这里有一位研究生，已经攻读了五年的博士学位，如今即将毕业，在他提 交的毕业论文中有一些新的想法………………
　　
请对他的论文作出您的评价。
　　
另外顺便向您提及，该研究生的父亲是弊国的一位伯爵，内阁的＊＊部长，若您……，将来您来法国定会受到隆重的接待

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　朗之万

在信中，大约朗之万的潜台词似乎就是如果您不肯给个面子，呵呵，以后就甭来法国了。


不知是出于知趣呢，还是出于当年自己的离经叛道而产生的惺惺相惜，爱因斯坦很客气回了一封信，大意是该论文里有一些很新很有趣的思想云云。

此时的爱因斯坦虽不属于任何名门望派，却已独步于江湖，颇有威望。有了爱因斯坦的这一封信，评审委员会的几位教授也不好再多说些什么了。

于是，皆大欢喜。
　　
浪荡子弟德布罗意就这样“攻读”下了他的PhD（博士）。
　　
而按照当时欧洲的学术传统，朗之万则将德布罗意的博士论文印成若干份分寄到了欧洲各大学的物理系。
　　
大约所有人都以为事情会就此了结，多少年以后德布罗意那篇“很新很有趣” 博士论文也就被埋藏到了档案堆里了。
　　
德布罗意大约也就从此以一个PhD的身份继续自己的浪荡生活。。

但历史总是喜欢用偶然来开一些玩笑，而这种玩笑中往往也就顺带着改变了许多人的命运。

在朗之万寄出的博士论文中，有一份来到了维也纳大学。

四

1926年初。
维也纳。
　　
当时在维也纳大学主持物理学术活动的教授是德拜，他收到这份博士论文后，将它交给了他的组里面一位已经年届中年的讲师。这位讲师接到的任务是在两周后的seminar（学术例会）上将该博士论讲一下。
　　
这位“老”讲师大约早已适应了他现在这种不知算是平庸还是算是平静的生活，可以想象，一个已到不惑之年而仍然只在讲师的位置上晃荡的人，其学术前途自然是朦胧而晦暗。而大约也正因为这位讲师的这种地位才使得它可以获得这个任务，因为德拜将任务交给这位讲师时的理由正是“你现在研究的问题不很重要，不如给我们讲讲德布罗意的论文吧”。
　　
这位讲师的名字叫做——薛定谔（Schrodinger）

在接下来的两周里，薛定谔仔细的读了一下德布罗意的“博士论文”，其实从 内容上来讲也许根本就用不上“仔细”二字，德布罗意的这篇论文只不过一页纸多一点，通篇提出的式子也不过就两个而已，并且其原型是已经在爱因斯坦发表的论文中出现过的 。
　　
然而论文里说的话却让薛定谔一头雾水，薛定谔只知道德布罗意大讲了一通“波即粒子，粒子即波”，除此之外则是“两个黄鹂鸣翠柳”——不知所云。
　　
两周之后，薛定谔硬着头皮把这篇论文的内容在seminar上讲了一下，讲者不懂 ，听者自然也是云里雾里，而老板德拜则做了一个客气的评价：
　　
“这个年轻人的观点还是有些新颖的东西的，虽然显得很孩子气，当然也许他需要更深入一步，比如既然提到波的概念，那么总该有一个波动方程吧”
　　
多年以后有人问德拜是否后悔自己当初作出的这一个评论，德拜自我解嘲的说“你不觉得这是一个很好的评论吗？”
　　
并且，德拜建议薛定谔做一做这个工作，在两周以后的seminar上再讲一下。

两周以后。
　　
薛定谔再次在seminar上讲解德布罗意的论文，并且为德布罗意的“波”找了一个波动方程。
　　
这个方程就是“薛定谔方程”！
　　
当然，一开始德布罗意的那篇论文就已经认为是垃圾，而从垃圾产生出来的自然也不会离垃圾太远，于是没人真正把这个硬生生给德布罗意的“波”套上的方程当一回事，甚至还有人顺口编了一首打油诗讽刺薛定谔的方程：
　　
欧文用他的psi，计算起来真灵通：但psi真正代表什么，没人能够说得清。　　
（欧文就是薛定谔，psi是薛定谔波动方程中的一个变量）

故事的情节好像又一次的要归于平庸了，然而平庸偏偏有时候就成了奇迹的理由。
　　
大约正是薛定谔的“平庸”使得它对自己的这个波动方程的平庸有些心有不甘，他决定再在这个方程中撞一撞运气。

五

上面讲到的情节放到当时的大环境中来看就好像是湖水下的一场大地震——从湖面上看来却是风平浪静。
　　
下面请允许我暂时停止对“老”讲师薛定谔的追踪，而回过头来看一看这两年发生物理学界这个大湖表面的风浪。
　　
此前，玻尔由普朗克和爱因斯坦的理论的启发提出了著名的“三部曲”，解释了氢光谱，在这十几年的发展当中，由玻尔掌门的哥本哈根学派已然是量子理论界的“少林武当”。

　　
1925，玻尔的得意弟子海森堡提出了著名的矩阵力学，进一步抛弃经典概念，揭示量子图像，精确的解释了许多现象，已经成为哥本哈根学派的镇门之宝——量子届的“屠龙宝刀”。不过在当时懂矩阵的物理学家没有几个，所以矩阵力学的影响力仍然有限。事实上就是海森堡本人也并不懂“矩阵”，而只是在他的理论出炉之后哥本哈根学派的另一位弟子玻恩告诉海森堡他用的东西在数学中就是矩阵。

再回过头来再关注一下我们那个生活风平浪静的老讲师薛定谔在干些什么—— 我指的是在薛定谔讲解他的波动方程之后的两个星期里。
　　
事实上此时的他正浸在温柔乡中——带着他的情妇在维也纳的某个滑雪场滑雪。
　　
不知道是宜人的风景还是身边的温香软玉，总之是冥冥之中有某种东西，给了薛定谔一个灵感，而就是这一个灵感，改变了物理学发展的轨迹。

薛定谔从他的方程中得出了玻尔的氢原子理论！

六

倚天一出，天下大惊。
　　
从此谁也不敢再把薛定谔的波动方程当成nonsense（扯淡）了。
　　
哥本哈根学派的掌门人玻尔更是大为惊诧，于是将薛定谔请到哥本哈根，详细切磋量子之精妙。
　　
然而让玻尔遗憾的是，在十天的漫长“切磋”中，两个人根本都不懂对方在说些什么。在一场让两个人都疲惫不堪却又毫无结果的“哥本哈根论剑”之后，薛定谔回到了维也纳之后仍然继续做了一工作，他证明了海森堡的矩阵力学和他的波动方
程表述的量子论其实只是不同的描述方式。
　　
从此“倚天”“屠龙”合而为一。
　　
此后，薛定谔虽也试图从更基本的假设出发导出更基本的方程，但终究没有成功，而不久，他也对这个失去了兴趣，转而去研究“生命是什么”。

历史则继续着演义他的历史喜剧。
　　
德布罗意，薛定谔都在这场喜剧中成为诺奖得主而名垂青史。


尾声

其实在这一段让人啼笑皆非的历史当中，上帝还是保留了某种公正的。薛定谔得出它的波动方程仅在海森堡的矩阵力学的的诞生一年之后，倘若上帝把这个玩笑开得更大一点，让薛定谔在1925年之前就导出薛定谔方程，那恐怕矩阵力学就根本不可能诞生了（波动方程也就是偏微分方程的理论是为大多数物理学家所熟悉的，而矩阵在当时则没有多少人懂）。如此则此前在量子领域已辛苦奋斗了十几年的哥本哈根学派就真要吐血了！
　　
薛定谔方程虽然搞出了这么一个波动方程，却并不能真正理解这个方程精髓之处，而对它的方程给出了一个错误的解释——也许命中注定不该属于他的东西终究就不会让他得到。对薛定谔方程的正确解释是有哥本哈根学派的玻恩作出的。（当然玻恩的解释也让物理界另一位大师——爱因斯坦极为震怒，至死也念念不忘“上帝不会用掷色子来决定这个世界的”，此为后话）。
　　
更基本的量子力学方程，也就是薛定谔试图获得但终究无力企及的的基本理论，则是由根本哈根学派的另一位少壮派弟子——狄拉克导出的，而狄拉克则最终领袖群伦，建起了量子力学的神殿。

动中之动

越是想深入了解量子理论，就越会发现它正在向意识方向靠拢。很多也许是蒙出来的，不过有趣的是，它的确能够非常好地描述微观世界。

月亮与六便士

恩，关于量子力学，海森堡有一个著名的测不准原理。乍一看，好象是唯心论，其实也不然。关于本体意识，哲学界早就不再争论了。至于你说：“越是想深入了解量子理论，就越会发现它正在向意识方向靠拢"，我象无论科学还是艺朮，最终极的走向还是往哲学思辩之处靠拢吧。

动中之动

是啊，非常佩服古时那些哲人，现代科学研究了几百年，有时反而不如他们透彻。
btw: 其实，让我觉得唯心的倒不是测不准原理，而是诸如波函数的坍缩，简直是目瞪口呆

[ Last edited by 动中之动 on 2004-10-22 at 16:15 ]

jamduck

人心为尺，测不准的不是待测物不准而是尺不准，人的理解力的局限造成客观存在的事实与规律的不可解释，客观存在便是确定，认为人能够选择是唯心，认为人的思考能高于一切事物是浅薄，在规律与法则统治的宇宙空间里事件是绝对必然的，偶然只是相对而言，人的感知可以失之毫厘，也可以谬以千里，人的抉择是规律运作的结果，每一个原因影响结果的产生，每一个结果又都是下一个事件产生的原因，因果循环不息，无从觅始也无以见终，认为事情事出偶然是因为人根本无法洞悉事情的每一个成因，每一个成因都可以是决定性的，人们口里说的不一定绝大部分都是即成的事实，只是获得的信息太少，无从判断罢了...虽然说事例不能充分证明命题，但我还是想给大家举个例子，有一次我在等公交车，一辆223到站，一名男子车头前快步走过，想要穿越马路，当他走到视线可以看到公交车另一侧的情景时却发现一辆小车正向他冲来，躲闪不及被撞出5、6米外，我当时的感觉就是天有不测风云，世事难料啊...但一转念，如果我刚才是站在街边大厦顶上俯视整个事情的全过程，恐怕在事情发生前的几秒钟我就能料到车祸的发生了，因为我会看到小车正疾速驶来，出事者也在快步向碰撞点靠拢，小车看不到被公交车挡住的行人，行人也看不到被公交车挡住的车子...但我都看到了，所以我能在事情发生前就强烈感觉到事情要发生，而不像我站在公交车站上时的感觉那样根本一无所知...扯得好远，呵呵，原题说什么来着？哦，量子力学的玩笑...科学没有玩笑，事情的发生不是偶然，也没有什么应不应该的，人的感知其实客观世界的哈哈镜，当然睿智如爱因斯坦会比各位平整许多...

附：思考题：
让我们先把时间定格，观察宇宙中所有的基本粒子，然后时间启动，粒子们重新运动起来，按照宇宙的法则运动着，一秒钟后，时间又定格，再看看它们，你是否想到什么？对了，如果一秒钟前我能够使用宇宙的法则计算它们一秒钟后的形态的话，那么一秒钟前我就知道了一秒钟以后宇宙的一切了，如此类推，我一样可以算出一亿个一秒钟后宇宙的形态，人的抉择的影响不可计算？SORRY，人的心理活动一样是由组成人体的粒子与外界的粒子相互作用的结果，一样要遵循宇宙的法则。粒子那么多，法则也那么多，谁也算不过来？SORRY AGAIN，你算不过来不代表宇宙算不过，它一直都在算着，也一直没出过错。那么，如果一切都是必然的，作为人应该怎样去面对生活？GOOD QUESTION，你会怎样去面对生活已经是决定了的事，你不用再操心了，怎么做都是合理的，做你最想做的那种就行！
完！


有几个研究方向可以用来推翻以上的绝对必然性与相对偶然性理论：
1.时间是假象，根本没有时间这种东西，事件的先后是人的错觉，或者说是扭曲
2.宇宙是无序的，根本没有规律或法则
3.人的思维是非物质的，凌驾于任何法则之上

[ Last edited by jamduck on 2005-6-21 at 03:27 ]

动中之动

.
    如果在经典物理的框架下，必然会推导出“决定论”，世界不过是一连串的因果关系，所有过程和结局早已确定，不过，即便是这样，也无法回避“第一推动”的问题。
    另一方面，对于微观粒子，相同的初始条件未必有相同的结果，它们表现出的波动特性就是一例，象电子的衍射效应，如果大量电子通过小孔，对端会形成规则的衍射图案，但如果让只单个电子通过，它打在对端的位置是不确定的。爱因斯坦说：“上帝不掷骰子”，但就目前的实验结果来看，上帝确实在掷骰子。
    当然，我们可以说，这是因为对衍射的初始条件了解得不够，但是，对于单个粒子行为不确定，大量粒子却表现出规律性这一事实，“决定论”无法解释。

   你举的那个公共汽车的例子很有趣，不过，如果你事先在站高处看，你能不能确定那个人不会突然转弯，从而躲过公共汽车？显然不能，因为你无法确定那个人是怎么想的。这又涉及“自由意志”问题了，很难辩得清的

jamduck

呵呵，老兄说的很好，第一推动与上帝掷色子确实能让人想破脑袋，我现在能思考到的就是时间根本不存在，事物的任何可能的形态都同时存在，人类的感知的错觉产生先后序列，其实根本就没有因果，哈哈，胡说八道的，只是个想法，稚嫩得连讨论的必要都没有...
关于公交车事件的判断，其实是这样，人从来就不可能看清任何一件事的所有动因，但却不影响其去对一件事下定论，我举这个例子的初衷是想说明看到的动因越多，做出的预测就越接近事实...
如果上帝掷色子也遵守现代概率论的话，单个粒子的无序与大量粒子的有序就好解释了，哈哈哈哈，其实我都不喜欢太过严肃的讨论这种话题，容易吓到身边关心自己的人

动中之动

原贴由 jamduck 发表于 2005-6-21 11:23 AM:
...其实我都不喜欢太过严肃的讨论这种话题，容易吓到身边关心自己的人...

呵呵，你可真逗
说真的，这样的讨论就是换换心情，量子也好，牛顿也好，咱还是得过自己的日子... ...这不，肚子又饿了，我去食堂买块量子馅饼~~~

纳薇

原贴由 动中之动 发表于 2005-6-21 11:31 AM:

呵呵，你可真逗
说真的，这样的讨论就是换换心情，量子也好，牛顿也好，咱还是得过自己的日子... ...这不，肚子又饿了，我去食堂买块量子馅饼~~~

俺中午吃了量子面条.:)

月亮与六便士

我今晚要吃量子螃蟹，还有量子基围虾

动中之动

原贴由 索多瑪120天 发表于 2005-6-21 05:02 PM:
我今晚要吃量子螃蟹，还有量子基围虾

我的量子口水都流出来了`Q5`Q5`Q5

月亮与六便士

量子口水？真强
流了多少？遵守测不准原理吗？

一脸痘

索多玛日子过的好啊，看样子离开了我们，你过的更好

纳薇

原贴由 索多瑪120天 发表于 2005-6-21 05:49 PM:
量子口水？真强
流了多少？遵守测不准原理吗？

一定要遵守测得准原理.
我们还等着看结果呢.....`Q12`Q12

armen

今日此帖一出，在下才知众位大师功力，无比佩服！我也斗胆瞎说两句。
我认为光的波粒二象性的根本解释是理解很多问题的关键。光波不同于机械波的根本在于它具有粒子性，是“概率波”，即由非连续光子的落点概率决定宏观干涉、衍射条纹的波。光量子本身是测不准的，宏观的经典定律无法应用，但这并非无规律。在这里，数学统计的规律依然适用。大家都知道电子云模型，这本身就是依据适用于测不准的电子的统计学规律建立的模型。
举个大家都熟悉的例子，100万同种族同性别人中进行身高调查，正常段的人数多，过高、过矮的都很少。对于每个人来说，他的身高取决于基因、后天环境等，本身难以通过计算精确预计。但是对于一个很大的群体，统计规律就发挥作用了。
由此可见，科学在真正进入本质的微观世界时，主宰一切的已不是经典物理定律，更不是表面化的人的意识，而是数学。这时研究某一个粒子的行为已经意义不大，即使研究了，也未免因为以偏盖全而难以正确反映客观世界，正如同研究某一个人的身高以估算全民平均水平一样。
关于那几个研究方向：
1.时间是假象，根本没有时间这种东西，事件的先后是人的错觉，或者说是扭曲
我认为：时间是事物存在的一种客观形式，是宇宙中的一个维，并不因人的意识改变。人的意识可能受条件影响扭曲自身（“度日如年”之类），但它永远无法扭曲时间。
2.宇宙是无序的，根本没有规律或法则
我认为：规律、法则是客观存在的，它们决定了宇宙的发展。幸运的是，我们的宇宙似乎很聪明，懂得“模糊智能”。它拥有的不仅是那些确定的、宏观的法则，还拥有具有一定随机性的数学规律。正如同人人都有特定的思维方式和道德准则，我们却难以精确预测他人行为，只能无奈的说：“他八成去公园了。”
3.人的思维是非物质的，凌驾于任何法则之上
我认为：非也，非也，物质是精神的基础，上文已经阐述主宰一切的数学法则具有随机性，那么人的思维也是如此——受数学法则的制约。
以上是我的一点愚见，望大家多批评。

[ Last edited by armen on 2005-6-22 at 00:40 ]

jamduck

原贴由 armen 发表于 2005-6-22 12:23 AM:
今日此帖一出，在下才知众位大师功力，无比佩服！我也斗胆瞎说两句。
我认为光的波粒二象性的根本解释是理解很多问题的关键。光波不同于机械波的根本在于它具有粒子性，是“概率波”，即由非连续光子的落点概率决 ...

问题是，随机性到底是相对的还是绝对的，如果是绝对的，那不就是上帝在掷色子吗？

动中之动

armen提出的观点很实用，利用统计学可以解决大量涉及不确定性的实际问题。
然而一旦涉及单个粒子，情形就变得非常有趣了，它表现出的不确定性，的确有悖于我们的日常经验。而量子论把波函数的坍缩，归因于观察者，更让人感到匪夷所思。
微观世界的机制究竟是怎样的，耐人寻味~~~~~

动中之动

原贴由 纳薇 发表于 2005-6-21 07:42 PM:
一定要遵守测得准原理.
我们还等着看结果呢.....`Q12`Q12

看来还是测不准，口水流了不知有多长哦~~~

armen

不好，不好，我已经晕了。
谁说口水测不准，口水三千丈，缘愁似个长！