《無言的宇宙》

 出版社：北京聯(lián)合出版公司

 領(lǐng)讀者：楊羽

 時間：2017年12月6日開始

在讀到麥克斯韋方程組那節(jié)，光的衍射和干涉現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)證明了光的波動性，我就想下一節(jié)應(yīng)該是證明光的粒子性的光電效應(yīng)了吧，果不其然。

金屬里的電子在射到光照后，會吸收能量然后發(fā)生逸出，但是這種能量的吸收有一種非全有即全無的現(xiàn)象，而且光電子的能量域輻照度無關(guān)，只與光子的能量，頻率有關(guān)。這證明了光本身的能量也不是連續(xù)的，光也是一種粒子。

再看一遍光電效應(yīng)，明天女朋友再用對這電腦被輻射來勸我不要但程序員可以有理有據(jù)地反駁她一番了。

愛因斯坦被譽為同牛頓一樣偉大的物理學(xué)家顯然不僅僅是因光電效應(yīng)，雖然這讓他獲得了諾貝爾獎。愛因斯坦的相對論沒有得諾貝爾獎只有一個原因就是它太偉大了而同時代的其他科學(xué)家還沒能跟上。前不久引力波的觀測再一次證實了相對論的偉大。 

E=mc^2是對物理公式的一次統(tǒng)一，宏觀的牛頓定律和微觀的麥克斯韋方程組的矛盾可以被解釋。而同樣引來了人們無限的遐想，原子彈在廣島和長崎驗證了E=mc^2的威力，人們在相對論中看到了時空旅行的可能。說到這里我還是想說，相對論我仍然不是很能理解。

關(guān)于手機輻射。不得不承認(rèn)，第19節(jié)，是繼鯨魚幾何、螞蟻幾何那節(jié)以來，我看的最津津有味的一節(jié)。不僅僅因為這一節(jié)出現(xiàn)了可愛的老頭——愛因斯坦，還因為這節(jié)與我們的日常生活聯(lián)系的如此緊密——文中提到了手機輻射到底有多嚴(yán)重的問題。

光電現(xiàn)象中，最重要的是輻射的頻率，而非輻射強度，手機輻射是紅外光，頻率很低，所以，大家大可以放心使用手機了。很日常的現(xiàn)象背后，其實隱藏著翻天覆地的變革，這便是愛因斯坦的光量子假說，由此，物理走進了量子物理的新時代。

關(guān)于沉默的狄拉克。第20節(jié)讓我腦洞大開 ，這世界上有電子、質(zhì)子、中子、費米子，還有物質(zhì)與反物質(zhì)，狄拉克方程解釋了宇宙存在的基礎(chǔ)，解釋了元素周期律。

可以想象，如果沒有狄拉克方程，這世界將是一個只有光而萬物皆不存在的宇宙，延伸到我們?nèi)粘Ｉ钪校覀儸F(xiàn)在廣為應(yīng)用的核磁共振等基本影響技術(shù)也不會被發(fā)明。

狄拉克的貢獻如此之大，而狄拉克方程的發(fā)現(xiàn)者保羅-狄拉克，卻保持了相當(dāng)?shù)牡驼{(diào)。據(jù)說，在得知諾貝爾獎要授予他本人時，他甚至試圖拒絕，最終被朋友勸阻，朋友給出的理由也相當(dāng)機智，他們說，如果你拒絕領(lǐng)獎，你將會得到更多的關(guān)注——而這正是狄拉克不愿看到的。

盡管如此，狄拉克還是受到了大家的欣賞，他承襲了牛頓在劍橋的教職，去世后被安葬在著名的威斯敏斯特大教堂，在牛頓的不遠處。他的墓碑上沒有多余的文字，只刻下了他的方程。

“感謝量子力學(xué)

讓我在連續(xù)的世界里看到了間斷的美

指引我不斷探尋糾纏神秘的世事”

這是一個物理老師講量子力學(xué)時的開場白，給我的印象深刻。因為偉大的愛因斯坦，我們知道了“物質(zhì)是能量的一種形式”，他用數(shù)學(xué)公式E=mc2帶我們進入美麗的亞原子世界。

光量子假說打響量子革命的第一槍，解釋了紅光無法導(dǎo)致光電效應(yīng)的原因，重要的是輻射的頻率而不是強度，讓我們知道我們可以安全的使用手機，我們也可以安全的生活在綠草藍天下。因為手機輻射是紅外光，因為紅光、綠光、藍光是安全的。

愛因斯坦用自己的思想尋找一個現(xiàn)象的邏輯結(jié)論，用他那些偉大的思想實驗建立了廣義相對論和狹義相對論，預(yù)言了光線在引力場內(nèi)的彎曲，指導(dǎo)人們有了黑洞的發(fā)現(xiàn)和宇宙大爆炸理論。為全球定位系統(tǒng)提供了修正項。由于全球定位系統(tǒng)，我們現(xiàn)在生活在應(yīng)用相對論的時代。

狄拉克讓我重新認(rèn)識了漢密爾頓，他用矩陣的形式寫下來，重新發(fā)現(xiàn)了四元數(shù)，這之間差了80多年。我們現(xiàn)在熟悉的用四個量子數(shù)描述原子結(jié)構(gòu)，終于找到了出處?，F(xiàn)在對于電子自旋的研究在不斷深入。

狄拉克統(tǒng)一電子的量子力學(xué)與俠義相對論，寫出了狄拉克公式，揭示出宇宙中有兩種根本不同的量子粒子，引導(dǎo)量子物理學(xué)家更好的認(rèn)識了真空，“量子場”的概念閃亮登場。

在今天IBM量子計算機商業(yè)化了，進入了金融業(yè)，進入了汽車業(yè)，無人駕駛離我們不遠了。

#光電效應(yīng)#

光照金屬板可以產(chǎn)生電子證明了光本身是帶有能量的，在隨后的實驗中發(fā)現(xiàn)，光所帶有的能量是一種離散的能量，能量的大小與它的頻率成正比，也就是說對于給定的光而言，增加光量并無法增加光的能量。

E=hv這一公式表現(xiàn)了光的波粒二象性，能量是離散的，是頻率的常數(shù)倍的固定值，同時具備頻率這一概念，因此無可避免與波動相關(guān)聯(lián)。在與愛因斯坦最為出名的能量質(zhì)量轉(zhuǎn)換公式進行聯(lián)立的時候，發(fā)現(xiàn)光是具備質(zhì)量的，這發(fā)現(xiàn)拓展了光子的屬性。

另外，當(dāng)以v速度垂直于光的方向進行觀察的時候，發(fā)現(xiàn)光出現(xiàn)了藍移，也就是能量增大了，但因為光速是一個絕對速度（狹義相對論闡述宇宙中的質(zhì)量、速度、長度、能量等都是相對的概念，而光速則是一個常量），因此可以變化的只有質(zhì)量，從而可以得到質(zhì)量是相對可變的。

在狹義相對論無法解釋非慣性參考系中物理定律的不適用情況，發(fā)展了廣義相對論對狹義相對論和萬有引力定律進行推廣，在這一理論里，物質(zhì)影響時空彎曲，空間彎曲影響運動。

#從劣質(zhì)雪茄到到威斯敏斯特大教堂#

量子物理中的一個基本概念是，所有粒子都存在最小單元，并非都是可以無限可分的。概率在微粒的世界中失效了，成為了幾種情況之間的離散可能性，對于一個粒子來說，觀察到的狀態(tài)只可能是可能性中的確定的某一種。

狄拉克在試圖改寫愛因斯坦帶修正項的質(zhì)能等價公式時，將能量與質(zhì)量的關(guān)系寫成了一種四元素關(guān)系的電子波函數(shù)。在解釋額外兩個尚未發(fā)現(xiàn)物理意義時，狄拉克根據(jù)數(shù)學(xué)意義解釋成為負能量粒子，而預(yù)言正電子的存在，這種粒子的存在被發(fā)現(xiàn)，如今PET掃描的核心就是正電子。

反粒子的尋找和應(yīng)用也是從狄拉克方程所提供的另一種觀察宇宙的角度的應(yīng)用結(jié)果。