原計(jì)劃給大家直播月球,可是剛升級的拍攝軟件只要一連接到QHY485C相機(jī)就退出,無奈放棄了。但我腦袋里突然冒出來一個問題:我為什么對黑夜這么有興趣?聯(lián)想我的物理專業(yè),突然發(fā)現(xiàn),原來喜歡黑的不止我一個,隨著科學(xué)的發(fā)展,物理學(xué)已經(jīng)在“黑暗”中越走越遠(yuǎn)。
在黑暗成為科學(xué)的研究對象之前,它一直都以邪惡、孤獨(dú)、死亡等負(fù)面形式出現(xiàn)在宗教和文學(xué)作品里。《圣經(jīng)》舊約·創(chuàng)世紀(jì)篇記述:……上帝說:“要有光!”于是,就有了光。上帝把光和暗分開,把光稱為白晝,把暗稱為黑夜。
我所說的“黑暗”當(dāng)然不是文學(xué)筆下的黑暗,而是物理學(xué)上那些看不到或者看不清的東西。在物理學(xué)中,黑暗代表抵抗探測的物質(zhì),不會和電磁波相互影響的物質(zhì),或者這種物質(zhì)與電磁波以某種方式發(fā)生互動,但靠我們目前的技術(shù)手段無法接收到相關(guān)信息。
黑暗第一次與科學(xué)擦肩是發(fā)生在18世紀(jì),法國數(shù)學(xué)家拉普拉斯在牛頓運(yùn)用萬有引力公式計(jì)算出來的逃逸速度的啟發(fā)下,想象在宇宙當(dāng)中有可能會存在著一種天體,它非常致密,以至于從它自身發(fā)出的光都不能夠從它周圍逃脫出來,他稱這種星叫做暗星。
可是就連拉普拉斯自己都不相信暗星的存在,黑暗剛剛走進(jìn)了科學(xué),就這樣停滯了,而這一停滯就是100年。1862年,物理學(xué)家基爾霍夫將黑體一詞引入熱力學(xué),黑暗再次走進(jìn)了物理學(xué)。他假想了一種理想物體,這種物體它能夠吸收外來的全部電磁輻射,并且不會有任何的反射與透射。
基爾霍夫
物理學(xué)家以此作為熱輻射研究的標(biāo)準(zhǔn)物體。黑體不一定是黑色的(例如太陽在某種情況下就可以看做黑體),即使它沒辦法反射任何的電磁波,它也可以放出電磁波來,而這些電磁波的波長和能量則完全取決于黑體的溫度,不因其他因素而改變。
沒有人能想到,就在“黑”走進(jìn)科學(xué)還不到50年,它就摧毀了經(jīng)典物理的大廈,一門新的物理學(xué)——量子力學(xué)在“黑暗”中誕生。一場近年來為大眾所熟知的思想認(rèn)知的巨大震蕩,正是因?yàn)閷Α昂诎怠钡娜吕斫猓屓祟惖乃枷朐?0世紀(jì)突然加速。
薛定諤方程
從經(jīng)典物理學(xué)出發(fā)推導(dǎo)出的維恩定律在低頻區(qū)域與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不相符,而在高頻區(qū)域,從經(jīng)典物理學(xué)的能量均分定理推導(dǎo)出瑞利-金斯定律又與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不相符,在輻射頻率趨向無窮大時,能量也會變得無窮大,這種結(jié)果被稱作為“紫外災(zāi)變”。
1900年10月,馬克斯·普朗克將維恩定律加以改良,又將玻爾茲曼熵公式重新詮釋,得出了一個與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全吻合的普朗克公式來描述黑體輻射。但是在詮釋這個公式時,通過將物體中的原子看作微小的量子諧振子,他不得不假設(shè)這些量子諧振子的總能量不是連續(xù)的,即總能量只能是離散的數(shù)值(經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn)恰好相反)。
維恩位移定律
生來就與黑暗緊密相連的黑體逐漸離經(jīng)叛道,普朗克進(jìn)一步假設(shè)單獨(dú)量子諧振子吸收和放射的輻射能是量子化的。愛因斯坦受到普朗克量子化假說的啟發(fā),提出了光量子,完美地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。德布羅意在愛因斯坦的啟發(fā)下,提出了物質(zhì)波……
20世紀(jì)的20年代,是量子力學(xué)一騎絕塵的時代,我們今天對于恒星的理解、信息化革命,都發(fā)端于量子力學(xué)。而這一切都源自1862年,基爾霍夫?qū)ⅰ昂凇币肓宋锢韺W(xué)。
關(guān)于“黑暗”科學(xué)的上篇就寫到這里,中篇預(yù)告:暗星的正式命名——黑洞,這是20世紀(jì)下半葉科學(xué)競爭最為激烈的一個領(lǐng)域,敬請期待。
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