为什么有人说量子论和相对论是本世纪科学的两大支柱?

bdqnwqk7个月前基础12

施郁(复旦大学物理学系教授)

我本人就说过量子论和相对论是二十世纪科学的两大支柱。相对论建立了新的时间和空间的概念,对于运动速度相对于光速来说不能忽略的情况,相对论给出了正确的描述,而相对论之前的描述被确认为有谬误。量子论导致了对物质结构的认知的革命,而且导致了很多科学技术。基本粒子、原子核、原子、分子都需要用量子力学来描述,量子力学为化学提供了基础,解释了化学健的本质,量子力学也导致现代的材料科学和信息科学。几十年前,就有人说过量子力学导致了美国GDP的1/3,我估计现在这个比例可能是3/4。信息科学建立在半导体、磁学、激光等基础上,而这些基础都是量子力学的后果。现代的生物学依赖与核磁共振、电镜、x射线等等仪器,这些仪器几乎全部是量子力学的后果。 很难想象,没有量子力学,还有什么能够留下。

[施郁原创]

相对论和量子论都直接或者间接的和爱因斯坦有关系,可以说物理学的两大支柱爱因斯坦一个人就占了一根半。

人类对于物质世界的认识是一直在变的,从古代愚昧的迷信到近代以来科学昌盛,出现了牛顿等一批科学家,为人类初步系统的认识了这个世界,并且引发了技术革命带动了人类文明的整体进步。

而随着科学的发展,科学家们在解决一些新的问题的时候发现用牛顿力学解释不了,这就说明牛顿的理论并不是完美的理论,它解释不了

水星近日点摄动和微观低速运行中物体的种种表现,后来人们也知道了牛顿等经典力学是存在局限性的,经典力学只能适用于低速宏观物体的运动状态,而微观世界的粒子运动状态是牛顿力学解释不了的。

在牛顿力学束手无策的情况下,跨时代的物理学奖爱因斯坦登场了,随之而来的还有他的相对论和半个量子论。

爱因斯坦的相对论革了牛顿力学的命,让人们知道了时间和空间并不是绝对静止的,而是根据参考系的不同而不同,打破了自牛顿以来的绝对时空观念,爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论揭示了物质和空间,速度和时间的关系,解决了牛顿力学解决不了的问题,让人们更进一步的认识时空的本质 。

量子论则是对微观领域的一次革命,通过量子论人们知道了一切都是不确定的,你无法知道电子的确切位置,只能用概率来描述它。波粒二象性和测不准原理更是让爱因斯坦在内的很多人都无所适从。

但是量子论是正确的,尽管在有些人看来它是荒谬的,可是我们现在的日常生活背后都有量子论的影子,没有量子论就没有半导体也就没有今天的计算机世界。