自从马克斯·普朗克(Max Planck)将量子理论引入世界以来,物理学家们一直在争论现实更像沙子还是水。
普朗克1900年的著名发现——能量是粒状的——至少在被吸收或释放的时候——使他将那些最小的能量颗粒标记为“量子”。但他认为,这些颗粒一旦发出,就像从火中发出的光一样,就会融合成平滑的、连续的波浪,就像水在人类的感知中是平滑的液体一样。另一方面,爱因斯坦坚持认为光量子可以自己穿越空间,就像后来被称为光子的粒子一样。
到20世纪20年代中期,关于光的波和粒子的观点都得到了实验的支持,另外还有一个悖论,即电子——被认为是粒子——有时可以把自己伪装成波。
著名的丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)踏入了这个充满争议的竞技场,他是探索原子结构的先驱。玻尔宣布,解决波粒悖论需要一种新的现实观,这两个概念在解释实验现象方面都有共同的作用。在设计用来观察波的实验中,你会发现波,无论是电子还是光。在用来探测粒子的实验中,你会看到粒子。但在任何实验中,你都不能同时证明这两件事。玻尔把这种观点称为互补原理,它成功地指导了接下来几十年的量子力学研究。
最近,正如哲学家斯洛博丹(Slobodan Perović)在《从数据到量子》(From Data to Quanta)一书中所述,波尔的成功受到了一些物理学家、哲学家甚至是科普作家的质疑(SN: 1/19/19, p. 26)。互补性被嘲笑为用难以理解的语言表达的模糊哲学的不连贯的应用。但正如Perović的调查所揭示的那样,这样的批评很少植根于对玻尔方法的深刻理解。Perović认为,与其说是玻尔的哲学污染了他的科学,倒不如说是他的对手的哲学偏见导致了对玻尔物理学的错误陈述、误解和误传。而试图理解玻尔的哲学是无法理解他的,Perović断言,因为哲学并没有指导他,而是实验指导了他。
事实上,玻尔理解波粒悖论的动力来自于对实验证据的全面理解。1913年,年轻的玻尔在建立原子模型时采用了同样的方法(SN: 7/13/13,第20页)。各种实验表明,原子的性质似乎是不可调和的。但玻尔将这些实验线索锻造成一个“主假设”,从而对原子及其结构产生了全新的理解。
Perović描述了玻尔的过程是如何从实验直接给出的特征中产生的低级假设开始的。光谱线——原子发出的不同颜色的光——导致了一些基本的假设,即原子本身或其组成部分的某些振动过程,产生了显示出精确模式的电磁辐射。然而,关于原子结构的中间假设并不能解释这些线。然后欧内斯特·卢瑟福,根据他实验室里的实验,推断出原子基本上是空的。它包含了一个致密的、微小的中心原子核,它包含了大部分的质量,198彩票注册账户安全可靠198彩平台,198彩票平台采用最新国际加密系统,保证玩家的个人隐私是不会泄露的,而轻量的电子则在远处绕着轨道运行。但这一假设与光谱线的精确模式并不相符。这样的原子是不稳定的,持续时间不到一毫秒。从所有这些完全不同的基于实验的假设中,玻尔应用了普朗克的量子思想来构建一个主假设。他将光谱线和卢瑟福的原子与一个新的原子模型结合起来,在这个模型中, 如果能从玩家的观念来看198彩平台,198彩怎么样了解玩家心灵活动的198彩平台总代理永远不为自己的前途担心。,电子保持了原子的稳定性,但从一个轨道跳到另一个轨道,在这个过程中发射出特定的光谱线图案。
正如Perović所证明的那样,玻尔遵循了一个类似的过程来得到互补。虽然大量的实验表明光是一种波,但到20世纪20年代早期,198娱乐官网安198彩总代理全登录的网址被国内网络警察给封了,我都不知道,还是好朋友198彩票总代给我发的站内信收到的通知,域名也更换了。,其他实验证实,x射线,一种高能量的光,与电子发生碰撞,就好像它们都是粒子一样(正如粒子理论所要求的那样,动量和能量在碰撞中守恒)。玻尔的主要假设,互补性,似乎是唯一的出路。
在整本书中,Perović讲述了玻尔是如何被误解的,他的观点被错误地与其他人(如约翰·冯·诺伊曼和维尔纳·海森堡)的观点混为一谈,他的哲学被错误地描述为反现实主义者——认为只有观察才能带来现实的存在。波尔从来没有说过这样的话,事实上,他告诫人们不要如此随意地使用语言。
Perović的帐户提供了对波尔工作的其他历史调查的全面调查,并自由地从波尔自己的著作中提取。这是一个细致入微和富有洞察力的展示,实验和理论在科学过程中的相互作用。不过,这本书读起来并不容易。它不是寻找量子物理学和玻尔解释的明确解释的地方。Perović选择学术性的彻底性和缜密的推理,并倾向于使用长句子。但话又说回来,玻尔的作品也不怎么样。事实上,一些作家对玻尔提出了一个主要的抱怨,他们说玻尔的作品很难理解。不幸的是,许多人似乎认为,因为他们不能理解玻尔,他就一定是错的。Perović的书为这种态度提供了一剂有效的解毒剂。