1965年,理查德·费曼、朱利安·施温格和日本物理学家朝永振一郎,共同获得了诺贝尔物理学奖,为表彰是他们在量子电动力学上的杰出贡献。
对于我们很多人来说,不光是量子力学,更不要说是量子电动力学这个词了,它们听起来可能都非常陌生,但这正是费曼在物理学界成名的最大原因。
所以,要了解费曼,就必须了解他在这个领域的成就。
01 量子电动力学的发展历程
首先,我们来解释一下什么是“量子电动力学”。
而且任何一个学科名称后面加上“力学”两个字,比如——量子力学!
力学”这个词首先是历史的传承,叫“量子力学”是为了区别于“经典力学”。
力学的分支,来自wiki
力学(Mechanics),其实并不一定要包含关于“力”的元素,其本质是为了研究物体的运动。
比如,像热力学、牛顿力学、流体力学等等,谈到都是某种物体的运动。
而电动力学(Electrodynamics),不是mechanics,这也许是因为人们在潜意识中认为电磁现象更多地是关于“场”,而不是寻常的物体。
语言名词中往往包含各种对历史和文化的路径依赖,并不是一个严格的系统,所以我们不必对“量子力学”这个说法有太多计较。
但无论怎样,都意味着其中包含了极其复杂的数学工具。
比如,热学在用微积分知识进行深入研究后,就称为“热力学”;
而水流和气流的研究则被称为“流体力学”。
顺便说一句,得到专栏作者万维钢老师说:其实格调最低的是“科学”
学术界有个观察,真正的科学都有各自的学科名字,物理学就是物理学,化学就是化学 —— 只有那些不过硬的、对自己算不算是科学没底气的学科才叫“某某科学”:比如:计算机科学、社会科学、zheng治科学、环境科学……在费曼的时代,量子电动力学研究的主要内容是光和电子之间的相互作用。
但是在量子力学研究之前,科学家们对光和电子的相互作用并没有一个精确的描述。
量子力学的框架搭建过程是一个渐进的过程。
1900年,物理学界关注到物体在特定温度下会向外发射出特定波长的光,并找到了一些数学关系,但这些关系大多是经验公式,并不精确。
不同温度的黑体辐射频谱。随着温度下降,频谱峰值波长增加
普朗克通过一个突破性的假设,提出光能量是量子化的,即光能也是有最小单位的,这一假设得到了一个特别准确的数学关系。
在普朗克的基础上,经过25年的时间,薛定谔和海森堡分别独立地提出了电子能量状态的数学描述。
海森堡使用矩阵来表达,而薛定谔则使用偏微分方程。
尽管他们的方法看起来完全不同,但在计算电子能量状态时,结果却高度一致。这引发了物理学界的一番争论。
五年后,保罗·狄拉克证明了薛定谔和海森堡的方法在数学上是等效的,并在两年后提出了第三种数学表达形式。然而,狄拉克的这一贡献当时并未引起足够的重视。
02 费曼的创新与突破
到了1941年,费曼在狄拉克的基础上,创造出了一种全新的计算方法,能够解决物理学家以前无法解决的问题,即如何精确地计算电子的能量。这个问题的典型例子就是“兰姆位移”。
氢能级精细结构 - 对玻尔模型的相对论修正
在第二次世界大战期间,微波雷达的竞争促进了测量技术的飞速发展。
二战后,科学家用新设备测量氢原子的电子能量状态时发现,狄拉克的理论无法解释两个能量状态2S1/2和2P1/2之间的微小差异,这个差距被称为“兰姆位移”。
科学家们猜测,这个差距是由于电子自身的电磁场与电子自身的相互作用所导致的。
为了修正这个误差,费曼的忘年交汉斯·贝特提出了一种处理方法。
他通过取对数的方式,减少了计算过程中出现的无限大的数值,从而让计算结果更接近实验结果。然而,这种方法仍然存在1.9%的误差。
费曼不满足于此,他提出了引入“相对论不变性”的方法,避免了计算过程中的无限大数值问题。
费曼得到了一个级数形式的能量表达式,使得计算结果非常精确。
日本物理学家木下大辅使用费曼的方法计算电子磁矩,得到的结果与实验值非常接近,误差仅为十亿分之三。
03 费曼的科学贡献
费曼对物理学的贡献不仅仅体现在精确的计算方法上。
他的研究风格独特,凭直觉进行计算,而不依赖严格的数学证明。
他曾说:“我能感知到的真相比我能证明出来的多得多。”
这种直觉就像经验丰富的渔民能预感到即将来临的风暴,猎人能察觉到是否被其他动物尾随一样,虽然无法给出客观理性的证明,但他们的技能却是实实在在的。
物理学是一个严谨的学科,证明部分由英国物理学家弗里曼·戴森完成。
戴森和费曼共同发展了一套重正化理论,用来处理计算过程中的无穷大问题。这套理论并不是消除无穷大,而是用不可测量的量与无穷大的量相加,得到一个新的参数,避免了无穷大的出现。
费曼的工作不仅解决了电子能量状态的微小差异,还为后来的物理学研究奠定了基础。
在之后的二十多年里,粒子物理学界发现了许多新粒子,费曼的理论和计算方法成为研究这些新粒子的重要工具。
费曼图
费曼的贡献不仅限于理论计算,他还发明了费曼图(了解即可),大幅改进了路径积分理论,成为物理学家们非常有用的计算工具。
费曼就像一个工兵,提前发现并架设好了浮桥,帮助整支科学研究的大军顺利通过难关。
总结:
费曼的成就不仅仅是诺贝尔奖的认可,更在于他为整个物理学界带来的深远影响。他的工作为后来几百上千位物理学家的研究提供了基础和工具,使得他们能够顺利解决各种复杂的物理问题。
在科学的世界里,费曼无疑是一个伟大的先驱者。
他的创新和智慧,不仅解决了当时的难题,还为未来的科学发展铺平了道路。
他的成就和影响,将永远铭刻在物理学的历史中。
❌波与场❌都是数学当物理,捉影弄鬼的把戏::波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波/声波/沙丘波,都是物质运动罢了。🍎波粒二象性?以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,不是骗术笑话是什么?更荒唐在于二象性祸害了认知自然的核心根基//同与不同的确定性。 🍎场是数学虚幻::由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),物质的场到处飞吗?飞的方向如何确定?……地球场给你引力,你给地球场引力?也是笑话!!场的速度是光速,地球速度显然不同,地球场跑了吗??~~~场与波都是捕风捉影的把戏,意义极小,破坏巨大。………伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,感应接受也是电火花,显然是光子动能传播与光电效应,用了电磁波来解释而已。电磁波理论(1865尚未发现电子)只是基于宏观电磁观测的数学方法,牛顿的物质相互作用相对运动才是宏观微观现象的唯一根本!!带电是物质本质属性,不需要也不可能由变化磁场产生,磁力对电磁粒子做功影响了正负电荷分布而已。❌水波声波永远不可能象光子一样真空直线传播。两朵乌云包括光电效应当然都是电磁理论的谬误,骗子借机祸害经典力学体系何其疯狂?
看完了,感觉不用从费曼讲起。
量子纠缠笑话——宇宙浩瀚。。。物质质量普遍有力的相互作用,相对运动,是永远不变的真。⭕️邪门纠缠比找女朋友邪门太多了!!!!❌独此一女???独此一男???必须纠缠必然纠缠???❌如何找到独此一女???如何找到独女的独此一男???这种纠缠是万变中不变的真理吗?———观测归纳认知自然,从来如此,只能如此。在万变中寻求不变的真理,如,物质不灭,能量守恒,1+1=2等等。常常有人宣称,暗物质占XX%,只是人类观测不到!!………这和“鬼把戏”有区别吗???
⭕️科学追求确定性(真理/知道)是生存的必须,有现象复杂性。自然绝对诚实/决定论/宿命论,但意识作用于人体(物质)对宿命有广泛扰动。追求确定性(求万变中不变的真理/本质,物质不灭,能量守恒,1+1=2等)。观测有不确定性需要提高观测精度,解释自然“不确定性”“对称或然性”想干啥?❌为不知道找原因吗??没有确定性(不知道)如何利用自然??花瓣飘零不是动量不确定,是大量动量作用观测不足的观测不确定性。空间连续可入,位置和速度的精度没有任何极限。光粒子电荷质量大小不连续,不是运动不连续。特定粒子观测困难,大量粒子分布有观测不确定,不是粒子运动不确定。❌不确定性原理肯定是骗!同与不同的确定性是科学认知的根本,“波粒二象性”祸害了这个人类认知的核心根基!!绝对真理客观存在,人类诞生前月亮不运动吗?引力有没有?不言自明!……仰望星空信任自然的地心说需要认知进化,能否定绝对真理??地心说依据的不变现象变了吗?没有!号称相对真理是悖论斯坦蔑视自然&欺师灭祖搞骗的伎俩。瞎搞虚幻瞎搞不确定,量子鬼学,好吗?❌科学追求确定性真理是生存智慧,悖论斯坦追求证明站着睡觉更好(统一场)想干啥???
❌质能方程是一个鬼把戏!!!———能量的具体内涵是动能和势能,是物理公理规定的物理概念。物质质量是其不变的内在本质,能量(动能和势能)都是物质相互作用和相对运动变化的度量(质量不变),是变化现象。能量不是物质的本质,咋能与孤立质量等效???场无质量居然有能量?………数学都是基于物理公理的演绎,超越物理公理的数学能量理解当然是虚幻(1+1=2是自然哲学/物理公理,牛顿定义自然哲学公理作为数学原理)。………🍎🍎物质的本质是带电质量体,物质不灭,电荷守恒,电磁力与万有引力统一于物质的不变本质。能量,力,场,波等宇宙一切自然现象,都是物质/粒子相互作用相对运动的变化现象,没必要搞虚幻,搞虚幻是祸害。号称物质是波/波是物质/物质是能量,都是搞骗。质能等效是脱离基本公理的数学虚幻,欺师灭祖&蔑视自然,祸害基本概念和认知方法。———有人知道悖论斯坦的狗屁能量内涵是啥吗???………有趣的是木星象太阳一样自发光,它们的大气也相似。木星是裂变发光还是聚变发光??木星大气中的氦和氢有没有可能是裂变反应释放的???