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关于光的波粒之争,早在牛顿时代就已经开始了。牛顿认为光是粒子,同时期的惠更斯认为光是波,两种观点都能解释一些光学现象,粒子能折射、反射。波也能折射,反射。到底谁说的对?
两种学说不相上下,直到1807年托马斯杨的干涉条纹,1865年麦克斯韦尔的电磁波理论,1886年赫兹的电磁波探测,把光是波的结论死死的盯在了黑板上,我们已经实证了光就是波。在那整个世纪,这已成为科学界主流默认的绝对真相。
1900年普朗克提出了量子假设,当时还没引起太大的波澜,是1905年爱因斯坦这篇光电效应,通过严谨的推算,向世人证明了光是粒子依据。
就这样,1905年我们对光的认识被带入了一个新的困境和一个新的开始,那个已经盖棺定论的问题重新被将回到历史舞台。点亮世界的光到底是什么?
一个实验证明了光是波,你用粒子是解释不了的。但另一个实验证明了光是粒子,你用波是解释不了的。理性推理告诉我们一个不得不接受的现实,光既是波也是粒,这就是光的波二象性。
一个物质怎么可以同时拥有两种性质呢?在波和粒之外,还有什么更深一层的存在形式呢?在太空中,太阳照射过来的到底是什么东西呢?
72岁的爱因斯坦曾说,光到底是什么?我思考了整整50年了,我从没觉得接近过真相。如果谁声称他找到了答案,那他一定是在做白日梦。
一时间,物理学家们看不懂了,这样的新结论对他们的认知冲击是空前绝后的。
什么样的认知冲击呢?这里我们又要涉猎一些主观认知和客观存在的关系。
当我们说光是粒子并不代表在这个自然世界中,客观上它的本质就是粒子。只不过人类这个物种认为它是粒子,把它想象成粒子。因为这样的模型很准确很贴近。
当我们说光是波,只是我们主观的用波的模型来描述它,来形容我们对它的认识,并不代表客观上光就是这么回事。
我们能够理解光是粒子,也能够理解光是波,但在20世纪的新认识中,我们不能理解光既是波也是粒的现实,因为这和我们惯有的逻辑思维感官经验冲突了,但波粒二象性却又出现,并被我们观测到了。
这就说明在客观现实中我们发现了一种内容,这种内容超越了人类当前的逻辑思维所能理解的范畴。当前的物理体系词穷了,我们想象不出一种概念去描述应对这个内容,这就预示着我们只能去建构一种新的逻辑、新的思维去描述认识这客观存在的新内容。
在光是波已经被完全实证了的时代,普朗克和爱因斯坦先后突破了原有的物理体系,发现了光是粒子的确凿依据。而因此所带来的认知冲突,引领了更多学家们跟随着他们的步伐去探究波粒二象性所带来的启发。
在一砖一瓦的铺垫中,在众多伟大学家们的互相驳论下,这些光是看到名字,就让理科生们虎躯震三震的人类代表们,秉持着追求真理的精神,耗尽毕生光阴,只为推动人类文明不断提升认知的境界。
在20世纪初,他们带来了一场科学史上的革命,并建构了一个全新的范式,一个全新的信息矩阵,一个全新的描述体系,去重新描述这世界的物理规律,这就是未来的量子力学。
一切都从普朗克擦掉了那朵乌云开始,而相较于他此来一直惯用的牛顿力学体系,后被称为经典力学。
21世纪的我们都生活在这个认知体系中,你推一下别人,你自己也会倒,因为力的作用是相互的;突然刹车仍会向前倾,那是因为惯性;除了天体运动、万有引力,还有一些认知体系是宗教,世上不同的人都在用不同的视角去认识这独一的世界,而时至今日,量子体系仍在建造中。
人类在研究电磁波的能量表现中出现了紫外灾难,而普朗克提出了能量量子化的概念,解决了这个难题。爱因斯坦用一份““能量包””解决了光电效应难题,至此我们对光的认识又向前推进了一步,即波粒二象性。
那么在20世纪初,这新的科学矩阵是如何铸造的?它发现了什么样的新规律?它和经典力学又运用了什么样的不同角度?
在第三章,我会尝试带大家进入这个矩阵。