我们的宇宙是一个俄罗斯套娃吗？原子为什么不会崩溃？这个问题的答案开启了量子力学的大门

合集 · 最新一集：量子纠缠，贝尔不等式——量子力学的世纪之争，观测之前，世界是客观实在吗？ (9)

Description

1855年，德国玻璃吹制师盖斯勒发明了水银真空泵，科学家们用它玩出了“阴极射线”。一场关于“射线是波还是粒子”的争论，最终由法国愣头青佩兰证明它是带电粒子。接力棒传到剑桥，汤姆孙通过测量“荷质比”，发现了比原子小得多的电子，并提出了“枣糕模型”。
然而，他的学生卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现大部分粒子直接穿了过去，只有极少数被反弹。这颠覆了认知：原子内部竟然空空如也！卢瑟福由此提出“太阳系模型”，但经典物理却预言电子会因发光而坠毁。直到玻尔登场，引入“能级”概念，才解释了原子为何发光，量子力学的大门就此打开。

Comments

leonzhang1122 2026-02-16

这就是科学家和民科的差别了。民科也能猜出来电子绕原子核，参照太阳系就行了。但是真正的科学家需要推导模型的数学解释，还需要实验物理学家的验证。

♥ 164

你知道的-我要说什么 2026-02-22

下一期估计就是波粒二象性了，希望up能好好讲一下德布罗意关系。这个东西并不只是把爱因斯坦的波粒二象性推广一下然后康普顿散射验证这么简单，否则它也不值得一个诺贝尔奖。讲德布罗意就必须讲狭义相对论。比如，如果将E=hv和E=mc^2画个等号，那么它的速度增加时，按照钟慢效应它的频率应该减小。而按照德布罗意关系，又可以给速度增加的电子硬对应一个更高的频率。因为假设粒子同时也是波，那么假设满足相对论的波是外部真实波，通过德布罗意关系给定的波是内部虚拟波，那么就可以解出虚拟波的速度，这是一个超光速的速度，我们可以认为它是相速度，所以超光速没问题。那么，关键在于传递能量与信息的群速度。现在关键的地方来了，通过相速度对波矢的求导，发现群速度不多不少正好是电子运动的速度v。再然后，还可以通过费马原理和最小作用量原理，分别计算这个波和粒子运动的轨迹，发现二者能量、运动轨迹、速度完全相同。那么，两个东西的特征完全相同，有没有可能这两个东西就是一个东西？更进一步，德布罗意假设这个虚拟波必须和电子同相，即电子绕核走了一段时间的同时，外部虚拟波必须转完一圈后回到电子跟前。这直接推导出了波尔-索墨菲量子化条件。综上，这才是德布罗意关系诺奖级别的启发性。讲个题外话，因为有了波动关系，所以人们想知道其运动方程与波函数的具体形式，所以要求推出其满足的波动方程。而因为德布罗意关系是相对论的，所以薛定谔一开始推了个相对论的方程，这就是克莱因-戈登方程，但是算出来能级不对，因为电子有自旋是个矢量场。所以薛定谔在滑雪时搞了个非相对论的（是的，克莱因-戈登方程的问世早于自旋，甚至早于薛定谔和情人滑雪的时间），结果没想到大获成功，他在这个基础上一连发了6篇论文，解决了旧量子论里的绝大多数问题。而剩下的会让“量子力学”中的“量子”名副其实，而非“矩阵力学”或“波动力学”。

♥ 50 ↩ 1