在2025年的前一个小时,我们还在计算,看来2025年是动脑子的一年。12月31日晚上10点,搜狐创始人、董事局主席兼首席执行官、物理学博士张朝阳准时开启2025跨年演讲。他以普通人一天的经历生动演绎了量子力学在生活和现代技术中的广泛应用,连续3小时直播分享了现代物理学的支柱之一——量子力学的诸多精彩,带来一场别样的科学跨年夜。
本次活动在搜狐视频全程直播。从普通人经历量子力学的一天,讲到1990年旅行者号拍摄的著名地球蓝点照片,在张朝阳看来,理解了量子力学,就理解了物质的构成,也能够看到我们在宇宙中的渺小。他感慨道,我们要对人类的智慧感到骄傲,使我们拥有了智慧,拥有了思考能力,知道世界是如此的情况。在最后,他更是亲自下场,以定量的方式了解物质的基本构成方式——分子键。通过满满5个黑板的公式推导,张朝阳找到令分子结构稳固下来的势能凹点,物理课是计算课,只有下场亲自来算一算才能找到真正的感觉,才能知道这个基本的单元是怎么构成的。
穿破乌云的量子力学
在当下,量子力学尤其是薛定谔的猫、观察者效应和量子纠缠等概念已经广为人知。尽管在公众眼中,谈论量子力学更像一种哲学探讨,甚至被赋予了神秘学和玄学的标签,使得这些概念显得高深莫测。实际上量子力学是基于大量实验和观察得出的经验是一门非常实际和接地气的科学。
量子力学的发展史是人类探索物质结构的近代史。这段历史可以从19世纪末汤姆孙发现阴极射线的本质是电子流,紧接着卢瑟福基于散射实验提出原子的卫星模型讲起。彼时,经典物理学已经发展得相当成熟,以至于开尔文勋爵在世纪之交发表了他著名的关于两朵乌云的演讲。但实际当时不止是两朵乌云,张朝阳解释,其实到处都是乌云。他用火山爆发的不安定比喻这个特殊的时间点,指出比热问题、黑体辐射问题、光电效应问题、以太的本质等等其实都仍悬而未决,并正对经典物理学的根基发起挑战。
张朝阳认为,正是无数多的问题,才导致人类充满好奇心。无数的迹象都在预示着,一场科学革命的风暴即将来临。继承了普朗克和爱因斯坦的量子化假设,玻尔在深入研究原子光谱之后,提出了轨道量子化的假设,正式宣告了量子力学时代的到来。进入20世纪20年代,海森堡、薛定谔和狄拉克等人沿着实验中的线索,逐步构建并完善了整个量子力学的理论框架。
如今已经深刻认识:量子力学是描述物质基本单元及其组合规则的基础理论。它与张朝阳去年的演讲主题——描述时间与空间的广义相对论——相互呼应,共同组成了现代物理学的坚实基础。
平日清晨的量子力学
作为物质结构的基本法,量子力学无处不在。在这一次跨年演讲中,张朝阳选择从普通人平常一日的视角来探讨量子力学对生活的影响。他从每天早晨醒来看到的第一缕阳光讲起,这缕晨曦关联着太阳整体的活动。太阳实际上是一个巨大的气球,在它的内部正发生着氘核的聚变反应。核聚变的过程是由量子力学主导的,在太阳内部1500℃的环境下,氘核的动能并不能完全克服彼此之间的库伦排斥,但它们仍能借助量子世界独有的隧穿效应走到一起,形成氦核。聚变释放的巨大能量使得太阳维持着和引力的平衡,并逐渐将太阳表面加热到5800K(开尔文,温度单位)。
阳光其实是这个5800开尔文的表面的黑体辐射。根据维恩位移定理,黑体辐射的峰值波长和温度乘积是个常数太阳黑体辐射的峰值波长是500nm,整个黑体辐射谱的谱峰其实恰好落在人眼的可见光波长(380nm到750nm)范围内。张朝阳解释,其实这不是巧合,恰恰是太阳的量子性质和漫长的自然选择塑造了眼睛,我们眼睛对大于500nm的光波最为敏感。
他继续猜想,假设有另一个恒星,它的表面温度很可能不是5800K而是比如7000K。生活着这一恒星附近的生命感知的可见光,根据维恩定理应该被修正到200nm到300nm。原来,清晨看到的第一缕阳光背后的全部故事,字里行间已经全是量子力学。
发表评论