Il terribile Teodoro
《Il terribile Teodoro》,喜剧作品,意大利出品,1958年上映。
主演:
罗伯特·拜屈·蒙特洛
、
Nino Taranto
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Giulia Rubini
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Mario Riva
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乌戈·托格内吉
、
Dolores Palumbo
地区:
意大利
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如果要评选20世纪人类社会最重要的事件,那么既不是两次世界大战,也不是人类登上了太空,而是量子力学的出现和发展。本剧梳理了量子力学百余年来的发展史,对量子力学的基本原理,发展历程中的重要事件以及多位顶尖科学家之间的观点争执做了梳理,并详细论述了量子力学对人类认知的颠覆性影响。
一、量子论如何冲击经典物理学?
19世纪末,经典物理学已发展到一个巅峰。牛顿力学体系经历了几个世纪的考验,屹立不倒,从天上的星星到地上的石头,统统都遵照着牛顿订下的规则在运动;在电磁学方面,英国物理学家麦克斯韦发表了三篇关于电磁理论的论文,提出光也是一种电磁波,后人从他的理论中总结出了名垂千古的麦克斯韦方程组,这一成就决不在牛顿之下;在热力学方面,热力学三大定律也已基本确定。更厉害的是,经典力学、经典电动力学、经典热力学,这三大体系是和谐统一的,成为了经典物理学的三大支柱,牢不可破。
物理学这座大厦虽然看似雄伟,但还有两个难题没有解决。第一个是人们猜想宇宙中有一种叫“以太”的物质,但无论怎么做实验,都探测不到这种物质。第二个难题关于黑体辐射实验,这个实验的结果,总和理论预测不一致。在当时看起来,这两朵难题似乎不算是大问题,但如果你今天回过头来看就会发现,这两个难题,第一个导致了相对论革命的爆发,第二个导致了量子论革命的爆发。整个辉煌灿烂的经典物理学大厦,就在这两次革命中轰然倒塌。
本剧重点是第二个难题。在19世纪末的时候,很多科学家都在研究物体的温度和辐射能量之间有着怎样的关系。经过科学家前仆后继的努力,终于得到了两套公式,但问题是,一套公式只对电磁波的短波有效,另一套公式只对长波有效,所以这中间肯定是有问题的。
这个时候,量子论历史上最重要的人物之一普朗克登场。1900年的时候,普朗克已经研究黑体辐射好多年,但也没搞出什么头绪来。有一天他就想换个思路,先不管各种各样的假设推导,先用数学方法把这两套公式拼起来再说。结果几天之后,普朗克还真把这两套公式给凑成了一个,也就是著名的“普朗克黑体公式”。在普朗克黑体公式公布之后,大家发现这个公式非常管用。但问题是大家都只知道这个公式好用,但不知道它为什么好用,也并不知道这个公式究竟隐藏着怎样的物理意义。
又经过了一段时间的研究,普朗克终于发现,如果要让这个公式成立,就必须做一个假设,那就是:能量在发射或者吸收的时候,不是连续不断的。也就是说能量不是可以无限分割的,而是有一个最小单位,这个基本单位后来就被命名为“量子”。就是这个量子的假定,最终推翻了整个经典物理学的大厦,也彻彻底底地改变了人类对世界的认识。
在经典物理学看来,一切自然过程都是连续不断的,如果气温从20度上升到30度,那中间肯定经过了25度,如果一个化学反应释放了50焦耳的能量,那中间肯定有一个时刻,它刚好释放出了,比如30.134焦耳的能量。但量子的假设就不是这样,量子论相当于在说,能量的发射和吸收,就像是我们花钱一样,你一次最少也要花1分钱,因为没有比1分钱更小的面值了。你不能说我买个东西花0.3分钱,不可能的。能量也一样,它有个最小单位,是不连续的。
关于连续性和平滑性的假设,是微积分的基础。而无论是牛顿的力学还是麦克斯韦的电磁学,都建立在微积分的基础之上。而量子论的诞生,直接动摇了连续性的假设,相当于经典物理学的大厦一下子被移走了地基。
二、量子论里的“不确定性”意味着什么?
随着量子论的不断发展,这门学科展现出了越来越多让人匪夷所思的性质。而且跟以前不同的是,很多物理性质,都是通过数学推导才发现的。我们一般认为,只有先掌握了物理量的定义,然后才能在这些物理量之
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