看完這個(gè)這有自己名字的論文題目,普朗克又看了看手里這篇論文的厚度,只有薄薄的幾頁(yè)紙。
這又讓他不禁有些好奇,自己、愛因斯坦以及無數(shù)物理學(xué)家們耗費(fèi)二十多年的時(shí)間和心血,都沒法成功解決的難題,難道就這樣被中囯天才輕輕松松地給化解了嗎?
普朗克調(diào)整了一下架在鼻子上的眼鏡的位置,開始認(rèn)真地閱讀起陳慕武的這篇論文來。
萊布尼茨,沒錯(cuò),就是發(fā)明了微積分的那一個(gè),除了數(shù)學(xué)家之外,他還是一個(gè)哲學(xué)家。
他曾經(jīng)提出過一個(gè)哲學(xué)觀點(diǎn),叫世界上沒有兩片完全相同的樹葉。
意思是在宏觀世界中,并不存在完全一模一樣的東西,即使看起來一模一樣,但總是會(huì)有辦法將它們區(qū)分的。
經(jīng)典力學(xué)給出的解決方案是,即使兩個(gè)完全相同的粒子,它們的運(yùn)動(dòng)軌道也不會(huì)相同。
只要追蹤它們的軌道,就可以確定這兩個(gè)粒子在某一時(shí)刻的位置和速度。
所以在愛因斯坦的推導(dǎo)中,他自然而然地也認(rèn)為每個(gè)光子都遵循宏觀世界的規(guī)律,都是獨(dú)一無二的。
即使一個(gè)系統(tǒng)中只有兩個(gè)光子,光子A和光子B,如果讓這兩個(gè)光子互相交換位置,得到光子B和光子A。
因?yàn)槊總€(gè)光子都是獨(dú)一無二的,所以這個(gè)雙光子系統(tǒng)在交換位置前后,也會(huì)被視為系統(tǒng)中的兩種不同狀態(tài)。
在這里,陳慕武提出來了一項(xiàng)與眾不同的新觀點(diǎn)。
他認(rèn)為,在微觀世界中,【光子是不可分辨的全同粒子】。
因?yàn)楣庾記]有質(zhì)量,所以只要兩個(gè)光子的頻率相同,那么它們就會(huì)是完全相同的光子,并不會(huì)存在什么光子A和光子B的分別。
在這樣一個(gè)由“光子和光子”組成的雙光子系統(tǒng),在交換位置后,仍然還是一個(gè)“光子和光子”系統(tǒng)。
也就是說,這次交換并沒有發(fā)生任何改變,系統(tǒng)的狀態(tài)仍然保持著一致。
只不過是在光子是可分辨的還是不可分辨的這個(gè)問題上選擇了后者,再利用理想氣體那一套手段,陳慕武就輕松推導(dǎo)出了普朗克定律的表達(dá)式,而不是像其他選擇了前者的其他物理學(xué)家那樣,得到的是另一個(gè)只可遠(yuǎn)觀而不可褻玩的維恩定律。
陳慕武的論文,到此戛然而止。
其實(shí)他本可以由此繼續(xù)引申下去,只是因?yàn)檎撐膶懙竭@里時(shí),他剛好在老鷹酒吧里收到了布萊克特送來的普朗克的這封信,所以他干脆就在此處作了個(gè)結(jié)尾,并不影響完整性,仍能算的上是一篇上好的論文。
至于他本想引申的那些其他內(nèi)容,就被陳慕武留到了下一篇論文當(dāng)中了。
讀完了手里陳慕武的這篇論文,普朗克眉頭緊鎖。
他似乎看懂了,但又沒完全懂,總感覺這次中囯天才在統(tǒng)計(jì)方面,出了一個(gè)大問題。
有一道經(jīng)典的概率題,問兩枚相同的硬幣各擲一次,國(guó)徽面同時(shí)朝上的概率是多少?
因?yàn)闀?huì)出現(xiàn)“徽徽”“徽字”“字徽”“字字”這四種情況,所以兩枚硬幣同時(shí)國(guó)徽面朝上的概率,應(yīng)該是四分之一。
而陳慕武這篇論文給普朗克的感覺,就像是他在計(jì)算概率時(shí),把“徽字”和“字徽”當(dāng)做了同一種情況,認(rèn)為只會(huì)出現(xiàn)“兩徽”“兩字”和“一徽一字”這三種情況。
所以按照他的這種算法,兩枚硬幣同時(shí)國(guó)徽面朝上的概率,就變成了三分之一。
這是一個(gè)在高考中很容易犯錯(cuò)誤的考點(diǎn),如果在試卷上,陳慕武填了三分之一這個(gè)答案,那么他一定會(huì)被扣掉這道題的全部分?jǐn)?shù)。
但是在普朗克手中的這篇論文中,陳慕武采用了新的統(tǒng)計(jì)方法,卻讓他簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單地就得到了正確的普朗克定律。
而普朗克定律又是從大量的黑體輻射實(shí)驗(yàn)結(jié)果出發(fā),得到的最為貼切的一個(gè)公式,物理學(xué)又是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。
所以說,宏觀的統(tǒng)計(jì)辦法在微觀世界里并不適用,其實(shí)陳慕武寫在論文中的這種新的統(tǒng)計(jì)辦法,才是最接近事實(shí)真相、最正確的哪一種嗎?
思考了許久的普朗克,雖然沒想明白,但最終還是決定發(fā)表這篇論文。
至于這篇論文里的內(nèi)容究竟對(duì)或者不對(duì),仍然就像往常那樣,交給讀者們?cè)u(píng)判就好了。
……
一個(gè)多星期之后,普朗克又收到了陳慕武從劍橋大學(xué)寄來的第二篇論文。
這就是他本來想寫在上一篇論文中,但是因?yàn)榕R時(shí)被打斷,所以單獨(dú)擇出來的后一半。
這次,陳慕武又解決了另外一個(gè)困擾物理學(xué)家們很久的問題。
那就是按照經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)力學(xué)計(jì)算,理想氣體在溫度無限接近于絕對(duì)零度時(shí),它的熵不會(huì)變成零,而這剛好違反了熱力學(xué)第三定律。
對(duì)此,有些物理學(xué)家們找到了一個(gè)自欺欺人的解釋,那就是理想氣體之所以叫“理想”氣體,就是因?yàn)樗粫?huì)存在于理想化條件中,卻不會(huì)出現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)生活里。
所以一個(gè)理想中的模型違不違反熱力學(xué)第三定律,同樣也不會(huì)影響到現(xiàn)實(shí)當(dāng)中來。
而另外一些物理學(xué)家們對(duì)此則表示憂心忡忡,生怕熱力學(xué)大廈又會(huì)就此崩塌。
但無論是自欺欺人,還是憂心忡忡,誰也沒能對(duì)這一現(xiàn)象給出合理的解釋。
陳慕武在這篇論文中,再一次運(yùn)用到了他提出來的那種新的統(tǒng)計(jì)方式。
他把理想氣體分子,也當(dāng)成了是和光子一樣的全同粒子。
然后,奇跡再一次發(fā)生了。
在溫度趨于絕對(duì)零度時(shí),理想氣體會(huì)發(fā)生一種奇特的相變:大量理想氣體分子將“凝聚”在一起,不再是以單個(gè)分子的形式存在。
這是一種不同于“固、液、氣”三相的奇特的第四相,當(dāng)溫度最終達(dá)到絕對(duì)零度時(shí),所有的理想氣體分子都將變成這個(gè)第四相,彼此之間不再有任何的差異。
眾所周知,熵是一種描述一個(gè)系統(tǒng)混亂程度的物理量,既然大家彼此之間完全相同,沒有任何差異,那么熵也自然就變成了零。
這樣一來,理想氣體在趨于絕對(duì)零度時(shí),它的熵也就完全符合了熱力學(xué)第三定律的要求了。
陳慕武再一次拯救了熱力學(xué)。
看完他的這第二篇論文,普朗克終于相信了陳慕武提出來的這個(gè)統(tǒng)計(jì)方式的正確性。
于是他決定追回已經(jīng)排好版準(zhǔn)備付梓印刷的《物理學(xué)年鑒》,讓排版工人重新排版,為的就是能讓陳慕武的這兩篇論文同時(shí)發(fā)表。
……
事實(shí)上,在原時(shí)空里,陳慕武所寫的這第一篇論文,是愛因斯坦在1924年間收到的一封信。
這封信寄自印度的加爾各答大學(xué),寫信的那個(gè)人叫做薩特延德拉·玻色。
玻色再一次給學(xué)生的講課時(shí),就是計(jì)算錯(cuò)了上面的那個(gè)概率問題,才用錯(cuò)誤的概率算出了正確的普朗克定律。
得到這一結(jié)果的玻色欣喜若狂,他也顧不得為這次錯(cuò)誤的計(jì)算找出一個(gè)正確的理論解釋,就直接把過程整理成了論文,準(zhǔn)備往歐洲物理學(xué)期刊上投稿,讓自己也揚(yáng)名立萬一回。
作為高貴的卡雅斯塔,帶嚶帝國(guó)忠實(shí)的臣民,玻色投稿的首要選擇,自然是英國(guó)的物理學(xué)期刊。
你愛帶嚶國(guó),可是,帶嚶國(guó)愛你嗎?
玻色像陳慕武一樣,也把這篇論文寄給了英國(guó)的《哲學(xué)雜志》。
然后,他就遇到了和陳慕武一樣的問題,即編輯根本也不把印度人的論文放在眼里,連看都不會(huì)看上一眼。
在對(duì)待投稿論文的態(tài)度上,作為帶嚶頭號(hào)殖民地的印度人玻色,還是要比陳慕武這個(gè)中囯人高貴了一些。
因?yàn)樽钇鸫a他們的主子還給他回了一封信,雖然只是一封早就批量印制好了的拒稿通知。
但和陳慕武不一樣的是,玻色可沒有一個(gè)叫做愛丁頓的貴人。
在英國(guó)受挫之后,他想把論文轉(zhuǎn)寄給德國(guó),然后就發(fā)現(xiàn)自己不會(huì)德語(yǔ)。
最終走投無路的玻色,把這篇論文寄給了當(dāng)時(shí)全世界最有名的大物理學(xué)家愛因斯坦,還在其中另附了短信一封,提出來了兩個(gè)略顯無禮的請(qǐng)求:因?yàn)樗I粫?huì)德語(yǔ),所以請(qǐng)愛因斯坦能把這篇論文翻譯成德文,再將它發(fā)表在德國(guó)的物理學(xué)期刊上。
好在被“如何正確推導(dǎo)出普朗克定律”這個(gè)問題所困擾多時(shí)的愛因斯坦,對(duì)這篇論文的內(nèi)容很感興趣,所以他自動(dòng)忽略了玻色的無禮,不但找人翻譯了論文,還親自送到了《物理學(xué)雜志》的編輯部,沒錯(cuò),這本期刊正是《物理學(xué)年鑒》的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
有了愛因斯坦的背書,玻色這篇論文很快就得到了發(fā)表。
對(duì)一個(gè)僅僅寄過來一封信,連面都沒見過一面的外國(guó)人,愛因斯坦都能表現(xiàn)出如此的真誠(chéng)。
這也是為什么陳慕武當(dāng)初在穿越過來時(shí),看到報(bào)紙上刊登出愛因斯坦將要在仩海講學(xué)的新聞后,會(huì)認(rèn)為自己遇到了一個(gè)天大的機(jī)緣。
因?yàn)樗诋?dāng)時(shí)就已經(jīng)確信,只要自己能夠拿出來一篇足以打動(dòng)愛因斯坦的論文,那么后者絕對(duì)可以憑借自己的名聲和威望,讓這篇論文發(fā)表在歐洲物理學(xué)界的任何一本頂級(jí)期刊上。
之后的一系列事情發(fā)展都證明,陳慕武的這步棋,賭對(duì)了。
陳慕武在第一篇論文中提出來的這個(gè)新的統(tǒng)計(jì)方法,在原時(shí)空里叫做“玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì)”。
而在第二篇論文中提出來的這種獨(dú)立于“固、液、氣”三相之外的凝聚態(tài),叫做“玻色-愛因斯坦凝聚”,雖然這個(gè)凝聚完全是由愛因斯坦獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的。
雖然名字中都帶有“玻色”,但他只不過是在犯錯(cuò)誤時(shí)偶然解決了普朗克定律的推導(dǎo),甚至他都不知其所以然。
是愛因斯坦憑借一己之力,提出了光子是一種全同粒子這個(gè)概念,并將其發(fā)展成為了一項(xiàng)偉大的理論。
如果以物理學(xué)先賢牛頓來類比的話,那么玻色就是那個(gè)被蘋果樹上偶然掉下來的蘋果砸了一下的顱骨。
而愛因斯坦,才是從中思考總結(jié)出萬有引力定律的那顆天才的大腦。
這也是為什么,有關(guān)“玻色-愛因斯坦凝聚”的研究在之后拿了數(shù)個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),而玻色本人卻從未染指過這項(xiàng)物理學(xué)的最高榮譽(yù)。
這可和種族歧視毫無關(guān)系,畢竟玻色的老鄉(xiāng)拉曼,就真真實(shí)實(shí)地拿到了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
如果不是“玻色-愛因斯坦凝聚”在七十多年后的1995年才被物理學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中所證實(shí),說不定愛因斯坦可能還會(huì)憑借此項(xiàng)功績(jī),在獲得一次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
不過,現(xiàn)在也沒有必要再去爭(zhēng)吵玻色和愛因斯坦兩個(gè)人,究竟誰對(duì)這項(xiàng)理論的貢獻(xiàn)更大了。
因?yàn)檫@兩篇論文即將在新一期的《物理學(xué)年鑒》上發(fā)表,自此以后,這兩種概念就將會(huì)被稱為“陳統(tǒng)計(jì)”和“陳凝聚”了。
(本章完)