爱因斯坦又把自己的光量子理论引入到了这个辐射场中,把辐射体空腔内的辐射不再当做是连续分部的电磁波,而是不同频率的光子。
因为光子之间没有相互作用,所以这个黑体辐射问题就被他转换成为了物理学家们更为熟悉的理想气体系统,用统计手段推导出它的状态来应该是轻而易举的。
正因为如此轻而易举,所以爱因斯坦,还有瑞利男爵三世,以及其他人都曾经尝试过。
但是,谁也没能推导出普朗克定律,反而大家得到的都是和其近似的维恩定律,也就是在1900年德国物理学会的会议上,被普朗克亲手毙掉的那个。
如何从第一性原理推导出普朗克定律,已经成为了物理学界公认的一大难题。
现在,在普朗克提出普朗克定律的二十三年之后,这样一篇论文,终于摆到了普朗克的面前。
第86章 34一道高考易错题
看完这个这有自己名字的论文题目,普朗克又看了看手里这篇论文的厚度,只有薄薄的几页纸。
这又让他不禁有些好奇,自己、爱因斯坦以及无数物理学家们耗费二十多年的时间和心血,都没法成功解决的难题,难道就这样被中天才轻轻松松地给化解了吗?
普朗克调整了一下架在鼻子上的眼镜的位置,开始认真地阅读起陈慕武的这篇论文来。
莱布尼茨,没错,就是发明了微积分的那一个,除了数学家之外,他还是一个哲学家。
他曾经提出过一个哲学观点,叫世界上没有两片完全相同的树叶。
意思是在宏观世界中,并不存在完全一模一样的东西,即使看起来一模一样,但总是会有办法将它们区分的。
经典力学给出的解决方案是,即使两个完全相同的粒子,它们的运动轨道也不会相同。
只要追踪它们的轨道,就可以确定这两个粒子在某一时刻的位置和速度。
所以在爱因斯坦的推导中,他自然而然地也认为每个光子都遵循宏观世界的规律,都是独一无二的。
即使一个系统中只有两个光子,光子a和光子b,如果让这两个光子互相交换位置,得到光子b和光子a。
因为每个光子都是独一无二的,所以这个双光子系统在交换位置前后,也会被视为系统中的两种不同状态。
在这里,陈慕武提出来了一项与众不同的新观点。
他认为,在微观世界中,【光子是不可分辨的全同粒子】。
因为光子没有质量,所以只要两个光子的频率相同,那么它们就会是完全相同的光子,并不会存在什么光子a和光子b的分别。
在这样一个由“光子和光子”组成的双光子系统,在交换位置后,仍然还是一个“光子和光子”系统。
也就是说,这次交换并没有发生任何改变,系统的状态仍然保持着一致。
只不过是在光子是可分辨的还是不可分辨的这个问题上选择了后者,再利用理想气体那一套手段,陈慕武就轻松推导出了普朗克定律的表达式,而不是像其他选择了前者的其他物理学家那样,得到的是另一个只可远观而不可亵玩的维恩定律。
陈慕武的论文,到此戛然而止。
其实他本可以由此继续引申下去,只是因为论文写到这里时,他刚好在老鹰酒吧里收到了布莱克特送来的普朗克的这封信,所以他干脆就在此处作了个结尾,并不影响完整性,仍能算的上是一篇上好的论文。
至于他本想引申的那些其他内容,就被陈慕武留到了下一篇论文当中了。
读完了手里陈慕武的这篇论文,普朗克眉头紧锁。
他似乎看懂了,但又没完全懂,总感觉这次中天才在统计方面,出了一个大问题。
有一道经典的概率题,问两枚相同的硬币各掷一次,国徽面同时朝上的概率是多少?
因为会出现“徽徽”“徽字”“字徽”“字字”这四种情况,所以两枚硬币同时国徽面朝上的概率,应该是四分之一。
而陈慕武这篇论文给普朗克的感觉,就像是他在计算概率时,把“徽字”和“字徽”当做了同一种情况,认为只会出现“两徽”“两字”和“一徽一字”这三种情况。
所以按照他的这种算法,两枚硬币同时国徽面朝上的概率,就变成了三分之一。
这是一个在高考中很容易犯错误的考点,如果在试卷上,陈慕武填了三分之一这个答案,那么他一定会被扣掉这道题的全部分数。
但是在普朗克手中的这篇论文中,陈慕武采用了新的统计方法,却让他简简单单地就得到了正确的普朗克定律。
而普朗克定律又是从大量的黑体辐射实验结果出发,得到的最为贴切的一个公式,物理学又是一门以实验为基础的科学。
所以说,宏观的统计办法在微观世界里并不适用,其实陈慕武写在论文中的这种新的统计办法,才是最接近事实真相、最正确的哪一种吗?
思考了许久的普朗克,虽然没想明白,但最终还是决定发表这篇论文。
至于这篇论文里的内容究竟对或者不对,仍然就像往常那样,交给读者们评判就好了。
……
一个多星期之后,普朗克又收到了陈慕武从剑桥大学寄来的第二篇论文。
这就是他本来想写在上一篇论文中,但是因为临时被打断,所以单独择出来的后一半。
这次,陈慕武又解决了另外一个困扰物理学家们很久的问题。
那就是按照经典的统计力学计算,理想气体在温度无限接近于绝对零度时,它的熵不会变成零,而这刚好违反了热力学第三定律。
对此,有些物理学家们找到了一个自欺欺人的解释,那就是理想气体之所以叫“理想”气体,就是因为它只会存在于理想化条件中,却不会出现在现实生活里。
所以一个理想中的模型违不违反热力学第三定律,同样也不会影响到现实当中来。
而另外一些物理学家们对此则表示忧心忡忡,生怕热力学大厦又会就此崩塌。
但无论是自欺欺人,还是忧心忡忡,谁也没能对这一现象给出合理的解释。
陈慕武在这篇论文中,再一次运用到了他提出来的那种新的统计方式。
他把理想气体分子,也当成了是和光子一样的全同粒子。
然后,奇迹再一次发生了。
在温度趋于绝对零度时,理想气体会发生一种奇特的相变:大量理想气体分子将“凝聚”在一起,不再是以单个分子的形式存在。
这是一种不同于“固、液、气”三相的奇特的第四相,当温度最终达到绝对零度时,所有的理想气体分子都将变成这个第四相,彼此之间不再有任何的差异。
众所周知,熵是一种描述一个系统混乱程度的物理量,既然大家彼此之间完全相同,没有任何差异,那么熵也自然就变成了零。
这样一来,理想气体在趋于绝对零度时,它的熵也就完全符合了热力学第三定律的要求了。
陈慕武再一次拯救了热力学。
看完他的这第二篇论文,普朗克终于相信了陈慕武提出来的这个统计方式的正确性。
于是他决定追回已经排好版准备付梓印刷的《物理学年鉴》,让排版工人重新排版,为的就是能让陈慕武的这两篇论文同时发表。
……
事实上,在原时空里,陈慕武所写的这第一篇论文,是爱因斯坦在1924年间收到的一封信。
这封信寄自印度的加尔各答大学,写信的那个人叫做萨特延德拉玻色。
玻色再一次给学生的讲课时,就是计算错了上面的那个概率问题,才用错误的概率算出了正确的普朗克定律。
得到这一结果的玻色欣喜若狂,他也顾不得为这次错误的计算找出一个正确的理论解释,就直接把过程整理成了论文,准备往欧洲物理学期刊上投稿,让自己也扬名立万一回。
作为高贵的卡雅斯塔,带嘤帝国忠实的臣民,玻色投稿的首要选择,自然是英国的物理学期刊。
你爱带嘤国,可是,带嘤国爱你吗?
玻色像陈慕武一样,也把这篇论文寄给了英国的《哲学杂志》。
然后,他就遇到了和陈慕武一样的问题,即编辑根本也不把印度人的论文放在眼里,连看都不会看上一眼。
在对待投稿论文的态度上,作为带嘤头号殖民地的印度人玻色,还是要比陈慕武这个中人高贵了一些。
因为最起码他们的主子还给他回了一封信,虽然只是一封早就批量印制好了的拒稿通知。
但和陈慕武不一样的是,玻色可没有一个叫做爱丁顿的贵人。
在英国受挫之后,他想把论文转寄给德国,然后就发现自己不会德语。
最终走投无路的玻色,把这篇论文寄给了当时全世界最有名的大物理学家爱因斯坦,还在其中另附了短信一封,提出来了两个略显无礼的请求:因为他玻色不会德语,所以请爱因斯坦能把这篇论文翻译成德文,再将它发表在德国的物理学期刊上。
好在被“如何正确推导出普朗克定律”这个问题所困扰多时的爱因斯坦,对这篇论文的内容很感兴趣,所以他自动忽略了玻色的无礼,不但找人翻译了论文,还亲自送到了《物理学杂志》的编辑部,没错,这本期刊正是《物理学年鉴》的竞争对手。
有了爱因斯坦的背书,玻色这篇论文很快就得到了发表。
对一个仅仅寄过来一封信,连面都没见过一面的外国人,爱因斯坦都能表现出如此的真诚。
这也是为什么陈慕武当初在穿越过来时,看到报纸上刊登出爱因斯坦将要在海讲学的新闻后,会认为自己遇到了一个天大的机缘。
因为他在当时就已经确信,只要自己能够拿出来一篇足以打动爱因斯坦的论文,那么后者绝对可以凭借自己的名声和威望,让这篇论文发表在欧洲物理学界的任何一本顶级期刊上。
之后的一系列事情发展都证明,陈慕武的这步棋,赌对了。
陈慕武在第一篇论文中提出来的这个新的统计方法,在原时空里叫做“玻色-爱因斯坦统计”。
而在第二篇论文中提出来的这种独立于“固、液、气”三相之外的凝聚态,叫做“玻色-爱因斯坦凝聚”,虽然这个凝聚完全是由爱因斯坦独立发现的。
虽然名字中都带有“玻色”,但他只不过是在犯错误时偶然解决了普朗克定律的推导,甚至他都不知其所以然。
是爱因斯坦凭借一己之力,提出了光子是一种全同粒子这个概念,并将其发展成为了一项伟大的理论。
如果以物理学先贤牛顿来类比的话,那么玻色就是那个被苹果树上偶然掉下来的苹果砸了一下的颅骨。
而爱因斯坦,才是从中思考总结出万有引力定律的那颗天才的大脑。
这也是为什么,有关“玻色-爱因斯坦凝聚”的研究在之后拿了数个诺贝尔物理学奖,而玻色本人却从未染指过这项物理学的最高荣誉。
这可和种族歧视毫无关系,毕竟玻色的老乡拉曼,就真真实实地拿到了诺贝尔物理学奖。
如果不是“玻色-爱因斯坦凝聚”在七十多年后的1995年才被物理学家们在实验室中所证实,说不定爱因斯坦可能还会凭借此项功绩,在获得一次诺贝尔物理学奖。
不过,现在也没有必要再去争吵玻色和爱因斯坦两个人,究竟谁对这项理论的贡献更大了。
因为这两篇论文即将在新一期的《物理学年鉴》上发表,自此以后,这两种概念就将会被称为“陈统计”和“陈凝聚”了。
第87章 35无心插柳柳成荫
伦敦中学生会,是寰球中学生会的一个下级组织,也是中留学生在英国伦敦组建的一个学生团体。
其中大多数成员都来自伦敦大学下辖的各个学院,尤其是以政治经济学院的人数最多。
这个学院的中留学生多,不是没道理的。
虽然确实会有少部分人是奔着学习知识而来,但大部分人,都是被这所学院的名字所吸引。
伦敦政经,伦敦是国际知名的大城市;而政治和经济,正对应中人传统理念中的升官、发财这两件人生中最要紧的事。
留学生们早就忘了德先生和赛先生的教诲,一到国外,就立刻转投进入到了珀先生(politicalscience)和伊先生(econocs)的怀抱之中。
有时候,取个好名字真的很重要。
和伦敦政经比起来,得州农工是什么破学校?
得州虽然不出扒鸡,但是出红脖子,民风彪悍;而且农业和工业,一听就知道是只有泥腿子才从事的工作。
取这种土得掉渣的校名,是绝对吸引不到现在的中留学生的。
另外,因为伦敦附近的牛津和剑桥这两所全英国最好的大学里,中学生人数很少,所以它们也被划入到了伦敦中学生会的势力范围,不再单独建立另外一个。
当然,这个学生会原则上还是自愿加入的。
只不过大多数来到国外留学的学生,绝不会放过任何一个抱团取暖的机会,因而在中留学生群体中,基本上人人都是中学生会的成员。
驻英公使馆偶尔要向学生们传递一些国内的动态,也会请中学生会帮忙代为传达,所以实际上这个组织还是一个半官方机构。
陈慕武来到英国之后,从来没填过什么报名表,也没交过哪怕一便士的会费,故而当他收到邮差送来的这个学生会寄来的信件之后,反而被吓了一跳。
彼时的陈慕武,正要赶去叶公超那里吃中午饭,他拿着还没来得及拆封的信,来到了马格达连学院。