从剑桥留学生到物理学之神 第100章

　　在理论物理上有天赋就算了，现在连实验物理都要逆天了。

　　“布鲁斯，你确定你的实验结果可靠吗？”汤姆逊此刻非常激动。

　　“我是说，原子结构研究可不是相对论，仅仅在大脑中推导即可，它是需要切实可信的实验数据的。”

　　李奇维郑重道：“教授，你放心，所有实验的原始数据，还有实验仪器我都记录完整。”

　　“整个实验，我也连续测量了三次，每次的结果都是一样的。”

　　“完全能够证明我的行星模型假说。”

　　“我最近正在撰写论文，进行最后的理论分析和确认。”

　　汤姆逊大喜过望，“好好好，布鲁斯，那你好好写论文，我真是迫不及待想看你的成果了。”

　　其实也难怪汤姆逊会如此激动。

　　电子的发现，以及枣糕模型的提出，可以说是他最得意的成就。

　　也是他未来获得诺奖的基础。

　　但是从他提出这种原子模型后，就再也没有得到更深入的进展了。

　　原子到底长什么样？没有人知道。

　　任何手段都无法直接观测原子的内部。

　　于是，他只好把这个课题交给学生，期待有一天奇迹发生。

　　自己则继续研究阴极射线。

　　这个时代，各种阴极阳极射线，才是物理学研究的热门方向。

　　很多成就都是通过分析这些射线得到的，包括电子。

　　如今，汤姆逊听到李奇维竟然对原子的结构，有了更底层的发现，当然欣喜若狂。

　　这是一种巨大的突破。

　　一方面，这种级别的物理成果能让物理大佬们感到精神上的满足。

　　另一方面，李奇维毕竟是卡文迪许的学生，还是他汤姆逊的博士生。

　　学生有出息了，老师当然与有荣焉，更能成就一段师徒佳话。

　　李奇维看着汤姆逊激动的模样，也是非常感慨。

　　真是一个好时代啊，各种伟大的发现和现象层出不穷。

　　原子结构是可以和相对论相提并论的伟大物理成果。

　　真实历史上，20世纪初期就是两大理论：相对论和量子力学，占据整个物理学。

　　相对论几乎就是爱因斯坦一人唱独角戏，镇压无数天才。

　　而量子力学则是群星汇聚，由无数顶尖大神共同提出、发展、完善，其中也包括爱因斯坦。

　　这两个理论有着各自的研究对象和物质基础。

　　其中，相对论的研究对象和基础就是宏观宇宙星体。

　　黑洞、引力波、宇宙膨胀并由此催生出了宇宙学原理和模型。

　　而量子力学的研究对象和基础就是微观粒子，在发展前期，则主要指光子和原子。

　　而原子内部，后来又先后有了电子、质子、中子、夸克等等。

　　所以说，原子结构的研究是量子力学的核心。

　　真实历史上，汤姆逊1897年发现电子，提出原子结构【枣糕模型】，结束了原子不可分的争论。

　　然后他被自己的学生，卢瑟福，于1911年提出的【行星模型】所推翻。

　　无独有偶，卢瑟福又被自己的学生，玻尔，于1913年提出的【玻尔模型】（轨道量子化）所推翻。

　　当时的玻尔，就是以普朗克的量子论为灵感，才设想出电子轨道是量子化的。

　　后来玻尔模型又经过无数天才的补充完善，最终才形成系统的原子结构理论，为量子力学的发展起到重要的作用。

　　其中玻尔的学生，海森堡，以一己之力创立了【矩阵力学】（量子力学的一种形式体系），并提出【不确定性原理】。

　　至于量子力学的另一种形式体系，则是由薛定谔提出的【波动力学】。

　　卢瑟福的女儿嫁给了一个叫福勒的物理学家，而福勒有个学生叫狄拉克。

　　他创新地则把相对论引入量子力学，建立了相对论形式的薛定谔方程，也就是【狄拉克方程】。

　　居里的学生是郎之万，而郎之万后来有个学生叫德布罗意。

　　就是他，在光的波粒二象性基础上，去掉光，认为所有物质都具有【波粒二象性】。

　　至此，量子力学的三大原理：量子化、不确定性原理、波粒二象性，全部建立。

　　其中量子化的标志成果，一个是光电效应，另一个就是电子轨道量子化模型。

　　由此可见，原子结构的研究多么重要。

　　可以说，没有对这些微观粒子行为的研究，就没有量子力学的出现。

　　李奇维选择先提出行星模型，而不是直接到玻尔模型，也是有自己的考虑。

　　如今，上面这些未来的大神中，年纪最大的玻尔此刻也才17岁，明年才会进入丹麦哥本哈根大学，主修物理学。

　　没有这些大佬的加入，李奇维的成神之路，就显得无聊乏味。

　　所以，他在等。

　　反正对于博士毕业而言，核式结构已经足矣。

　　而量子力学，将随着他的博士论文，正式开启，成为与相对论并驾齐驱的存在。

第130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。