第129章 原子研究与量子力学

从汤姆逊的办公室出来后，李奇维就开始了忙碌的工作。

李奇维一边梳理着原子物理学的发展史，一边在撰写自己的博士论文。

这是他前世养成的习惯。

他喜欢首先从宏观层面，把握住物理理论的发展脉络，理清各理论之间的先后关系。

只有这样，在学习的过程中，才不会被各种人物名字和学说，搞得眼花缭乱，分不清重点。

相对论的发展比较单一清晰，没什么可说的。

但是量子力学及原子结构，就非常复杂，涌现出的大神也最多。

公元前400年，希腊哲学家德谟克利特提出了【原子】的概念，他认为万物由原子构成。

16-17世纪，自然科学体系建立后，科学家通过实验，证实了原子是一种真实存在的物质。

此后一段时间，原子一直都是化学家的研究领域。

1789年，法国化学家拉瓦锡定义了原子一词，从此，原子就用来表示化学变化中的最小单位。

1803年，英国物理学家和化学家，道尔顿，在总结前人成果的基础上，创立了著名的原子学说。

该学说认为原子就是小到极致的实心球体，本身不带电，里面什么都没有。

道尔顿还测量了不同原子的质量，他以氢原子的质量为1，规定了其他原子相比氢原子的相对质量。

当然他的测量结果非常粗糙，但也激发了人们对于原子结构的研究热情。

1827年，英国植物学家布朗，用显微镜观察发现，灰尘在水面上会发生不规则运动。

这进一步证明了微粒学说，这一现象也被称为布朗运动。

1877年，德绍尔克思提出，布朗运动是由水分子的热运动导致的。

值得一提的是，在德绍尔克思的基础上，爱因斯坦目前的博士论文，其中一部分内容就是为了解释布朗运动的。

他也从理论上证明了原子是一种真实存在。

尽管有不少新的现象，但是从道尔顿以来，原子不可再分的观点一直影响着物理学家。

直到1897年，汤姆逊发现了电子，这才证明原子内部还有细分结构。

原子本身不带电，而电子又带负电，说明原子内部存在带正电的东西。

它们与电子所带负电荷正好中和，使得原子呈中性。

于是，关于原子内部结构的研究，吸引很多物理学家的加入。

真实历史上：

1911年，卢瑟福通过α粒子轰击金原子的散射实验，证明了原子内部又分为电子和原子核。（现由李奇维提出）

1913年，英国化学家索迪，提出了同位素的概念。

他认为在元素周期表里存在位置相同，而相对原子质量不同的原子。

紧接着，汤姆逊发明质谱仪，发现了几十种不同元素的同位素。

1919年，卢瑟福又通过α粒子轰击氮原子核，发现原子核由质子组成。

1932年，卢瑟福的学生，英国物理学家查德威克，用α粒子轰击铍原子核，又发现了中子的存在。

物理学家这才搞清楚同位素的本质，即原子的质子数相同，但中子数不同，这些原子互称同位素。

后来发现，铀原子存在三种天然同位素：U234、U235、U238。

其中U235是最重要的一种同位素，影响了世界。

1939年，德国物理学家哈恩，用中子轰击铀的原子核，发现了核裂变现象。

至此，原子的结构终于被弄清楚。

原子由带正电的原子核和带负电的电子组成。

原子核又是由带正电的质子和不带电的中子组成。

在这一段时期，伴随着原子结构研究的，则是量子力学框架的建立与发展。

1900年，普朗克提出量子论。（现由李奇维提出）

1905年，爱因斯坦提出光量子假说，解释光电效应。（现由李奇维提出）

1909年，爱因斯坦提出光具有波粒二象性，这是他对量子力学的最大贡献。（现由李奇维提出）

1913年，玻尔提出电子的量子化轨道，为量子力学的发展奠定基础。

1924年，德布罗意提出物质波概念，认为实物粒子也具有波粒二象性。

1925年，海森堡创立矩阵力学，是量子力学的第一个版本。

1925年，泡利提出泡利不相容原理。

1926年，薛定谔创立波动力学，是量子力学的第二个版本。

1926年，狄拉克证明波动力学和矩阵力学在数学上是等价的。

1926年，玻恩提出波函数的概率诠释，后来成为“哥本哈根解释”。

1927年，海森堡提出不确定性原理。

1928年，狄拉克将量子力学和狭义相对论结合，创立相对论量子力学，奠定后世量子场论的基础。

1935年，薛定谔提出著名的思想实验“薛定谔的猫”，将微观世界的量子行为，推演到宏观世界。

1948年，费曼创立量子力学的路径积分形式，是量子力学的第三个版本。

可以说，1925年-1928年，就是量子力学的巅峰发展时期。

这一时期，更是发生了一场最重要的事件。

以爱因斯坦和薛定谔为首的一派，与以玻尔为首的哥本哈根学派。

针对量子力学，在1927年的第五届索尔维会议上，爆发了一场物理学史2000年以来最精彩的惊世对决。

大名鼎鼎的“上帝不掷骰子”，就是从那场会议流传出来的，为无数后人津津乐道。

在量子力学理论完全成熟后，原子结构的研究依然继续向前深入。

物理学家们在30年代发现了弱力、1947年发现了强力，这两个都是跟原子核有关的力。

并由此解释了物质发生放射性衰变的本质原理。

到了20世纪中后期，物理学家又发现质子和中子是由更小的结构组成，即夸克。

在那一段时期，则是量子场论的天下，包括量子电动力学、量子色动力学、电弱理论、标准模型等等。

晚年的爱因斯坦致力于大统一理论，他想统一的只是引力和电磁力。

因为当时弱力还未被承认，强力还未被发现。

真正的大统一理论，应该是统一引力、电磁力、强力、弱力四大基本力。

在未来的后世，物理学家也仅仅做到电磁力和弱力统一，即电弱理论。

下一步则是尝试再统一强力，完成所谓弱化版的大统一理论。

至于统一引力，实在是太难太难了。

这也是爱因斯坦失败的原因，上来就挑了个最难的......爱神的智商也不够用了。

后世对爱因斯坦有个误解，认为他除了相对论和光电效应，好像就是个普通物理学家，没什么拿得出手的。

这种说法大错特错，他还有以下成就：

1905年，解释布朗运动本质、给出一种计算阿伏伽德罗常数的方法。

1907年，解决了固体比热问题，成为固体力学的奠基人。

1916年，提出激光原理，为后世的激光诞生提供了理论基础。

1917年，提出静态宇宙学模型，成为后来宇宙学的开端。

1924年，提出玻色-爱因斯坦凝聚，是冷原子物理的开创者。

这些成果其实都是资深级的，只不过和相对论一比，当然只能算小贡献了。

所以很多人只知爱因斯坦的相对论，忽略了他的其它成就。

其实一对比，才惊讶地发现，真实历史上的爱因斯坦到底有多么牛逼。

相对论和量子力学作为同等高深且重要的理论。

前者是爱因斯坦凭借一己之力，单独创造而出；而后者则是十几个天才前赴后继，共同完善。

高下立判！

这也是为何在李奇维的T系列分级中，爱因斯坦是可以和牛顿、麦克斯韦并列，而其他人只能降一级。

但无论怎么说，都是以上这些物理学的大佬们，共同打造了20世纪前期，那宏大的物理学史。

然而如今才1902年，历史就已经被李奇维改变。

他提前了近十年，提出了原子核的概念和原子行星模型。

这无疑会加速整个物理学的发展，就连他自己也不知道会如何发展了。

李奇维这一世作为见证者和参与者，甚至有可能最后是领军者，他怎么可能不激动。

目前，他手握狭义相对论和量子论，堪称两大理论的奠基人和第一元老。

至于后面再发表广相、考虑指点玻尔、德布罗意等人在量子力学上做出成果。

他已经无法想象，后世的物理史该如何评价自己了。

更不要提，未来的宇宙物理学、原子物理学，也都会有他的身影。

甚至，跨界出手，化学、生物学、医学等等。

李奇维越想越激动，越想越离谱，差点直接笑出了声。

这一幕正好被来找他的威尔逊看到，“布鲁斯，你又想到什么美事了？”

然后他又神秘兮兮地说道：“听说你的博士成果，推翻了汤姆逊教授？”

李奇维问道：“你怎么知道的？”

威尔逊苦着脸：“刚刚教授找我了，说你和卢瑟福都为实验室做出了开创性的工作，让我再努力努力。”

李奇维：“哈哈哈......”

面对天才的嘲讽，威尔逊天生心态好，稳如老狗，继续问道：“布鲁斯，那你是不是快要博士毕业了？”

李奇维想了想，说道：“我应该会申请，在今年年底或者明年年初，进行博士答辩吧。”

他嘴角微微一笑，是时候搞个博士头衔了，不然以后出门都不好意思介绍自己。