想要在量子力学上彻底说服爱因斯坦,是许多物理学家历经几十年时间,都没有完成的一件事情。
如果你试图以各种例子来说服他,那么得到的永远不会是认同,而是来自爱因斯坦的更激烈的反击。
所以陈慕武并不打算做这种无用功,去撞这栋名为爱因斯坦的南墙。
既然这个德国老头如此反对概率和偶然,那么不妨就让他的反对声音变得更大一些。
此刻正在实验室里研制的电子显微镜给他带来的灵感,所以陈慕武把打字纸装入打字机当中,噼里啪啦地给爱因斯坦敲起了回信。
“爱因斯坦先生,您好!
“您前几日的来信已收到,多谢您的祝贺,也同时谢谢您对我在物理学上取得的进展的关心。
“下面我将向您介绍我目前正在从事的工作……”
反正纸和墨带画的都不是自己的钱,所以陈慕武肆无忌惮地敲下了一大段废话,从他证明电子是一种波开始讲起,然后讲到了自己打算利用电子波比可见光波的波长更短这个特点,来制造出一款分辨率更高的显微镜来。
说完了电子显微镜,这封信才最终进入到了正题。
“博士,我之所以选用电子,而不是波长更短的电磁波,也就是我们所说的伽马射线来研制分辨率更高的显微镜,是因为目前的光学元件的材质远远达不到要求,会使伽马射线在折射过程中,产生很强烈的散射现象,最终不能聚焦,从而无法达到显微的要求。
“但假如有一天,我们人类真的能制造出高分辨率的伽马射线显微镜之后,或许那时候,我们就能观测到很多在可见光显微镜下观测不了的东西,比如说,一个电子的位置。
“伽马射线的波长越短,测量到的电子位置也就越精确。
“但是,此时就将面临着更为严峻的一个问题,伽马射线的波长和能量成反比,波长越短,能量也就越高,高能的伽马射线,必然会和电子发生名为‘陈散射’的碰撞,这就会导致电子就会突然接受到很大的动量,
“这也就是说,不能在精确确定电子位置的同时,得到一个电子的准确速度,此时电子的轨道仍然无法确定。”
“相反,如果想要尽量避免电子受到大的动量扰动,则就要使用能量尽可能低的光子去探测电子,但这样一来,又没办法精确测量电子的位置,同样不能确定电子的轨道。
“当然,人类能否制造出伽马射线的显微镜,还是一个未知数,上述说所的这个实验,也只不过是一个存在于大脑中的思维实验。
“但我想,这并不妨碍我们对这个实验,进行一个定性半定量的误差估计。
“根据能得到显微镜分辨本领的阿贝公式,假设入射光的波长为λ,电子对透镜系统半径的张角为θ,那么在电子位置上的观察误差为?x~λ\/sinθ。
“再根据陈散射当中的动量守恒定律,并假定在散射完成之后,光子的动量p=h\/λ大小不变仅改变方向,那么光子给电子带来的动量误差Δp~h\/λsinθ。
“把位置误差和动量误差两者相乘,就可以得到ΔxΔp~h。
“这也就是说,不可能在精确测量电子位置的同时,也精确测量到电子的动量。我姑且把这种测不准的关系,命名为不确定性原理。
“如果把电子换成其他的一种微观粒子,我想这个不确定性原理依然会存在。
“时间有限,我只能在这封信里,以这样一个思想实验,向您简单介绍一下我的想法。
“另外还要说明的一点就是,身为一个中囯人,我并不是上帝的信徒。
“但是,在这里,我却想告诉您另外一句话,在两千多年前,中囯有一位大哲学家名叫孔夫子,他曾说过一句‘君子有三畏’,其中排在第一位的就是畏天命。
“无论是上帝也好,天命也罢,我想我们都不应该以一介凡人之躯,去告诉上帝,他究竟应该怎么做。”
“而关于这个不确定性原理的严格推导过程,我将把它整理成论文,并在日后发表于《物理学年鉴》或者《自然》期刊上,敬请您留意。
“至于这个原理究竟对还是不对,就请您多多指教。
“最后祝您工作顺利,身体健康,笑口常开。
“您的学生,陈慕武。”
陈慕武的这封信写得有多谦卑,他在信里提到的内容就有多劲爆。
不确定性原理,就在这封回信当中,第一次出现在了这个世界上。
当初那个哥廷根大学负责博士毕业实验考试的维恩教授,曾经因为海森堡回答不出光学系统的分辨率该如何计算,差点没能让这个自负的德国人获得博士学位。
但海森堡也因此因祸得福,他牢牢记住了分辨率该如何计算,并在某一天灵感迸发,从这个公式里,推导出了不确定性原理。
既然抛出了这个大杀器,陈慕武就不得不抓紧时间写一篇论文,在理论上来验证这个原理的正确性。
这是因为他在给爱因斯坦回信中抛出来的海森堡的这个思想实验,在信里唬唬人当然没什么问题,但只要仔细一思考,就能知道它其实并不严谨,仍然面临着许多困难。
首先就是在思想实验中,假定了电子在测量之前,拥有着确定的位置和动量,这本身就违反了不确定性原理,而且也没办法用实验来进行验证。
其次就是在这个实验中运用到的误差?x计算方法,其实是一种统计平均的结果。
而这种统计平均,至少在此处是并不适用的。
虽然陈慕武有超前的知识储备,但被誉为拥有人类历史上最聪明大脑的爱因斯坦,当然也不是吃素的。
如果在信里给他留下这种把柄,而不去最终解决的话,那么这些漏洞就会成为爱因斯坦在反击时强有力的武器。
所以才刚在打字机的键盘上,敲下此封信上的最后一个标点符号,陈慕武就开始思考,该如何才能写好这篇论文。
他把最后一张打印纸从打字机上取下来,从头到尾把这封信通读一遍,确认里面没有拼写、语法和内容逻辑错误之后,才从办公桌里摸出来一枚信封,把信纸折叠好装了进去。
封好信封,陈慕武又在上面贴了两枚一便士和一枚半便士的邮票,打算等下班之后找个邮筒,把这封信投寄出去。
他一抬头,发现卡皮察仍然坐在自己实验室里的沙发上,丝毫没有离开的意思。
“你还有什么事情吗,彼得?”
“其实也没什么大事,只不过我还是第一次看到你一直说的中囯同胞,就想让你给我介绍一下,顺便和他们打个招呼。”
这当然没问题,陈慕武立刻向三人互相介绍了彼此。
但在介绍时,他又发现了问题不太对,自己那封回信写了最少半个小时,他卡皮察就一直待在这里,显然不是想要介绍认识这么简单。
“彼得,你还有什么事,都直接说出来吧!”
被戳破心思的卡皮察没有丝毫害羞:“我还想请教一下赵先生和施先生,两位会不会做中囯菜?自从乔治离开剑桥大学之后,我已经很久没有吃到东方的味道了。”
“去去去!他们千里迢迢来到英国,可不是来给你做菜的!你要是真想吃,找个机会我带你去伦敦。”
陈慕武连说带笑地把卡皮察给赶了出去,就知道他没安什么好心。
叶公超做做饭也就算了,但是这两位,可绝不能给你做饭吃!
而看到自己老师不但读完了爱因斯坦的这封信,甚至都已经给他写好了回信,奥本海默这才忍不住凑了过来。
半个多月时间的相处下来,奥本海默已经得知自己的这位老师,其实并不像第一次见面时那样严肃,而是很儒雅随和的一个人。
所以他现在才能大胆地开口问道:“陈老师,您和爱因斯坦教授也很熟悉吗?
“因为对爱因斯坦教授很好奇,所以我刚刚一直在悄悄观察您,发现您的表情时而轻松,时而又眉头紧锁,不知道发生了什么事情?”
实验室另一侧的赵忠尧和施汝为也悄悄竖起了耳朵。
“发生了什么事情?当然是他没读懂我最近写的几篇论文,所以才写信向我请教一些问题。
“我虽然在回信里已经给出了答案,但估计固执的他多半也不会认同我的观点。
“罗伯特,相比之下,还是你这个学生更让我省心一些。”
陈慕武靠着这种开玩笑的方式,说出来了一句实话。
奥本海默表面上带着笑,但他心里想的却是,自己这个老师确实儒雅随和不假,但唯一的缺点就是有的时候会吹牛吹过了头!
不过他刚才居然夸我比爱因斯坦还优秀,看来自己真的没有跟错导师,一定要在他的手下好好干下去。