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命,各位也就很可能看不到我們的史話,呵呵。
如果要評選20世紀最為深刻地影響了人類社會的事件,那麼可以毫不誇張地說,這既不是兩次世界大戰,也不是共產主義運動的興衰,也不是聯合國的成立,或者女權運動,殖民主義的沒落,人類探索太空……等等。它應該被授予量子力學及其相關理論的創立和發展。量子論深入我們生活的每一個角落,它的影響無處不在,觸手可得。許多人喜歡比較20世紀齊名的兩大物理發現相對論和量子論究竟誰更〃偉大〃,從一個普遍的意義上來說這樣的比較是毫無意義的,所謂〃偉大〃往往不具有可比性,正如人們無聊地爭論李白還是杜甫,莫扎特還是貝多芬,漢朝還是羅馬,貝利還是馬拉多納,Beatles還是滾石,阿甘還是肖申克……但僅僅從實用性的角度而言,我們可以毫不猶豫地下結論說:是的,量子論比相對論更加〃有用〃。
也許我們仍然不能從哲學意義上去真正理解量子論,但它的進步意義依舊無可限量。雖然我們有時候還會偶爾懷念經典時代,懷念那些因果關係一絲不苟,宇宙的本質簡單易懂的日子,但這也已經更多地是一種懷舊情緒而已。正如電影《亂世佳人》的開頭不無深情地說:〃曾經有一片屬於騎士和棉花園的土地叫做老南方。在這個美麗的世界裡,紳士們最後一次風度翩翩地行禮,騎士們最後一次和漂亮的女伴們同行,人們最後一次見到主人和他們的奴隸。而如今這已經是一個只能從書本中去尋找的舊夢,一個隨風飄逝的文明。〃雖然有這樣的傷感,但人們依然還是會歌頌北方揚基們最後的勝利,因為我們從他們那裡得到更大的力量,更多的熱情,還有對於未來更執著的信心。
四
但量子論的道路仍未走到盡頭,雖然它已經負擔了太多的光榮和疑惑,但命運仍然註定了它要繼續影響物理學的將來。在經歷了無數的風雨之後,這一次,它面對的是一個前所未有強大的對手,也是最後的終極挑戰……廣義相對論。
標準的薛定諤方程是非相對論化的,在它之中並沒有考慮到光速的上限。而這一工作最終由狄拉克完成,最後完成的量子場論實際上是量子力學和狹義相對論的聯合產物。當我們僅僅考慮電磁場的時候,我們得到的是量子電動力學,它可以處理電磁力的作用。大家在中學裡都知道電磁力:同性相斥,異性相吸,量子電動力學認為,這個力的本質是兩個粒子之間不停地交換光子的結果。兩個電子互相靠近並最終因為電磁力而彈開,這其中發生了什麼呢?原來兩個電子不停地在交換光子。想象兩個溜冰場上的人,他們不停地把一隻皮球拋來拋去,從一個人的手中扔到另一個人那裡,這樣一來他們必定離得越來越遠,似乎他們之間有一種斥力一樣。在電磁作用力中,這個皮球就是光子!那麼同性相吸是怎麼回事呢?你可以想象成兩個人背靠背站立,並不停地把球扔到對方面對的牆壁上再反彈到對方手裡。這樣就似乎有一種吸力使兩人緊緊靠在一起。
但是,當處理到原子核內部的事務時,我們面對的就不再是電磁作用力了!比如說一個氦原子核,它由兩個質子和兩個中子組成。中子不帶電,倒也沒有什麼,可兩個質子卻都帶著正電!如果說同性相斥,那麼它們應該互相彈開,而怎麼可能保持在一起呢?這顯然不是萬有引力互相吸引的結果,在如此小的質子之間,引力微弱得基本可以忽略不計,必定有一種更為強大的核力,比電磁力更強大,才可以把它們拉在一起不致分開。這種力叫做強相互作用力。
聰明的各位也許已經猜到了,既然有〃強〃相互作用力,必定相對地還有一種〃弱〃相互作用力,事實正是如此。弱作用力就是造成許多不穩定的粒子衰變的原因。這樣一來,我們的宇宙中就總共有著4種相互作用力:引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力。它們各自為政,互不管轄,遵守著不同的理論規則。
但所有這些力的本質是什麼呢?是不是也如同電磁力那樣,是因為交換粒子而形成的?日本物理學家湯川秀樹……他或許是日本最著名的科學家……預言如此。在強相互作用力中,湯川認為這是因為核子交換一種新粒子……介子(meson)而形成的。他所預言的介子不久就為安德森等人所發現,不過那卻是一種不同的介子,現在稱為μ子,它和湯川理論無關。湯川所預言的那種介子現在稱為π子,它最終在1947年為英國人鮑威爾(Cecil Frank Powell)在研究宇宙射線時所發現。湯川獲得了1949年的諾貝爾物理獎,而鮑威爾獲得了1950年的。對於強相互作用
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