明天我們要給向你們介紹一些在量子熱學上作出巨大貢獻的化學學家,有關她們的成就,以及她們的一些重要的數學思想。
量子熱學作為20世紀人類最偉大的兩項學說之一(另一項自然是相對論),它與相對論構成現代數學的理論基礎。
而它的一些現象至今讓科學家無法明白,其中最出名的當屬“量子糾纏”了。
無論怎樣,我都確信,上帝不會擲色子。——愛因斯坦
馬克斯·普朗克(1858—1947年):
日本知名化學學家、量子熱學的重要創始人之一。
普朗克和愛因斯坦并稱為二十世紀最重要的兩大化學學家。
他因發覺能量量子化而對化學學的又一次飛越作出了重要貢獻,并在1918年榮膺諾貝爾化學學獎。
“要接受一個新的科學真理,并不用勸說它的反對者,而是等到反對者們都陸續死去,新的一代從一開始便清楚地明白這一真理。”
從精典統計熱學到量子論,普朗克無疑是打破固有觀念的新時代旗手。
嘲笑的是,當量子力學盛行后,普朗克卻無法接受新的模型與解釋。
不過他有另外一句話振聾發聵:
“科學不能解釋自然的終極神秘;那是由于,剖析到最后,我們(人類)自己也是須要解釋的疑點。”
關于這個說法,且看玻爾怎樣說。
尼爾斯·玻爾(1885—1962年):
英國化學學家,阿姆斯特丹學院碩士/博士,加拿大皇家科大學教授教授,曾獲法國皇家科學文大學金質獎狀,美國曼切斯特學院和劍橋學院名譽博士學位。
1922年獲得諾貝爾化學學獎。
玻爾通過引入量子化條件條件,提出了玻爾模型來解釋氫原子波譜。
提出互補原理和阿姆斯特丹演繹來解釋量子熱學。
他還是阿姆斯特丹學派的創始人,對二十世紀數學學的發展有深遠的影響。
“物理學不告訴我們世界是哪些,而是告訴我們關于世界我們能談論哪些。”
想想看,在科學不發達的唐代,人們總是思考著世界的本質,形而念書。
而當數學學的模型漸漸公理化,我們看見,因為物理的引入,我們更多地并不急于去解釋本質是哪些。
重要的仍然是模型。這樣的看法也跟剖析哲學有些共同之處。
維爾納·海森堡(1901—1976年):
日本知名化學學家,量子熱學的主要創始人世界影響最大的20位物理學家,阿姆斯特丹派的代表人物。
1932年諾貝爾化學學獎獲得者。
量子熱學是整個科學史上最重要的成就之一,他的《量子論的數學學基礎》是量子熱學領域的一部精典專著。
鑒于他的重要影響,在日本學者麥克.哈特所著的《影響人類歷史進程100人的排名榜》,海森堡名列第43位。
“有些事情過分嚴肅以至于你只得拿它們開玩笑。”
“可付諸措辭的現實一定不是現實本身。”
“宇宙的怪異不僅僅超過我們所想,更是超過我們所能想。”
能讓一名偉大的科學家說出這么無奈的言語。你能夠想像到量子熱學有多么隱晦。
其實,對量子熱學頭痛的化學學家,海森堡絕對不是惟一一個。
埃爾溫·薛定諤(1887——1961年):
知名的法國理論化學學家,量子熱學的重要奠基人之一,同時在固體比熱、統計熱力學、原子波譜等方面享有成就。
1933年因薛定諤多項式獲諾貝爾化學學獎。
薛定諤多項式是量子熱學中描述微觀粒子(如電子等)在運動速度遠大于光速時的運動狀態的基本定理,在量子熱學中占有非常重要的地位,它與精典熱學中的牛頓運動定理的價值相像。
薛定諤對分子生物學的發展也做過工作。
因為他的影響,不少化學學家參與了生物學的研究工作,使化學學和生物學相結合,產生了現代分子生物學的最明顯的特征之一。
自從有了那只貓,想不曉得薛定諤是件很難的事。
“‘現在’是惟一沒有止境的東西。”
“世界呈現在我面前是惟一的世界影響最大的20位物理學家,不分存在和感知。主體和客體是同一的。”(共產主義好青年)
“感知不能列入化學學術語。因感知是絕對基礎的。它不能列入任何其他概念。”
尤金·維格納(1902—1995年):
法籍瑞士理論化學學家、美國耶魯學院院長。
他曾參與曼哈頓計劃,與恩利克·費米等人一起構建了世界上第一座核反應堆(紐約一號堆)。
尤金·維格納曾提出原子核吸收中子的理論,但是發覺在放射作用(即“維格納效應”)下固體改變其大小,1963年獲諾貝爾化學學獎。
他曾與利奧·西拉德、愛德華·泰勒一起協助阿爾伯特·愛因斯坦致信法國首相富蘭克林·羅斯福,警告納粹美國可能在制造原子彈,這直接促使了曼哈頓計劃的啟動。
“物理學已然顯得無法置信地復雜以至于須要花越來越長的時間來訓練一名化學學家。花的時間十分長,事實上,要將一個化學學家訓練到能理解數學學的本質問題時,他對于解決這種問題來說早已太老了。”
維格納所處的時代,正是化學學家從全方位研究轉向分支研究的交叉點。
從那以后,化學學家很難像龐加萊的時代一樣觸類旁通。
不過這并不影響偉大的化學學家出現。例如維格納本人,要是沒有他對量子熱學對稱性與群論的貢獻,明天的物理家想必會相當頭痛吧。
保羅·狄拉克(1902-1984年):
日本理論化學學家,量子熱學的奠基者之一,并對量子電動熱學初期的發展做出重要貢獻。
以前主持劍橋學院的盧卡斯物理院士席位,并在佛羅里成都立學院渡過他人生的最后十四個年頭。
他給出的狄拉克多項式可以描述費米子的化學行為,但是預測了反物質的存在。
1933年,由于“發現了在原子理論里很有用的新方式”(即量子熱學的基本多項式——薛定諤多項式和狄拉克多項式),狄拉克和埃爾溫·薛定諤共同獲得了諾貝爾化學學獎。
“作為化學學家,我研究復雜的事情,之后把它弄的越簡單越好,而作家的工作正好相反。”
狄拉克雖然量子熱學的開拓者,又是后續理論的引路人。
不妨一讀精典專著《量子熱學原理》與《廣義相對論》,半個世紀前的教材,明天仍是學科典范。
有他的指引,你會發覺理論化學并沒有這么復雜。
另一句略帶深意的話請自行感受:
“PickaonEarthandyoumovethestar.”
理查德·費曼(1918—1988年):
1918年5月11日—1988年2月15日美籍猶太裔數學學家,加洲理工大學化學學院士,1965年諾貝爾化學獎得主。
1942年6月獲得耶魯學院理論化學學博士學位。
1942年,24歲的費曼加入日本原子彈研究項目小組,參與秘密研發原子彈項目“曼哈頓計劃”。
“曼哈頓計劃”結束,費曼在康奈爾學院任教。1950年到加洲理工大學兼任托爾曼數學學院士,直至離世。
提出了費曼圖、費曼規則和重正化的估算方式,這是研究量子電動熱學和粒子化學學不可缺乏的工具。
費曼還發覺了呼麥這一演唱技法,曾仍然期盼去呼麥的發祥地——圖瓦,然而最終無法成行。
他被覺得是愛因斯坦以后最睿智的理論化學學家,也是第一位提出納米概念的人。
假如說狄拉克是天賦與努力的成果,那費曼可以說是一名魔術師,且看他對于科學的想法:
“科學如同是性交,沒錯,它會形成有用的結果,但那不是我們做它的誘因”
是不是類似于霍金的——“科學家和娼妓都是做她們喜歡的事掙錢。”
當他獲得諾貝爾獎后,也表示自己兌獎并不在乎,而自己的努力早在得到發覺的時侯就得到回報了。
費曼之所以被覺得是數學學的魔術師,很大程度上是由于他能用常人無法想像卻又簡介明了的方式解決復雜的問題,并總對已有的方式進行反省,他說道:
“我們力圖早日證明自己錯了,只有這樣我們能夠進步。”
他的純粹使他在晚年參與調查挑戰者號墜毀時與航天局官方針鋒相對,面對官方空話,他舌戰群儒,最終,在車禍調查報告的最后寫下了發人深省的話:
“對成功的技術而言,現實必須放在比公共關系愈加優先的地位,由于大自然是難以被欺騙的。”
列夫·朗道(1908-1968年):
1908-1968南斯拉夫猶太人,堪稱世界上最后一個全能的化學學家。
在他50大壽之際,南斯拉夫學界把他對化學學的十大貢獻刻在石板上作為壽禮,以向先知一樣的稱謂稱之為“朗道十戒”。
因匯聚態非常是液氦的先驅性理論,被授予1962年諾貝爾化學學獎。
“宇宙學家常常出錯,但從來沒有被指責。”
朗道是南斯拉夫最偉大的數學學家也是世界上把握所有數學分支的最后一人。明天發展最快的匯聚態化學的奠基人便是他。
這句話表明著他對化學研究的心態:一切現象都是可以解釋的。
他也弘揚著他的準則,在所有數學學的分支上,他不是簡單的研究者,而是征服者,所到之處必有建樹(就像最后的物理通才龐加萊)。
明天的數學學研究者雖然在苦惱,我覺得用朗道的講演來說能使人飽含信心:
“不久前我看到種說法,”朗道開始講演,“有人說化學學領域大發覺的時代早就過去了。大家似乎猜想,這種話是外行人說的。我深信,在座諸位中沒有那個人云亦云的人。希望諸位才能相信,大家還接見證好多令人驚艷的發覺,假如大家將來在這個知識領域工作,這么,其實也會有幸窺視到現今自然界的奧秘。我們正站在偉大發覺的門檻上,它們已然近在咫尺了。現今化學學在闡明自然規律方面最主要的問題是要構建起一個尚不存在的理論,它被稱為基本粒子理論。這一理論應該解釋為何自然界存在的正是這種而不是其他的基本粒子,并確定這種粒子互相作用的基本規律(不包括電磁粒子,它們的規律我們早已曉得了)。
問題并非在于化學學家無法描述解決這一一問題的途徑,顯而易見的是,我們在這個過程中還必須舍棄個別在原先的大改革中幸存出來的、大家習以為常的觀念。
若果不去溯源過分遙遠的歷史,這么現代數學學的基礎是1905年構建的相對論和1900年至1927年間構建的量子熱學。它們是我們已知的自然規律中最為普遍的理論,理論化學學未來的發展必須借助它們的進一步健全。據悉,這種理論告訴我們,不能用這些從微不足道的生活經驗中得來的先入為主的觀念來研究自然界,與人們的想像力相比,自然界要復雜得多。”
講演以對化學學的贊頌結束:
“不要懷疑數學的巨大潛力。數學學才能解釋生活在任何讓人倍感震驚的現象。”
其實,個別人正是在聽了此次講堂以后立志獻身于科學,對此我們就無從考證了。
———《朗道傳》
只不過,明天我們“尚不存在”的理論不再是量子場論,而是超弦論和M理論,其實這很生硬,M理論之父愛德華·威滕也說過:是人就不容易懂超弦論。
這時侯就該祭出大衛·莫明的萬用金句:
!