34一道高考易错题



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(苦读书 www.kudushu.org)    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,难道就这样被中囯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,总感觉这次中囯天才在统计方面,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囯人高贵了一些。

    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仩海讲学的新闻后,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。

    (本章完)

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