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144:初探量子世界

读喜马拉雅作者:gezhong日期:2023-6-6点击:399
挖了整整一个2016年的“量子深坑”正式要填啦!不过别心急,这是一个大系列,今天我们只是“初探”。量子到底代表着什么?这个概念最初是如何提出的?量子世界都有哪些奇怪的事情?什么是“紫外灾难”?“光电效应”又是怎么回事?光的波粒二象性到底意味着什么呢?——问题很多,今天我们现在量子世界的大门口小窥一番~

144:初探量子世界

原来是这甲男,是这羊是真,是什么乙呢点的样子啊。原来是这样,欢迎各位来到,原来是这样,各位好,我是徐东,大家好,我是水兄。

我们是岽师笑评那我和水兄的这个组合出现,大家都知道啊。原来是这样,又开启了一个东施孝平的系列,这是东施效平的第七期。

同时呢,更重要的是2017年原来是这样的第一期。 嗯,熟悉原来是这样的朋友,应该知道2015年的。

开年我们其实是做的利啊,这一个系列2016年的开年,这一个月呢,我们是做了跟年龄相关的一个大系列。

那么到了2017年,我们要做什么呢。

嗯,按理说应该是跟时间相关的一些东西,但是迫于种种的压力啊和水修呢,是决定要填上一个大坑,实在扛不下去。

对,因为其实在2015年年中盘点的时候曾经说过,明年我们会填上一个坑,对吧,我一直强调是明年这个概念,因为现在虽然公历年已经是2017年了。

但是农历年依然是在丙申猴年里,所以呢还没有正式到年底,对吧?

对,还还还还算还算。

所以,在2017年的第一个月以及鼎盛猴年的最后一个月里面呢,原来是这样,要把这个大坑正式的给填上,那就是我们第一次要正式的以量子作为节目的主题来展开这个大系列对,但是说实话我也还是比较担心是不是能够把这个坑完完整整的给他填上。

因为好像到目前为止梳理下来,如果真的要把这个坑彻底填平了,采石了,我们也可以去南诺贝尔奖了,对吧,至少刚才我们也在商量啊,有点像大学里面的整个一个学期的课程啊。所以其实简单的这一个系列的几期可能还只是。

我们说,让大家起码能够稍稍尝到一下梅子,然后稍稍生津止渴一下。我觉得还是跟我们当时做相对论类似啊,还是为大家理一理这个思路啊。把一些来龙去脉把它给大家再稍微的梳理一下。

虽然在前不久的2016年中特辑当中呢,我们是盘点了2016年的一些节目,但其实我们少盘点了一件事情,今天在节目的一开始呢,可以和大家简单的说一说。

大家回忆一下2016年这全年的节目当中,嗯,旭东包括徐东和水兄到底挖了多少个和量子有关的坑,实际上是埋了好多的线索。对,其实在我印象当中。

在开年的时候,万物之灵那个系列里面在格物片里面其实就已经开始提到和量子相关的内容。

对那个时候其实就谈到了关于放射性核速对它的这个衰变。

嗯,在之后在火的这个系列当中,不知道大家还记不记得是吧,激发态啊。对,包括一些其实当时已经谈到了跟黑体有关的一些,但是的再之后玻璃玻璃又适合量子粉非常强,相关的一期节流为什么是透明的呀哎。

这里面其实又涉及到这个坑,嗯,再往后秘密的秘密。

嗯,大家应该印象也很深,对对,在最后其实又谈到了跟量子加密技术相关的一些问题,再之后其实还有到了钢铁是怎样炼成的。

以及冷那个系列,我们又多次进入到了量子的领域,或多或少都提到过啊,对?

留了非常多的和量子相关的坑,那么这一个系列呢,我们也希望能够把这些坑给填上。嗯,我不知道水兄第一次接触储量子这个概念是什么时候,嘿嘿,我还真想不起来啊。

可能是在中学中学的那个时候,其实是物理课在学那个和原子啊,电子包括什么电子云啊,在讲这些东西的时候呢,自己就去翻了一些资料。

结果没想到翻出一个大坑啊,这个量子。

所以那个时候可能是我最早接触量子,但是其实完全没有搞明白,也没有做过多的这种尝试。对,到了大学里面开始可以讲有这种企图,想把这个量子的东西能够搞明白,然后就开始接触一些去看书啊,包括听一些这种讲座啊等等的啊开始了,但其实始终是处在一个一知半解的状态,哎,对,这个实际上是要有个过程,那我也不敢讲,现在就明白量子了。有可是说懂量子恐怕是不大可能的一件事啊。能够基于我们现在对于这个东西的理解来告诉大家,需要通过一个什么样的方法去理解它,逐渐逐渐建立一个正确的所谓的量子观。

对,对吧。可能还是大家要注意一点,就是要有一个科学的思维啊,就是说这个东西它并不是平白无故来的啊。也不是说可能某一个科学家,他的随便这么一想对就想出来,然后呢又是随便去做实验,哎,又做出来。

或者是有一个超然的通天的哲人对掐指一算,算出来的也不是这样子的啊。所以有很多人可能是会把这个量子和哲学之类的东西进行和更多的关联,它的确有相似的地方。

但是你真说,他论证了某一些超自然的,或者说是一些哲学的一些东西,这个因人而异吧?

我们反正不把这事说死,呃,另外呢,还有也是提前先有一个奉告啊,量子这个东西的确现在还有很多的未知。

对,所以说呢,不要去指望我们看几本书啊,或者说听了我们的节目就能够完完全全的明白啊。或者说是已经找到答案了,我觉得这还是有很长的一段路啊。 我再说一个我第一次接触这个概念是什么时候啊,我印象特别深的,且我知道它就是和量子相关的,其实是在一本科幻小说当中。嗯,我跟水兄其实曾经提过就是银河西曼油脂啊。对,这里边其实设接到了一艘非常有意思的宇宙飞船,它为什么能够实现在银河系当中的各种顺移?

他其实是用了一个非常有意思的梗,也是基于量子的,就是它可以控制概率。

他把一件看上去非常不可能的事情发生的概率调到了99.9999%,结果这个事情就变成可能就是人为的来控制这个概率啊。这个也是对概率这个概念。其实从我们今天开始。

包括之后的几期节目,他会一直的贯穿。 可以这样啊,叙东,顺便就是把我们可能耳熟能详的啊,那些量子的奇怪怪的东西可以先萝莉一下对,就比如说啊,最经典的大家想到量子。

要想到那只猫了啊啊薛定谔的猫对生和死,它的确是可以处在一个叠加态,所谓的叠加啊。所谓和生又死,从他的那个角度来界定一个零和一中间的状态,或者说就是生和死的一个重叠的状态。但是比如说我们不放薛定谔的猫进去,我们放一个薛定谔的水兄进去。 水兄站在那个奇怪的盒子里面,他真的能够感觉到自己是处在一个叠加的状态吗?这是个很大的问题。

嗯,在之后我们也会告诉大家,好好先卖个关子。还有呢,比如说特别经典的假定,我和水兄去到了咱们的星际酒馆,这个是咱们原央岛友会的一个重要的公共交流平台,那么这个酒馆如果实体化了,然后他又因为某种不明的原因,受到了量子世界物理法则的支配。

嗯,这些东西它宏观了,它变得跟我们的经典世界的一些规则交叉了,那我们会看到一些什么样奇怪的事情。

哎,比如说对常见的一个例子,就是,我是一个客人,对,遇到了水兄,嗯,然后我就问水兄。

水兄,你知道你在哪儿吗?

我知道我就在这儿,你就在我面前对,哎,那你一会儿要去哪儿呢?

我不知道,他真的就不知道了,他不是装傻,对,不是你就是不知道对,对,而且我也不知道对你要去哪儿了。嗯,反过来,水兄,你一块儿去哪儿啊,嗯?

那就可能会说,我会去哪里哪里。

哎,忽然之间,水兄就不知道到哪里去了,就是说这个话的时候就已经不见了。哎,或者说,其实我在问出这个问题之前,我根本就不知道水兄在哪里,但是首先,后来一个奇怪的意识告诉我。

水兄一会要去哪。好吧,我觉得可以打住了。这个其实会越说越玄幻,因为其实这里我们要给大家一个很重调的一个概念啊。就是说,在帮助大家来想象量子世界发生的一些奇怪的事情的时候,我们不可避免的会用我们的这个经典世界。所谓的经典世界,就是我们熟悉的这个世界的一些例子,一些东西来进行比喻,但大家要记住,无论如何去比喻,我们都在用经典世界的东西。

这个其实本身就违背了。

这是不得已而为之啊。为了让大家能够去直观的,或者说是能够去稍微形象的去想象一下,但实际上量子有很多东西真的是很难去想象。

对,再比如说,在量子的星际酒馆里边儿,我们的水兄也好,我也好,我们可以无处不在。 嗯,在这个酒馆的任何一个地方。

但是当水兄要看我的时候,嗯?

我就固定在了一个地方,这就是一个非常奇怪的事情啊。这个量子世界,它本身就是必须要这样来描述啊,就是这样。

或者说星际酒馆的大门,它是一个非常复杂的迷宫,我要进入到这个大门。

如果说我是一个量子状态的旭东,那我可以在最快的时间内找到这个迷宫的通路,然后走到这个无论这个迷宫设计的多复杂,我总能在第一时间知道他的最短的路径,我是如何做到的呢?

哎,而这些事情,其实我们用的是经典世界的一些例子,但它却是真实的发生在了。

量子世界里面答案就是天之道,我们可以告诉你它是怎么样被我们发现存在这样一个现象的,以及我们怎么样去确认这个现象,它真实的存在。

但如果说你真的要问到他为什么会这样发生就是天知道的吗?

再包括遂川啊,纠缠包括被爱因斯坦一直诟病的那个超距离的幽灵,对吧,还有到底治不治色子,是吧等等等等等等。

我相信对这个话题感兴趣的朋友之前都已经听过太多的类似的,奇怪的,不可思议的事情了嘛。对,但这个事情他到底为什么会那么的不可思议,他到底?

是不是真实存在的一个状态,那么其实现代的科学,或者说我们通过严谨的一些论证的方法已经可以证明他就是这样。嗯,好了,前面的铺垫铺垫的差不多了啊。嗯。

总算开始和大家讲了,今天是第一讲水兄给这期节目定的题目叫量子的前世今生对,还是得回到最初对对对,其实呢,也是为了给大家讲这样子。一个道理就是量子它到底是什么含义,为什么会提出量子这个概念,我觉得。

我们要讲清楚,量子这个世界首先还是要把基础打大了,量子我们看到它的这个量其实就代表了很多很多的含义了。

因为其实从开始接触科学,大家会熟悉各种各样的,比如说分子对比如说原子对,比如说电子对质子,中子光子等等等等。我们知道太多的子对,还有胖子啊,胖子,瘦子啊等等啊。

到底哪些它才是量子,或者说什么东西,他才称得上是量子。嗯,其实呢,这个问题是个圈套啊。

分子,原子这些东西,它是量子吗?

这个绝对是个圈套,因为它们都不是所谓的量子。

对这点大家一定要搞清楚,就是我们所说的量子,它并不是一个东西,或者说它并不是一个物质,它不是一个。我们说把物质一直拆拆,拆拆,拆拆到最后具体的某种。

而是一类东西。对对统称讲得通俗一点吧,实际上呢,这个量子它不是说比如说比原子更小的就叫量子,就完全不是这个概念。

而它呢,实际上是指一个最小的单位,是指能量的最小单位。 最早呢,这个量子呢其实是被称之为叫它能量子啊。就因为我们都知道原子什么意思,就也是古希腊人的这个命名就是指最小的,不可分割的部分,对。

对吧,这就是原子,那实际上量子它就是指什么我这个切分切分切分分到最后,他已经没办法再分了,是最小的单位,所以这个呢就叫做量子了。

所以说,我们讲最小的这个单位呢,它不是说随随便便可以取得一个数值,以后如果要去衡量一个物质或者这个东西,它的能量是多少,一定是这个最小单位的整数倍。

嗯,哎,这个就是量子的核心的要义,哎,就没有这个东西的什么分数倍,那对对对,无理就几点几这个东西就不存在的啊。所以说这个就叫做量子化很重要的一个问题就是量子这个概念是怎么来的,其实我们最开始就会觉得能量这个东西。哎呀,他怎么?

可能最后会出现最小的一个所谓的单位,或者说是一份一份这个事情呢,就是要回顾,可能就100多年以前啊黑体辐射这个东西。

考虑到后半部分水兄会给大家带来更多高能的东西,这里呢,让他先休息一下啊。这里呢,我先给大家来讲一点儿历史课,今年呢,刚好是2017年,其实这个年份呢也是伟大的发明家爱迪生啊。

他诞成170周年的日子,那么在1879年的时候呢,它是成功的使用碳丝制作出了长寿命的白赤灯。

人类呢,从此就进入到了电灯照明的时代。

其实用过白痴灯的人都知道这个白痴灯要发光,就先要给这个灯丝加热,但是呢,这个灯泡很快就会变得非常的烫手。

这就说明一个什么问题呢?大量的能量都是以热能的形式被浪费了,那么科学家们就得想这样一个问题了,就是怎样让电灯他多发光,少发热闹。 这个不仅仅是一个材料学的问题,更重要的是一个物理学的问题。

那就得好好的来研究一下发光和发热的关系了。

这个时候呢,人们注意到一个现象就是。

在温度低的时候,看上去越黑的东西,好像温度高的时候,它就会变得越亮。

而这里呢,就得引出今天我们这一期节目的第一个重点了,就是曾经和大家讲过的黑体模型帮大家来回回课。因为谈到一个物体,它的发光,嗯和它的发热,那不得不就谈到了黑体这样子的一种理想模型,对简单的和大家再来说一说吧,就是我们日常生活当中,其实都能够直观的去感受。我们穿白色衣服和穿黑色衣服。

走在太阳底下,其实我们感受到的那种。

酷热的程度是不一样的,你穿黑色衣服,你会觉得你更热,那就是因为黑色衣服,它更少的反射太阳的能量。换句话说,就是它会吸收更多来自太阳的能。

但是我们穿的衣服或多或少,它总会反射掉那么一点,它的能量。是的,对吧,包括我们给一个铁块儿。

嗯,我们给它刷上黑色的漆。但因为材料的这个问题,包括我们人类现有的这个技术的限制,我们总无法把这个东西加工成真正的全黑对,意味着太一丁点儿的光都不反射。

再换句话说,因为我们都知道,光是电磁辐射对更是一种能量,那么黑体它的核心的意义就是我们假设有一样东西。

它可以吸收全部的能量,而不反射对,就等于是100%的,全都包在里面就出不来。哎,有了这样子的一个理论上的模型之后呢,其实很多的科学家就可以顺着他去研究,当这个黑体受到了更多的热量之后,嗯,他自己会发生的一些现象。

对的,其实呢,要跟大家明确的一点就是黑体,它是全部吸收,完全不反射,但同时它还有一点,它是全部辐射。嗯,这个东西大家一定要搞清楚。辐射和反射,这个是完全不同的感,这个东西它很贪婪。

吃进去了,所有的能量一点都不浪费对,再然后他会把吃进去的,这些东西就通过自身的发光发热的形式全部释放出去。是的,那么这种物体呢,我们讲它的辐射跟材质是没有任何关系的,只和它温度是有关系的。对,所以说科学家就找到了这样一种非常理想化的东西。

虽然说是很理想化,在现实生活当中几乎是不存在的,但是呢,真的要设计出来,反而是不难了啊?

所以说呢,呃,很快这个德国科学家维恩,他就设计出来这样一个东西,叫做空腔,怎么说呢,就是一个蜜蜂的盒子,其实大家也可以自己做内壁涂成黑色,然后呢密封柱,但是留一个小孔来接收外部的这种辐射,那么辐射进入壳子呢,就好比是一只无头的苍蝇进入了抓苍蝇那个头好恶心啊。他进去之后进去容易,但是出来就很难了,几乎出不来,反正就全部囤积在那儿了,对对对,反正就是有多少他就吃多少,照单全收,全部吸收掉。

然后呢,这个黑体呢理论上讲就会辐射出我们讲频谱上面所有播床的电磁波理论上是这样子的。

因此呢,这里有一个概念,就是如果我们把单位时间,单位面积上所辐射出来的各种频率的电磁波的能量总和,我们就可以来做个计算。当然这个计算可能会稍微高升一点啊,因为它又有频率啊积分啊,然后温度的四四方又成正品,是吧。

这个我就自动掠过,它掠过,掠过,不展开了,那得到一个什么样的结论,其实很简单,就是黑体会发射所有波长的电磁波。只是呢,在不同波长上面,它的辐射的能量的密度分布是有所不同的。

而且呢,随着温度的升高和辐射能量密度及大值注意啊,因为刚才讲的它其实频谱上面的电磁波它都有。

但是呢会出现一个极大值,这个极大值所对应的波长,它就会向短波的方向移动。这就是说明什么呢?为什么温度越高。

它的波长就越短,也就是说物体会看上去会发蓝,发滋发青,这个诶,许多老师应该也提过,哎,炉火纯青是什么意思?其实就是啊,这么来的反正就是往波长更短的那个方向去偏移。嗯。

比如说我们人体人体也有热量辐射的,对对不对,但是人体辐射的它的波长。

很长,哎,很长,是我们讲是可见光以外红外波段,这也就是叶世仪的一个原理。是的,这就是为什么我们肉眼是看不见,那如果说你想要看见人体的热量,你要发光,就我自己要发光,我得加热到多热,你必须要给它啊,狠狠的这个加热看了一下啊。

如果说一个黑体,我们就讲黑体啊,这个和我们的人体还是不一样,一个黑体,它的峰值需要在红色谱线翻回当中就刚好进入,可见看到你隐隐发红了,是的啊。

温度必须要达到440060开哇哎,就是把旭东如果加热到4000多度的有,有可能我就能够看见旭东老师发着耳机,我还不是一个黑体。

对吧,对对?

刚才你说到的这个毕竟加热人啊,好像有点不太直观啊,对吧,其实我们不可能这个拿一个水兄或者是旭东去加热一下,但是我们在日常生活当中其实都见过一个非常熟悉的例子,那就是我们在关白赤灯的时候。嗯。

当年的那个乌斯登,大家应该还有印象,就是在关登之后那一会儿时间内看这个灯泡,会发现它会发生一个小小的变化,就是说他从明亮的状态到全黑,它并不是一下子的。我们其实可以看到中间的这个乌丝颜色上在发生变化,对最开始的时候,也就是说通电的这个状态下,它是发出。

白白白的天黄一点的光,对吧,关了灯,你会发现它的这个颜色葱白的字眼倒开始变黄,对到城到红,然后是暗红,对最后一下子黑了。

哎,也就是说,它其实有一个过程的。对,那如果说这个时候我们再手建一点啊,把手放在这个灯泡上,你会发现它的这个温度也是从开始是非常烫手,逐渐逐渐逐渐逐渐冷却。对对,对,那其实对应的就是在这个里面的乌斯。

它其实也是发生了一个温度的变化。是的,从这儿其实我们就可以反推出一件事情,那就是。

对于乌斯这样子的接近于黑体的东西来说,在比较高的温度时,它发出的这个光芒,它呈现出的是白色。在比较低的温度时,它是逐渐逐渐向波长长的那一段去偏移。

但是白的另外一边是什么?

嗯,如果说我们给这个屋司更多的能量,它会呈现出什么样的颜色?对这个呢?实际上就是我们讲的全波段的这样一个概念,就是我们现在看到的只是一个可见光波段对它实际上呢,涵盖着电磁波的所有的这个波段。所以说。

科学家在研究的时候,他是直接通过什么呢?通过测它的辐射的波长啊,来建立这样子一种关系。

所以说,非常了不起的一个科学家,就前面我们提到啊,发明KT的这一位维恩他呢,就找到了一个所谓的经验公式,这个公式呢揭示了能量分布和波长以及温度之间的关系。嗯,维恩是从波的这个角度来入手解决这个问题的。是的,他虽然找出了这个公式,但是突然发现在短波的波段这个公式。

它和实验的结果呢是符合的,很好的,但是在长波的波段呢,却有着明显的偏离,也就是说到红光再往外嗯,红外等等对,就会发现实验的这个结果和他这个公式所预言的这个结果是有一定的偏差的,而且之后是越偏越大。

对对,对,但是呢,当时因为工业上主要是研究这个电灯泡啊,所以呢,好像也够用啊,药也就是要它发光。

那既然这样呢,问题存在着,所以一定要去解决掉。

那么另外两位科学家?

锐利和金斯呢,他们也是根据经典统计理论呢来进行研究。他们呢也是得到了以及个公式这个公式呢,我们就把它称之为瑞丽金丝公式这个公式。哎,恰巧相反。

它在长波情况下呢和实验的结果符合的比较好,但是在短波的范围当中,它的能量密度啊,显得是什么迅速的单调上升。

然后,如果说是从数学上面来讲呢,它就出现了一种什么情况呢?能量密度无穷大的这种结论。 嗯,这显然是很荒谬的,对不对?

所以说,在物理学史上就把这种缺陷称之为。

自外灾难这个就直接导致了我们量子的诞生,于是呢,我们要提一位就是量子的祖师爷,谁啊,普朗克普朗克呢?他想做一件事情,他就觉得。

既然啊,瑞银公式在短波的时候,他挺管用的。诶,瑞利金斯公司是在长步的时候挺管用的。那么好,是不是可有一个办法让他们各管一头。嗯,分别发挥作用。

意思就是说,在波长短的时候,这个公式它就可以变形成瑞恩公式,对到波长长的时候稍微一转换。

它又可以变成瑞丽金丝共识,也就是说,想把这两个故事统一起来。嗯,所以说我们讲普朗克,他不愧是个天才啊。他还真的通过数学的方法得到了这样一种新的公式。

然后呢,德国的物理学家鲁本斯呢?他就把这个公式和实验结果呢进行了一个对照,结果发现诶,的确。

不管是短波长还是长波长,好像都挺吻合的。 嗯,但是呢,我们讲这个公式,它还是被称之为一个叫做经验公式。

为什么呢?它缺乏理论的根据?你怎么来的?一个有点像数学技巧一样,哎,就是猜出来的,或者因为其实就是一种数学方法内差嘛。然后他就拼凑出来这样一个公式。

因此,普朗克呢,他也在想办法怎么样能够自圆其说,嗯啊。于是呢,他给出了两条非常重要的假设。

说什么呢?第一个呢?它是把这种黑体为什么会有辐射呢?就是分子原子的这种震动,他把它看作什么呢?看作一个叫做邪震子。嗯。

那这些斜阵子呢?可以发射以及吸收这种辐射斜阵子的能量,它并不像经典物理学里面所说的,它可以取任何值。

而是呢,它必须是什么呢?是离散状态,或者叫做分立状态,是某一个最小能量单位的整数倍。

第二,这些斜阵子组成了一个系统,我们把它叫定域系统呢,它是符合。

波尔斯曼分布啊,这个可能比较复杂一点,它是一种概率的分布啊。主要是概率的分布描述的是什么呢?

理想气体在受保守外力作用或者保守外力场作用下呢?它是不可忽略的处于热平衡态下的气体分子按能量分布的这个规律说人话啊双人化,举个例子啊,就是说原子的能量,它只能取最小单位的整数倍。

而不是连续的值,也就是说什么。比如说旭东啊,你肚子饿了要补充能量,那就怎么办,我们吃点饺子好不好。

但是呢,我这边给你的饺子呢,哎,你只能一个一个吞下去。

凭什么我不能半个半个吃就咬一小口不行,不能做不到就只能捆对这个饺子,它很特殊啊,这个饺子就是一个能量的最小单位。

普朗克就把这最小的能量呢称之为什么呢?

能量子,嗯嗯嗯哎,就是前面讲的能量子就出来了,对于频率为new的这个斜正子啊,它假定了一个东西。

这叫斜阵子,最小能量就是什么呢?

If soon等于h乘以mul,大家注意,这里就诞生了一个h,就是我们把它叫做普朗克常量啊,就这么来的。

呃,或许前面讲的大家还不是太明白,就是什么叫做连续的,什么叫做分立的啊,可以再给大家讲一个很简单的我们日常生活当中说。

我们都知道这个满七周岁就可以上学,对吧上小学一年级就是七岁八周岁的话就上两年级啊,依次类推,那如果你愿意,你可以认为比如说我今天我过了七周岁的生日,那明天啊,我们可以把一年365天,我们平均一下是吧,那么明天我就是7.027岁可以啊。

后天我是7.055岁可以吧。

呃,甚至我每一分每一秒我都可以计算我的年龄,而且秒还可以继续下面进行拆分。对,但是有一点我必须是到了八周岁才能生一个年纪,一年级,身为二年,所以没有我今天是1.027年级的。

对,这是没有的。所以说大家可以看到这里讲的一年级,二年级,三年级就是我们讲的什么呢,就是离散的,或者说叫做分立的物理量。

到这里,我觉得还是有一个东西挺恶心人的啊。就是说要满足他这个经验公式,他要完成两个在当时看来非常令人讨厌的假设。

第一个就是前面水兄说的这个饺子得一整个一整个吞,另外它是一种概率分布。 嗯,满足这两个假设不算,要让他这个公式成立,它里边儿其实还带出了一个。

令人非常不喜欢的h,也就是这个普朗克常料,嗯,这个h它到底意味着什么?他实际上说实话可以这样认为,他是受过经典,物理,正统学习的人啊。

他呢,是希望通过经典物理来解决这个问题的。

但是呢,发现不行,万般无奈之下,他假设了这个就是所谓的这个量子,因为大家总会有这样子的一种感受,就是无论是黑体也好,或者说我们日常生活当中感受到这个太阳的能量,或者说升温这些过程。

我们总觉得能量,它是一种连续的方式上升的。哎,对,我有了一度。

嗯,一度到两度之间,它一定有0.010000002应该是一个无限的连续的状态,对对对。

持续上去或者是下去,那凭什么到最后它变成了一份一份,而且这一份它是不可分割的。嗯。

这个呢是大家的通常觉得很疑惑的地方。但实际上我们到后来才认识到,就是我们讲宏观当中观测到的能量。

实际上,你到了微观层面上,它就是一份一份的。这并不是我们测量精度达不到的一个原因。

而是到微观,他就是对,然后到了宏观,那你就没办法再区分它的这个量子了,因为这个量子是实在实在太小了。

是,对不对,应该讲,普朗克也希望这里的一个h是他所临时替代的一个东西,他想把它消掉。

他事实上也在努力。但是呢,觉得哎,这个东西是做不到。

哎,这个挺有意思的,他自己是努力了十多年,嗯,依然没有成功对,而且越来越多的实验发现这个h,它存在一个合理性。 对应该讲,当时他并没有意识到他做了一件非常了不起的事情啊,后来才发现啊,这个的确是非常伟大的一个时刻。

1900年的时候,紧接着另外一位伟大的人物就要登场了。嗯,本来呢,说实话,我觉得量子物理可能跟它没什么关系啊。但是呢,哎。

他打了一个小小的酱油,却把天给捅出了大大的窟窿。嗯,如果没有记错的话,原样当中有三期节目讲到他大家是不是猜到了这个人,他呢,从小不安分啊,逃课啊,不听话跟老师作对,反正好像感觉这个人就不是好人,是不是他是谁呢?

爱因斯坦,爱因斯坦他老人家在这个时候怎么会掺和到跟量子物理起源有关的事情当中呢,实际上呢,在1901年的时候呢?

他就对德国物理学家勒纳德做过的一个实验叫做光电效应实验就已经产生了极大的兴趣了。哦,这个著名的时间还是得给大家简单地说一说啊,简单说一下。

更早时候啊。1887年的时候,赫兹他通过了实验,就证明了同样伟大的麦克g斯思维电磁理论的正确性。

嗯,当时呢?一个小小的实验现象,应该讲,在整个实验当中呢?他却被掩盖起来了,就是什么呢?实验中,赫斯发现。

电磁波的接收器在紫外光的照射下会变得更加容易产生火化,此次啊会产生火化。

但是若干年之后,赫兹的助手勒纳德,他又进行了非常系统的实验研究,证明了那是一种金属表面的电子因为紫外光的照射而逃逸的现象。所以呢就把它叫做光电效应,就是光照射下电子陶艺啊,叫光电效应。 你这里提到了金属表面的电子,因为紫外光照射。

他就逃逸了。嗯,这里其实有很多重要的关键词啊,一个就是提到了紫外光,另外就是这个电子,它为什么会通过紫外光照,他就逃逸了。

其实这个实验当中还有一个细节,就是说在紫外光的肇事下,它更容易产生火化,而在可见光或者是红外线的照射下,并没有出现更容易这样子的一个现象。嗯,电子他为什么就被紫外光照着照着就照飞了。

那这个呢,还是要先把这个?

实验啊,完整的跟大家描述一下他们所看到的现象好不好。

我们都知道原子是由带阵电的原子核和一个或者多个带负电的和外电子组成的事啊,然后异性相系是吧,大家大家都学过。

所以呢,电子呢,它在原子核外不断的飞舞而不脱离,我们可以类比一下就像什么,就像我们放风筝。

但是呢是被看不见的绳子给拽着,嗯,那么按照我们通常的生活经验,如果风太大了,神字就有可能怎么样会被拉断,风筝就飞走了。嗯,这个还还是比较好理解,但记住啊,我们是在用经典世界在体育对对原子里的事情,那恰恰呢,我们实验的结果呢却?

不是这样的一种情况,首先呢,实验发现光电效应啊和光的强度,也就是说和风大小没关系,只和什么有关系呢,频率频率是一个什么东西呢,每个光我们都知道光的强度可以理解为就是光的亮度。嗯,这个大家找到对应关系啊。比如说一个200网的灯泡。

亮度应该就是100瓦灯泡的两倍啊,差不多啊。对,这个意思就好比是我们讲六级风肯定要比五级风要来的大是不是。

但是光电的效应啊,它是什么一种情况呢,就是我们讲的和频率有关系,频率低就是指什么呢?

就是指能量低,嗯,频率很低的红光,它照射在金属表面,这个光再强就是我灯泡放的再多,你也没办法打打出电子诶,但是用频率很高的,比如说紫外光。

只要很微弱的强度,他就能轻而易举地打出电子。那很奇怪啊,如果说我开一展红光的灯,我照足够长的时间。

难道一个电子都打不掉吗。

嗯,事实就是这样,你随便照多长时间,一个小时也好,哪怕你一天两天没有任何的电子能够。或者说我让这个红光变得更亮一些。 哎,再亮台红光对再亮也没有,的确是有点奇怪啊。

那么这个时候爱因斯坦啊,他就出手了啊,他就怎么样用他最拿手的办法思想实验啊,继续来动脑子啊。

他就觉得呢,实验发现电子要挣脱原子,它吸收的这个能量和强度没有关系,就是你放几盏灯。

它好像没多大关系,但是和什么有关呢和频率有关系,红光和紫光它是不一样的。

所以说,他就联想到什么呢?

怎么样能够把能量和频率车上关系,于是就是我前面讲到的普朗克的那个公式if soon等于h乘以谬就是能量和频率之间的关系。

爱因斯坦马上就想到了这个问题,所以呢,在这个公式当中就表达了光的能量和频率是成正比,频率越高,能量越大。

因此呢,金属电子的能量呢就可以由两部分来组成啊。这是爱因斯坦讲了一个呢,就是保证电子它不会掉落到原子核内所需要的所谓的自由能。

啊,这就是一个概念而已。第二个呢,就是电子逃逸所需要的最低的极限能量,当原子,或者说这个电子吸收到的能量达到最低极限能量的时候呢,电子飞出去了,反之就是不难再换一个比喻呢,可能更有助于大家来理解我们前面提到的光电效应当中的一些比较让人觉得不可思议的事情,就是为什么我们用红光去照的时候,再多的红光,或者说是照再长的时间也不会有?

电子飞斗对,反过来我们用紫外光,也就是说频率比较高的。现在我们看来就是说它具有更高能量的光。嗯,去照的时候。

哪怕非常的微弱,我们也能够在很短的时间内,赵飞非常多的,而且不是很短的时间是瞬间瞬间。对这个时候呢,其实我们就需要带入一个比喻了。假定徐东和水兄嗯,跑去了一个游乐场。

玩一种游戏,他的这个玩法呢,就是我们要用他提供的那个射击枪去打一些。

玻璃瓶打掉越多的玻璃瓶,嗯,这个游戏就算获胜,那么我们两个呢各自分配到了一把枪。嗯,我的这个枪呢射出来的就是大家比较熟悉的那种橡皮子弹。

嗯啊,一个个非常的扎实,但是呢,我只拿到了三发子弹,而水兄呢,他拿到了一个可以无线发射的泡泡抢队,大家可能在这个公园里经常看到小孩儿玩儿啊,那个泡泡墙水兄呢,拿那个枪,但是他有无限的子弹,我只有三发子弹去打这个瓶子。那么如果说我和水兄的这个射击的技能都差不多,那请问谁更有可能打掉更多的瓶子,嗯?

答案很明显。对,那就是我对,就即使我只打中一个瓶子。嗯,虽然我只有三发子弹,但我好歹是能够有可能打中瓶子。对,但对于水兄来说,我凑得再怎么进这个泡泡还是没办法把这个瓶子打掉。哎。

刚刚的那个比喻当中呢,其实我手上的这三发橡皮子弹其实就相当于拥有更高频率的紫外线,而水胸他手上的那些泡泡其实就类似于红光或者是红外线。是的,你看啊,爱因斯坦就用这种。

思想啊,简简单单的几句话就把这个光电效应的实验啊,应该讲解释得非常的透彻。所以说,在这个被称之为物理学七几年的1905年,爱因斯坦就发表了这样一个题为关于光的产生和转变的一个启发性观点。这样一篇论文。

也就是光量子假说就诞生了。

在这个之前,学术上还是普遍认为光是偏剥夺一点对而我们刚才提到的那些比喻,包括爱因斯坦的这个光亮子,其实毫无疑问都带到了一个非常重要的概念,就是这个时候提到了光。

它更像是以利益对一粒一粒的。它呢,就是解释这种像粒子啊,就好比就像水龙头里面,你这个水,你可以变成一滴一滴的。

但是水龙头一打开,你可以变成一个一股水流。

哎,这就是爱因斯坦的一个比喻,就是说什么光它是一种光束,但实际上里面组成光束的是什么,是一个一个叫做光量子注意啊。 这个时候还是讲光亮子,并没有讲到光子光子的概念还没有诞生。

但这里其实特别好玩儿。

嗯,这个时候他向一粒粒的紫,但是我们在解释它的时候,其实又用了很多的词,比如说。

频率哎波长,这些明明就是在形容波嘛,对,对对,对,这是非常有意思的一个现象啊。那么当时呢,这个问题还的确还没有解决掉。

但是可以讲就是爱因斯坦也好啊,普朗克也好,他们已经怎么样,就是把这个问题给提出来了,就是波和粒子好像已经混在一起了,就把这个问题似乎又搞得更加的复杂了。 对啊,所以说这个时候大家已经听到了我们这个词了。

不利二象限二象限对的,其实这个坑其实挖了很长时间了,那么今天这期节目还剩下一点时间。

我们就把玻璃二象性。

他到底是怎么来的,简单的和大家说一说这个实际上也是很早很早以前的事情了啊。应该讲人类比较早的就认识到光是一种电磁波啊,或者说是光具有波动性。

然后呢到了1807年的时候就是托马斯,杨啊,就是他在出版自然哲学讲义里面呢,总结了他的一些光学方面的一些工作吧。其中有一项实验很出名,就是怎么他把一只蜡烛放在了一张开了一个小孔的纸面前啊,就这样呢,就形成了一个所谓的点光源。 对,然后呢,在这张纸后面呢,再放一张纸?

这张纸上面呢,开了两道平行的狭缝,然后从小孔中射出的光穿过两道狭缝,再投到屏幕上。这个时候奇怪的现象出现了,照理来说,其实最后的那个屏幕上应该出现的是两道亮缝才对。

嗯,因为光是直线传播,哎,好像应该是射出来两调罪是吧。但是事实是什么呢?在屏幕上形成了一系列明暗交替的条文。

这些条纹啊,就是我们所说的什么双缝干涉条纹,你会想到什么东西,什么东西会有条纹水波,嗯,波峰加波峰更大更大的。然后波峰碰到波骨就抵消就抵消掉了,波骨碰到波骨是更深的波骨。 对,所以才会有这样的条文,对对对,就是我们碰到光呢,就变成什么明暗相见了。

嗯,那么这就说明什么?这就说明这个光它是什么呀,像波一样的东西了。哎,这个毫无疑问可以证明光是一种像波一样的东西了。哎,所以说呢。

这个时候应该讲这个实验,扮演了非常重要的一个角色,那同时其实。

这个双缝干扰实验在量子物理后面的研究当中依然是非常重要的,这个我们在后面还会提及到,这是一个比较快就能填上的坑。

那是的,其实大家以前所学到过光的那些特性,比如说反射折射这些东西呢,在牛顿那个时候就已经认识到了他的规律,但是他把光呢就当做什么例子来对待,对走直线嘛,可以反弹回来了,这都是粒子,那随后呢就是。

托马斯洋的实验告诉大家,这个光是具有波动性的,再加上麦克斯韦的放神组一提出来之后,我们就认识到了把这个称之为什么电磁波所有的光,它就是都是电磁光好,这个光到底是波还是力就开始大家了,旷日持久的争夺。对。

当然,那会儿前面其实提到了就是普遍,大家好像更接受于光,它就是一种波了。但这个时候爱因斯坦又插进来。

嗯,说光是光量子对的,但它用波的一些性质来解释光亮,所以说我们讲的这个玻璃二象形到这个时候应该讲。

才能是真正的提上来,这两个东西不把它完全区分开,不是你死就是我活对,对吧。在以前呢,光到底是粒子还是波,这就像是两个精卫分明的帮派一样。

这个光呢,你要么加入拨牌,你要么加入粒子牌,总之呢,非黑即白。对,一定要选边站,但是呢,逐渐逐渐,大家会发现这个光啊,好像真的是骑枪派。

有的时候呢,他像是播派的人,对。

有的时候呢,它就像粒子拍的人,而且这些呢他都有实验,可以去证明他的那个时候人真的觉得玻就是玻璃就是力,不可能出现一个中间状态。

对,但恰恰光,它就是一个中间状态,但这个就很让人困惑了,因为在我们所熟悉的这个世界里,好像我们无法想象什么东西可以既是波又是力,或者说它既不是波又不股市里。嗯,好像。

总是觉得朦朦胧胧,就是搞不懂那个什么东西,你会觉得这是一个非常非常可怕的事情,而到了量子世界,这个玻璃二象限不仅仅表现在我们说一大堆光子嗯所组成的光束。以后我们会提到什么电子啊,还包括其他的基本粒子,它都有玻璃,而且哪怕是单个的光字好,我们先买个伏笔。

今天呢,我们主要是讲了量子这个概念是如何诞生的,以及量子它真正的含义最开始其实我们也给量子下了一个定义。

大家应该有一个比较基本的概念,那么在之后呢,其实我们是通过对于黑体辐射的研究。

最开始是想造一个更好的灯泡,我们也发现研究研究,研究出问题了,出了一桩紫外灾难,那么这是数学上的一个灾难啊,并不是真的这个因为什么紫外线这个大量的这个释放发生的灾难啊。那么通过对黑体辐射的研究呢,产生了瑞恩公式和瑞利金斯公式。

在这个之后啊,普朗克想要把这两个公式进行一个整合,那么他就推导出了一个经验公式。最后呢,诶。

发现这两者完美结合了,在各自的领域都能够发挥它的这个作用,而且也不会出现一些比如说无穷大这样的奇怪的现象。

但是他为了能够解释他,或者说为了能够让他们完美结合,他就必须引入一些假设,同时还必须引入量子的概念。对的,当然,这里面其实还带出了一个奇怪的h。

也就是普朗克常数。这里其实就带出了一个很重要的点,就是辐射的能量,它不是连续的,而是一份一份对的这个饺子它必须一口一口直接吞,我们不能慢慢的去吃半个半个,还不可以的是这样的啊。

之后呢,量子的这个概念又被水兄老师的偶像爱因斯坦所引用,于是呢成功的解释了光电效应。

而且呢,他毫无争议地指出了光具有粒子的特性,提出了光量子的概念。是的,怎么去理解?我们刚才也用了一个这个游乐场打枪的这样的一个比喻了啊。

不过呢,当时还没有光子这样一个说法,对,是的,我所以光子还要到很后面,嗯,才提出啊。所以也觉得挺不,而且不是爱因斯坦提出。

那么当然比较重要的就是这个时候其实光的玻璃二象性这样一种特征开始被大家所接受,嗯,或者说玻璃二象限这个描述啊,嗯,也普遍的被接收了。 所以就是光到底是波还是利益这样子的一个旷日持久的大争论,从现在开始呈现出了一个统一的苗。

哎,但是呢,实际上这个争论还在进行当中,但是呢,和原来的非黑即白是?

不一样的这一代大家也看得出,虽然普朗克啊,他成功的消除了紫外灾难,爱因斯坦他也成功地解释了光电效应。

但是呢,他们也只是采用了一种折中的方法,或者说是他们万般无奈的去假设了量子这个东西,或者引用量子这个还有概念。

而并没有说是想要去颠覆。

事实上呢,他们也是不经意当中开始了一段颠覆世界观的这样一个。

吕晨就是在他们提出这些假设的时候,或者说他们在解决一些当时的这些问题的时候,他们心里其实还抱着在最小的尺度下。嗯,事物的规律依然是按照着经典物理你所描述的这个规律运算着的对对,还是想用经典的方法去解决啊。但是呢,发现哎慢慢慢慢的就会出现什么呢,颠覆我们的世界观。

日后则会继续,而且是更加彻底的颠覆,就比如说光的玻璃而详细。嗯,这个事情其实已经开始变得不可思议。

而如果我们继续深入量子世界去探索不可思议的事情会更多。嗯,而这里我们依然要强调从节目一开始就给大家强调的那个观点,这些不可思思义的事情,他不是什么超自然的现象,他就切切实实的发生在。

我们的身边,我们的身体里,它是客观存在的,所以今天就先和大家暂时说到这儿,原来是这样,就是这样,其实说实话,原样填量子这个坑啊,为什么拖了那么长时间。

还是一句话就是量子这个坑时,但是太大了,你要填根本填不上嗯,关键是想要理解量子不容易,想要把量子再介绍给大家啊,科普出来我觉得更难啊,也是在这方面啊,做一些。

小小的尝试啊,也是压力山大。我们知道这个科普界很多大神其实都试图从各个角度给大家讲量子这样一件事情,那么其实我们也只是通过我们对于这个事情的理解,简单的告诉大家一些他的这个来龙去脉。

嗯,另外其实就是想通过这样一系列节目之后给大家一个概念,或者说是一个方法,便于大家去尝试,能够理解他们。最后呢,不忘做一下广告好老规矩啊,客人优先啊,就是水兄也不是客人了啊。当然这个水兄他有自己的这个微信订阅号,所以呢,先安利一下水兄好谢谢啊。虽然这一期做的是量子,但是呢水兄平时做的还是天文的科普啊。有一个微信的订阅号叫天文茶餐厅啊。

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这个有受到相对论支配的东西,有受到经典物理这些东西,其实它的内部也有跟量子相关的够了对吧,咱们要扣题嘛,在之后呢,就是我俩的微博了啊,徐东的微博呢,就是徐东水兄的微博,要么等驱动艾特水兄吧,反正也能搜到啊,搜水兄应该能搜到搜水兄应该可以搜得到啊。那么接下来就是徐东的这一连串广告。

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从这周开始,呃,其实之后有很多期节目,我们涉及到的这个周六的推送应该都会和量子或多或少有一些关系啊。

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咱们下周再见了,拜拜。

欢迎来到2017年的第一期,原来是这样,各位好,我是徐东,对对对对对对对,能怎样念头吧。

但是农历年依然是秉申猴年定身定身灵活,对对对病生病,生活宁波有多特点。

所以呢,对于频率一定频率的斜阵子,他的最小的能够讲究一点,这个时候奇怪的现象就出现了,在屏幕上形成了什么连接个手呼电影?

一下子啊,这个这个东西就是太做节目行不行,讲到哪没说。奇怪的现象发现奇怪的现象出现在波合力中间,真正出现了玻璃这样的一个新的阵营,挺难的,什么时候挺快呀,我也不知道啊哈哈哈哈,今天我们本来是准备了。

呃,一万字的内容,但是现在发现我们只讲掉了5000字,哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼哼。

哎呀,就是说,其实你光看落在纸上的文字,你会觉得很通顺,很通俗。

但是呢,如果说是和大家说出来,而且我原样说出来,是希望大家在说的过程当中,就能够让大家起码能够听的,大概能够明白的差不多。

或者说一边听呢,一边有一种记事感,对啊,能够去想象,这就是需要嚼烂一个知识,再和大家来说而嚼烂了。

就意味着这个篇幅啊,就会不知不觉的在这个嚼的过程当中被加长。

我也不会告诉大家,我们原来打算做几期对,我也不会告诉大家,我们现在又会做机器,我们之后会做机器,这些其实都要交给概率了吗?

谢谢你。

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