第2章茶本物型 5 823量子物理学 说明了电磁场概念和电磁场能传送波后，我们很快就认识到，这些波的行为实际上十分 行怪，看起来完全不象波.在颜率较高时它们的行为更象粒子！正是在1920年后发展起来 的昼子力学解释这种奇怪的行为，在1920年之前，爱因斯坦已改变了把空间看作是三维 空间把时间看成单纯存在的这种图象，他首先把它们组合在一起，并目称之为空一时，然后 又进一步用弯曲的空-时来描绘万有引力，这样，字宙的“舞台”就变为空-时，而万有引力则 大概是空-时的一种变卷。以后，人们又发现有关原子运动的规则也是有问题的；在原子世 界中，“惯性”与“力”的力学法则是不正确的 牛顿定律已不再成立. 人们反而发现小尺 度范围内事物的行为与大尺度范围内事物的行为没有任何相似之处.这给物理学造成困 难 但又十分有趣.之所以困难，是由于事物在小尺度范围内的表现如此“反常”，我们对 之没有直接的经脸，在这里事物的表现完全不象我们所知首的任何事情，因而除了用解析 的方式，用任何其他方法都不可能描写这种习性.这的确是困难的.需要作大量的想象。 量子力学中有许多看法.首先，一个粒子既有确定的位置也有确定的速度这种概念已 被抛弃，那是不正确的想法.表明经典物理是怎样不正确的一个例子是，在量子力学中有这 整一条定则：不可能既知道某个粒子在什么地方，又知道它运动得多快.动量的不确定性与 位置的不确定性是并协的，二者的乘积是常数.我们可以把这条定律写成：p>,2x,在 以后将会更详尽地解释它。这条定则解释了这样一个十分神秘的佯瀑：即如果原子是由正 负电荷所构成，那么为什么负电荷不是简单地位于正电荷的顶端（它们彼此是吸引的），从而 彼此靠拢以致于完全抵消？为什么原子如此庞大？为什么原子核在中心，面其周围环绕者 一些电子？起先曾认为原子核很大，但事实并非如此，它是非常小的.一个原子的直径约为 10-厘米，一个原子核的直径约为10厘米.如果我们有一个原子，为了看到原子核，就 要把整个原子放大到一个大房间那样大。这时原子核才刚刚是一个可以用眼晴分辨出来的 斑点，但是儿乎原子所有的重量都集中在这个无比小的原子核上。是什么理由使电子没 有直接落入原子核呢？正是上述的原理.。如果电子在原子核里出现，我们就会精确地知道 它们的位登，而测不准原理则要求它们具有很大的（不过是不确定的）动量，即很大的动能 电子具有这样大的能量就要脱离原子核，这些电子作出了让步：由于不确定性，它们为自己 留下一个狭小的空间，于是以由这个定则所决定的最小的运动晃动者.（记得我们曾经说 过，当晶体冷却到绝对零度时，原子并没有停止运动，它们仍然在晃动，为什么？如果它们停 止运动，我们就能知道它们在什么地方，而且它们不运动，这就违反了测不准原理：我们不能 既知道它们在哪里，又知道它们以什么速度运动，所以它们必须在那里不断地摆动！ 另一个由量子力学带来的在科学的观念和哲学方面最有趣的变化是在任何情形下要精 确地预言会发生什么事都是不可能的.比如我们有可能使一个原子处于准备发光的状态 在原子发光时，可以利用探测光子的方法进行测量（这一点我们马上就要讲的），但是，我们 无法预计它将在什么时候发光，或者在有儿个原子的情况下，究竞哪一个原子将发光.你们 可能说，这是由于某种我们还没有足够仔细观察过的内部“转轮”在起作用。然而，这里根本 没有什么内部的转轮，按照我们今天的理獬，大自然的表现是这样的：根本不可能精确地预 言在一定的实验中究竞会发生什么事情.这是一件槽透了的事；事实上，哲学家曾经声称： 科学所必需的基本东西之一就是，每当你安排了同样的条件时，那么发生的必定是同一件