文化回顧:量子物理學在一個方程式中的誕生

1926 年 1 月 27 日:此方程式的發表比其他任何方程式都受到更多的誤解

《生活大爆炸》、《神秘博士》、《飛出個未來》和《白宮風雲》的無盡劇集有什麼共通點?您可能會驚訝地發現它使用特定的物理理論作為繪圖設備。

無論是謝爾頓在物理問題上誇獎佩妮,還是博士幾乎沒有解釋塔迪斯的邏輯,還是任何其他情況:電視和電影角色喜歡談論薛定諤的貓。

但薛丁格的貓到底是什麼?這一切都源自於奧地利物理學家埃爾溫‧薛定諤在 1926 年的今天發表的方程式。

薛丁格方程式出現在物理學史上的激進時刻。在世紀之交,一些發現改變了許多關於世界的假設。在此之前,大部分物理學都是基於艾薩克·牛頓(Isaac Newton)(頭戴蘋果的傢伙)在 17 世紀發明的運動定律。

牛頓物理定律解釋了物體受力時的運動方式。這些牛頓定律對於大範圍的事物仍然有意義,但它們無法經得起小規模的檢驗。

20世紀初,另一位物理學家馬克斯·普朗克發現光是可量子化的。換句話說,光以謹慎的方式出現。阿爾伯特·愛因斯坦後來將這些稱為光子。

將光理解為單一離散物體的問題在於,實驗表明光並不總是以可預測的方式運動,也不會朝著它應該的方向前進,就像在舊牛頓定律下推動的球一樣。

薛丁格的方程式從未準確說明光粒子的去向,從而動搖了現代物理學的原理。先前,物理方程式通常會得出單一答案,而薛丁格方程式則給出了光粒子可能所在位置的可導場。

在發表了幾篇論文的過程中,薛丁格建立了他的理論,量子物理學誕生了。突然間,物理學家再次面對一個神秘的宇宙。需要製定新的物理定律,包括愛因斯坦在內的一代物理學家將定義我們今天所看到的世界的創造。

在向愛因斯坦解釋他的方程式時,薛丁格做了一個著名的比喻:盒子裡的貓和一瓶毒藥。該小瓶將在未知時間打破並殺死貓。在盒子被打開之前,無法判斷貓是死是活。就像薛丁格的方程式和他的貓一樣,在我們直接體驗大自然之前,我們對大自然一無所知。

量子物理學繼續影響著從 MRI 掃描儀到 USB 驅動器等電子設備的製造。它也影響了一個世紀的科幻小說,從《星際效應》中的太空旅行場景到開創性的戲劇《圓周率》。

近年來,埃爾文·薛定諤的遺產因他性虐待年輕女孩的全面證據而受到玷污。這個理論仍然是一個里程碑式的理論,但過去的老傢伙們再一次扭轉了錯誤。