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第521章 匪夷所思的波动方程!波函数之谜!三见布鲁斯老祖!

作者:虚空圣堂 字数:5444 更新:2026-02-09 11:05:32

真实历史上,薛定谔一共有三大学术成就。

  其中最为知名,被普通人所熟知的,当然就是“薛定谔的猫”了。

  可以肯定的是,薛定谔本人是不喜欢养猫的。

  所以,他为什么以猫举例,只能靠后人的猜测。

  鉴于他的情史太过丰富,大家自然就把猫给想歪了。

  但是这不重要。

  因为薛定谔的猫猜想,比猫本身还要神秘无数倍。

  估计很少有人真正清楚,这只猫到底讲的是什么内容。

  薛定谔的猫是在1935年被提出的一个思想实验。

  它的目的不是为了证明量子力学的正确性。

  而是为了反驳以玻尔为代表的哥本哈根学派,对量子力学本质的诠释。

  薛定谔的猫之所以赫赫有名,是因为它首次将人的意识带入了物质世界的观察之中。

  从而引发了一场关于意识和客观存在的学术大辩论。

  直至今日,这个问题依然没有令所有人都信服的解释。

  (大家放心,后面会详细讲解薛定谔的猫,它才是真正的匪夷所思。)

  而薛定谔的猫的基础,就是薛定谔的第二大成就:波动力学方程,也称薛定谔方程。

  它的出现,让量子力学真正进入了黄金时刻!

  瑞士,阿罗萨。

  薛定谔在近乎顿悟的状态下,一口气写出了波动方程。

  随即,他就感受到身体乃至灵魂,一阵虚弱。

  好像他毕生的所有能量,都在那一刻耗尽了。

  不过,即便再累,他的脸上还是露出了孩子般的笑容。

  他温柔地看了一眼像只猫咪般睡着的塔莉雅。

  随即,贤者模式让他再次专注于自己写的方程。

  如图所示,这是一个二阶偏微分方程。

  这个长得像外星文字的公式,就是薛定谔毕生的精华所凝聚的。

  其中每个符号,都有各自的含义。

  按照从左往右依次分析:

  i:虚数单位;i=-1。

  :约化李-普朗克常数,读作“h拔”,=h/2π。

  ψ:波函数,描述粒子的状态随空间和时间的变化;一般写为ψ(r,t),r表示坐标位置,t表示时间。

  t:时间单位。

  m:粒子的质量。

  ▽:拉普拉斯算子,表示梯度的散度,不需要理解。

  V(x):势场函数,描述粒子所处环境的能量分布。

  此外,方程的右边,括号内的整体部分:(-/2m)▽+ V(x)。

  它表示系统所具有的总能量(动能+势能)。

  真实历史上,这个方程是量子力学的一个基本假设。

  没错,你没有看错,它不是定律,而是假设,或者说公理。

  后世学生在学习时,教科书会直接给出这个方程,无条件接受就好。

  因为波动方程不是通过理论推导出来,而是凭空生成的。

  薛定谔无法给出数学证明。

  它的正确性只能靠实验来验证。

  幸运的是,后世所有的实验都证明,这个方程是完全正确的。

  所以,不得不感叹,这个世界上确实是有不可思议的天才。

  此刻,薛定谔自己都不敢置信。

  他从那种神奇的状态清醒后,才明白自己到底创造了匪夷所思的理论。

  他竟然没有通过任何推导,直接就写出了这个方程。

  波动方程是在德布罗意物质波的基础上拓展而来。

  所以,它不仅可以描述电子的运动,也可以描述一切微观粒子系统的运动。

  “哦!上帝啊!”

  “如果它是错的,我一定会立刻死去!”

  写出方程之后,薛定谔并没有大功告成。

  他还需要使用这个方程,解决现实问题。

  至少要通过这个波动方程,可以推导出旧量子论的一切内容。

  这时,薛定谔拿上他的烟斗和论文,小心翼翼地走出别墅。

  他来到奥伯湖的旁边,在椅子上坐了下来。

  高远的天空,飘荡的白云,飞翔的鸟儿,湛蓝的湖水.

  先前还觉得索然无味的景色,此刻在他眼里却犹如人间仙境。

  他的心也随之平静下来,重新开始思考。

  第一步,他需要对这个方程进行解释。

  波动方程的核心就是波函数ψ(r,t)。

  这个方程的求解,就是要求出符合方程条件的ψ(r,t)。

  举个例子,比如x+1=2。

  它的解很简单,就是x=1。

  而现在,波动方程的解不再是一个简单的数字,而是一个复杂的函数:ψ(r,t)。

  ψ(r,t)描述了微观粒子的状态,随着空间参数r和时间参数t的变化规律。

  只要在方程中给出了初始条件和边界条件,就能算出ψ(r,t)函数的表达式。

  到这里,都没有问题。

  然而,在下一步解释波函数本身含义的时候,薛定谔却犯了一个错误。

  这个错误连他自己也不知道,甚至他不觉得是错误。

  基于这个错误,将会引发一场大辩论。

  从而有了那句著名的“薛定谔不懂薛定谔方程”。

  此刻,平静的奥伯湖中心处,突然有一条不知名的大鱼一跃而出水面。

  然后,大鱼又重重地摔入水面。

  它荡起的水波,以自身为中心,传向四面八方,仿佛整片天地都生动起来。

  薛定谔见此情景,心中一动。

  他为电子波函数找到解释了!

  他把它和经典物理学中的波动方程类比起来。

  就好比眼前的水波。

  水波也有自己的波动方程,方程里同样有波函数ψ水(r,t)。

  ψ水(r,t)表示了在某一时刻,水波的形状。

  如图所示:

  当时间t=1s时,水波的形状是上面那个。

  x1点所在的位置的振幅是A。

  当时间t=10s时,由于水波一直在向前传播,所以形状变化成下面那个。

  此刻,x1点所在的位置的振幅就变成了-A。

  因此,波函数ψ水(r,t)就可以对水波这个体系进行描述。

  只要知道了它,我们就能计算出任意一点在任意时刻的振幅是多少。

  这就是经典物理学中对于波函数的解释。

  薛定谔心想:

  “电子的波函数ψ(r,t),就代表了真实的电子波。”

  “电子波和水波一样,它是真的在波动,是一个实实在在的波。”

  不仅如此,他甚至在德布罗意的物质波理论上,更进一步。

  “此外,电子只能是波,它没有粒子性,”

  “我们之所以在实验中检测到电子的粒子性,其实是检测到了电子波的波包。”

  所谓波包,形象地理解,就是把上图中的曲线当成一个整体。

  它显现出了粒子性。

  薛定谔已经陷入了一种玄之又玄的境界。

  可能是海森堡的矩阵力学对于他的影响太大了。

  所以,他想剔除自己的波动方程中,所有关于粒子的部分。

  换言之,他甚至觉得德布罗意的物质波理论都错了。

  “万物皆在波动”变成了“万物皆是波”。

  薛定谔更加极端!

  海森堡说电子是粒子,那他就非要说电子是波!

  这一瞬间,薛定谔野心狂暴,他想跟海森堡争个高下!

  “看看谁才是量子研究所的扛把子!”

  以上,就是薛定谔对于他写下的波动方程的全部解释。

  他觉得非常完美,无懈可击。

  “我可真是个天才!”

  此刻,他还不知道,他的波函数将会引起什么样的“腥风血雨”。

  接下来,薛定谔用他的波动方程,从头开始推导量子论的结论。

  他一边计算,一边脸上还带着笑容。

  因为波动方程相比矩阵力学而言,实在太简单了。

  对于物理学家而言,波动方程属于一两百年前的玩意。

  这种基本功要是不会,也不配称为物理学家了。

  和矩阵力学一样,波动方程也能直接推导出氢原子中的所有量子化条件。

  但是,在处理第四量子数电子自旋的时候,薛定谔微微皱眉。

  “略有不足。”

  他的波动方程推导电子自旋时,还存在一些问题。

  薛定谔只是沉思了一会,便不放在心上。

  理论有瑕疵是很正常的,或许还有什么他忽略的地方。

  很快,他便又兴奋起来。

  因为他的理论相比矩阵力学,除了简单,还有一个更显著的优势。

  那就是可视化图景!

  矩阵力学中,电子的行为是纯粹的数学运算。

  它是间断性的,不连续的。

  物理学家无法想象电子到底经历了什么。

  但是波动方程却把电子视为一种连续的波动。

  如此一来,物理学家又可以在脑海中想象电子是如何运转的了。

  “哦,电子就像水波一样,在原子内部随处荡漾。”

  高下立判!

  薛定谔有着十足的信心,他的波动力学一定会取代矩阵力学。

  他甚至为自己的理论直接命名了。

  “多么美妙的名字啊!”

  接下来十多天,薛定谔和塔莉雅就一直腻歪在别墅内。

  他一边享受着美好的生活,一边把他的波动力学整理成论文。

  在发表之前,他需要把论文给布鲁斯教授看一遍。

  这是最起码的尊重。

  此外,薛定谔在人情世故方面拿捏的很到位。

  他还准备给普朗克教授也寄送一份,寻求对方的评价。

  因为他不可能一直待在量子研究所,早晚会独立出来。

  而他很希望将来能在柏林大学工作。

  所以,当然要和普朗克教授打好关系。

  毕竟以他的身份,想要在英国法国的顶级大学谋求重要位置,难度很大。

  很快,薛定谔的假期结束,他终于要返回英国了。

  “塔莉雅,我还会想你的。”

  “这一次要是没有你,我的世界将充满黑暗。”

  “是你为我带来了光明和温暖。”

  啵!

  塔莉雅笑意盈盈,曼妙无双。

  她故意试探道:

  “哦,亲爱的,既然我对你这么重要,要不我们永远在一起吧。”

  “我还会给你更多的灵感哦。”

  面对如此挑逗的话语,成功之后的薛定谔,意志犹如磐石,岿然不动。

  “塔莉雅,你是天上自由的鸟儿,我怎么忍心束缚你呢。”

  “接下来,我要开始挑战这个世界了!”

  “这是男人最崇高的事业!”

  “我必须全力以赴,心无旁骛!”

  如此装逼的话语,让塔莉雅又是一阵春心荡漾。

  她无比地崇拜眼前这个男人。

  哪怕此刻就要分离,她也会永远记住这段时间的美好。

  “再见了,薛定谔。”

  ——

  1923年6月15日。

  薛定谔休假归来,他第一时间就带着论文,踏入了无数人梦寐以求的物理圣殿:

  量子研究所所长办公室!

  李奇维看着眼前的脱胎换骨的薛定谔,不由感慨。

  果然,真理是科学家的迷药,让人焕发无限的魅力。

  他在认真地读完论文之后,笑着说道:

  “这是天才的想法。”

  “薛定谔,你比我想象中做的要好无数倍。”

  “这篇论文一定会开启量子力学新的篇章。”

  薛定谔闻言,心中震撼,激动无比。

  他的身体因为兴奋而微微颤抖,眼中有着无法抑制的光芒。

  那是野性之光、欲望之光、真理之光。

  但是很快,他恢复表情,郑重地站了起来,发自肺腑地感激道:

  “能得到您的认可,比半个世界对我的认可还重要!”

  “没有您的启发,我想不到去思考电子的波动方程,也就没有这篇论文。”

  “谢谢您,布鲁斯教授。”

  说罢,深深一鞠躬。

  这一刻,在薛定谔心中,眼前的布鲁斯教授是当之无愧的量子教父。

  对方站在物理道路的尽头,俯瞰着众生,却又对众生充满怜悯。

  布鲁斯完全有能力把这些想法变成理论,但是却没有那么做。

  薛定谔隐约模糊地知道一点,眼前这个伟岸的男人,正在追求更宏伟磅礴的志向。

  那是超越了爱因斯坦教授统一场论的终极理论!

  代表着物理学的终结!

  那是他薛定谔这个所谓天才,穷尽极目也不可一窥的无上境界!

  而量子力学只是其中一环,也许是最重要的一环。

  与其说布鲁斯教授在指导年轻一辈,倒不如说他在布道天下!

  薛定谔对未来充满了期望。

  布鲁斯教授指点他见识了更高的风景,他一定要好好把握。

  永远朝着真理的方向前进!

  在薛定谔尊敬的目光注视下,李奇维缓缓起身,走到窗前。

  他似是自言自语,又似是对着薛定谔说话。

  “量子力学的大戏,终于要开始了!”

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