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二十世纪十大物理试验(六、七)
送交者: ZNB 2003年10月27日17:46:59 于 [教育学术] 发送悄悄话

 六:思想试验

  普朗克(Plank)为了解除著名的黑体辐射的紫外灾难引入量子的概念,爱因斯坦令
人信服的指出光子是一种量子,然而善始者不必善终,善作者不必善成,睿智如爱因斯坦
也不例外。量子力学的真正建立还是以玻尔为首的哥本哈根学派的功劳。

  既然原文强调实验的精巧美妙以及对于理论的冲击力,再加上“单枪匹马”,“成本
低廉”的卖点,十大试验之No.2我看不如给爱因斯坦的光子箱,因为这是一个彻头彻尾的
思想实验,也是最富戏剧性的实验。

  这个实验肇始于爱因斯坦和玻尔等人的那场关于量子力学基本原理的世纪辩论。那是
一场火星碰地球的智慧大碰撞,爱因斯坦和玻尔二人宛如多年以前在川中岛合战中守望相
持的上杉谦信和武田信玄:)

  玻尔等人认为量子力学的一个根本原理是测不准原理,就是在微观情况下无法同时测
准粒子的位置和动量,时间和能量。譬如在显微镜下“看"一个电子,当你要精确厘定电
子的位置,根据光学原理则必须要用更高频率的光去照射,而光波频率越高,能量也就越
大,电子本身也会被光波的能量冲撞的摇摆不定,从而动量的不确定性也就越大了。

  1930年在第六届索尔维(Solvay)会议上爱因斯坦则是针锋相对地用他的光子箱向玻
尔发难。光子箱的结构很简单,一个匣子挂在弹簧称上,一个相机快门一样的装置控制匣
子内光子的射出。每次射出光子的时间由快门控制,弹簧称上可以读出整个盒子因光子出
射而减少的质量,根据大名鼎鼎的爱因斯坦质能关系E=MC^2得出光子的能量,这样原则上
时间和能量不存在不能同时确定的问题。

  据说玻尔看到这个装置登时口吐白沫,经过紧急抢救时的输氧加上彻夜的苦思之后,
玻尔终于搬来了救星,呵呵,那竟然是爱因斯坦本人的广义相对论。发射出光子后,光子
箱的质量减少纵然可以精确测出,然而弹簧秤收缩,引力势能减小,根据广义相对论的引
力理论,箱子中的时钟会走慢,归根到底时间又是不确定了。

  这次轮到爱因斯坦吐血三天了,他费劲心思找来的实验居然成了量子力学测不准关系
的绝妙证明,还被玻尔等人堂而皇之的载入他们的论文之中。

  整个事件曲折离奇,好莱坞的编剧只怕也相形见绌,不过我一直在想的问题是,如果
爱因斯坦本人晚几年发表他的广义相对论,一切又会如何呢……

  七:Arno Penzias 和 Robert Wilson的宇宙背景辐射(cosmic background
radiation)

  他们探测到宇宙中始终存在着3K的背景辐射,并且因此得到诺贝尔物理奖。自此,Ga
mow的宇宙大爆炸(the big bang)得到证实,宇宙学掀开了篇章,然后才能有霍金那种
传奇人物的出现。

  搞笑的是当年他们是作天线实验时发现这个3K的"噪音“玩了命似的要把这个三K噪音
作掉,调整天线,换零部件,甚至爬到天线顶端去刮鸽子粪便。后来干脆认为是美军的氢
弹爆炸试验惹的祸,直到牛人指出那个3K的噪音根本就是宇宙大爆炸到今天的残余。

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