为什么爱因斯坦相信上帝,而斯蒂芬·霍金却不相信,即使他们都是天才呢?
量子力学的建立以1900年普朗克提出的能量量子化为标志。1905年,爱因斯坦在能量量子化的概念基础上提出来光量子假说,大力推动了量子力学的发展。
普朗克和爱因斯坦可以算作是量子力学的第一代耕耘者。他们也被视为旧量子理论的创始人。之后量子力学的话语权落到以玻尔为首的哥本哈根学派手中。 除此之外,对微观世界的解释还有多宇宙诠释理论。哥本哈根学派和多宇宙诠释理论一并被称为新量子理论。当然,哥本哈根学派的影响力远远碾压了后者。文中所说的新量子论特指哥本哈根学派。
青年时期的爱因斯坦
开始正文之前,我必须强调,爱因斯坦对新量子论的质疑在目前看来是错误的,但也不得不承认他的质疑也推动了新量子论的发展。
文中资料参考了爱因斯坦文集以及官方记载的本人谈话资料。笔者只是从爱因斯坦的角度谈谈量子力学发展的曲折历程,并非为爱因斯坦翻案。
在1905年,爱因斯坦提出来了光量子概念,第一次用量子概念解释了光电效应。物理学家兴奋不已,不得不感叹新理论第一次崭露头角就如此锋利,解决了人类数千年来对光本质的困扰。
虽然这个时候(1905年)人类已经发现了电子,但对原子内部的认知还停留在汤姆森的西瓜模型中(又译葡萄干蛋糕,枣糕模型等等)。
人们在那时已经知道原子中有带正电和带负电的粒子。还知道原子整体呈现出电中性,于是推断出:原子内的正负电荷一定刚刚好地抵消掉了。自然而然就会联想到原子内部的正电和负电均匀镶嵌在原子中,就像西瓜籽镶嵌在果肉中一样。这就汤姆逊原子模型。
直到1909年,卢瑟福通过α粒子散射实验发现原子中有个很大的核,这个核带正电,并且集中了原子总质量的99%以上,原子核外面是电子,并且很空旷。基于实验,卢瑟福提出来原子的行星模型。认为电子绕原子核作圆周运动,就像行星绕恒星一样。
行星模型
与此同时,人们发现行星模型具有重大缺陷,因为绕核作圆周运动的电子势必有加速度,并会释放能量,导致轨道越来越低,直至落到原子核内。这样的话,原子核外就没有电子了,那为什么我们还能继续观察到电子呢?这就是行星模型的致命之处。
其实不管是汤姆逊还是卢瑟福,都在用经典物理的思维解释原子模型。这在一点上,爱因斯坦是喜闻乐见的。直到玻尔开始用量子的概念对原子模型解释后,情况才变得愈发激烈起来。
玻尔认为,核外电子的轨道应该分成不同能级,电子辐射了能量会同时降到低能级上,吸收了能量会跳到高能级上。