1900:游走在欧洲的物理学霸
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第555章 绝对零度!亦有能量!真空零点能!惊世骇俗!轰动全场!

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书名:
1900:游走在欧洲的物理学霸
作者:
虚空圣堂
本章字数:
13340
更新时间:
2025-03-20

柏林大学报告大厅内。

众人全都被李奇维的理论所震惊。

绝大部分人只是听个热闹,根本理解不了。

或者说他们只能理解表面。

哪怕是拉比这样的天才博士后,也已经感觉大脑不够用了。

这其实也不能怪他们。

主要原因还是量子真空涨落和虚粒子概念实在太超前了。

听起来有点云里雾里。

真实历史上,量子场论发展到后期,诞生了集大成者的【粒子物理标准模型】理论,简称标准模型。

标准模型中一共包含了61种基本粒子。

这些粒子可以分为两种类型。

一种是组成物质的粒子,比如电子、夸克等。

另一种则是传递各种力的粒子,比如传递强力的胶子,传递电磁力的光子,传递弱力的W玻色子和Z玻色子。

按理来说,还有传递引力的引力子,但是目前没有找到。

需要注意的是,标准模型中的所有粒子都是实粒子,而不是虚粒子。

即:以上61种粒子都是可以直接检测到的真实存在。

这里有人可能会有疑问。

“我用手碰一下小球,小球就动起来,手和小球之间传递力,怎么可能还需要粒子参与呢?”

这就是量子力学的神奇之处了。

在微观量子领域,根据标准模型理论,各种力的本质就是通过媒介粒子交换实现的。

但其中却有非常特殊的地方。

比如。

当我们谈论“传递电磁力的媒介是光子”时,这句话中的光子指的是虚光子,而不是实光子。

但是当我们谈论“传递强力的媒介是胶子”时,这句话中的胶子却指的是实胶子,而不是虚胶子。

确实很奇怪,但也体现出了光子的特殊性。

虚粒子的概念,就是在研究这种力的传递过程中引用的。

但是随着物理学的发展,它的内涵得到了很大的延伸。

由此可见,李奇维跨越量子场论、标准模型,现在给出虚粒子概念,是何等的天马行空。

听不懂是正常的,听懂了才不正常。

然而,就在众人震惊这个理论,甚至连提问都无从下手时。

普朗克却敏锐地发现了一个问题。

他说道:“布鲁斯,你的理论非常有前瞻性。”

“广义相对论说明了物质告诉时空如何运动。”

“而量子力学则从另外一个角度阐述了空间的本质。”

“现代物理学的两大支柱,不约而同地在真空上,得出了匪夷所思的结论。”

“但是,我认为你的量子真空涨落,还需要解释一个问题。”

“那就是涨落的能量从哪里来?”

“对于微观粒子而言,它的能量可以来自动能或者来自势能,都是有迹可循的。”

“但是量子真空涨落的能量来自哪里呢?”

“从宏观看,虚粒子对产生之后又湮灭了,相当于它从涨落的真空那里【借】来了能量,然后又还回去。”

“这个过程是符合能量守恒定律的。”

“但是真空从没有能量到涨落到有能量的【那一瞬间】,它本身是从哪里借来的能量呢?”

“这个能量或许才是真正意义上的凭空产生。”

“但是显然,它违法了能量守恒定律。”

哗!

普朗克说完后,会场内一片哗然。

果然姜还是老的辣!

普朗克抓住了量子真空涨落的核心矛盾。

涨落的能量从哪里来?

虽然不确定性原理证明粒子的能量在不断变化。

但是你得先有能量,才能变化。

巧妇难为无米之炊!

如果连能量本身都没有,又何谈变化呢?

虚粒子从真空借来能量,那么真空就必然要从其它地方借来同样的能量。

否则,只能打破能量守恒定律了。

这一刻,众人兴奋了。

“普朗克教授果然宝刀未来。”

“一场精彩的师徒大战就要开始了。”

爱因斯坦、薛定谔、海森堡等人皆是满脸震撼。

普朗克教授的提问确实太犀利了!

李承道内心激动。

他毕竟是个才18岁的年轻人。

虽然平时表现的非常成熟稳重,但是在这种场合,他的热血很快就被激发出来了。

“这就是父亲的风采!”

“一人独战所有!”

“我要是能有这么一天,死而无憾矣!”

对于有志于学物理的他而言,这场演讲带给他的,仿佛像参加西游记中的蟠桃大会。

精彩纷呈,酣畅淋漓!

仿佛整个灵魂都得到了升华。

这时,他忽然转头看向李承德,实在忍不住心中的好奇,问道:

“二弟,你怎么回答普朗克教授的问题?”

李承德闻言,换了个舒服的姿势。

他罕见地右手摩擦着下巴,陷入了思考之中。

李承道见状,心中舒了一口气。

二弟终于遇到不会的东西了。

这说明他是真正的人,而不是全知全能的非人存在。

物理直觉也不是万能的。

忽然,李承德灵机一动,说道:

“大哥,你说真空为什么非要向别的东西借能量呢?”

“难道它不能自己本身就具有能量吗?”

“这样的话,不仅可以解释普朗克教授的疑问,甚至连量子真空涨落都更好理解了。”

嘶!

李承道闻言,倒吸一口冷气。

他觉得二弟的想法也太惊世骇俗了!

“额~”

“二弟,我觉得你这次肯定错了。”

“真空真空,怎么可能会有能量呢?”

李承德反问:

“如果真空没有能量,那你怎么解释量子真空涨落现象?”

李承道道:

“量子真空涨落目前还只是猜想。”

李承德嘿嘿一笑,哼哼道:

“大哥,你这是不相信咱老爸啊!”

李承道满脸正色,振奋道:

“吾爱我父,吾更爱真理!”

李承德忽然幽幽地感叹,声音小到只有他自己能听见。

“我的傻大哥,我们的父亲就是真理本身啊。”

此刻,面对恩师普朗克的问题,李奇维只是微微一笑。

接着,他语出惊人!

“教授,其实这个问题,你早就给出答案了。”

哗!

普朗克闻言,瞬间懵逼了!

啥子情况?

这是我今天才提的问题,怎么我早就给出答案了?

其他人也摸不着头脑。

如果普朗克真的研究过,那应该早就轰动物理学界了啊。

不可能一点风声都没有。

普朗克在远离一线工作后,并没有直接放弃物理学研究。

他每天都会抽出时间,做一些理论方面的思考,偶尔也发发论文。

一方面是为了指导学生,给学生开辟几个好的课题。

对于学术研究而言,找对方向比埋头苦干更重要。

真正的大佬,他的核心能力是能够分辨,哪些问题是重要的,哪些问题是次要的。

只有在重要的问题上思考,才有机会得出改变物理学的重大成果。

另外一方面,普朗克本人对于物理学充满热爱。

离开物理,他甚至觉得生活都变得没意思。

所以,尽管他年纪已大,但是依然熟悉前沿物理。

可是,他还是想不起来,自己以前做过什么工作,能和今天的量子真空涨落产生联系。

他疑惑地问道:

“布鲁斯,你是不是记错了?”

“量子真空涨落是你今天才提出的概念啊?”

“我怎么可能研究过?”

李奇维笑道:

“教授,不知你是否还记得,十多年前,你曾经发表过一篇论文。”

“在那篇论文里,你使用旧量子论重新推导了黑体辐射公式。”

“而且使用的黑体模型保持不变,依然是简谐振子模型。”

“最后,你推导出了整个系统的能量状态。”

普朗克刚开始还茫然,但很快,他的表情明亮起来。

他笑着说道:

“哦!我记起来了!”

“那是1913年,我确实写过一篇这样的论文。”

“当时我是想研究旧量子论和量子概念之间的联系。”

“布鲁斯,没想到那么久远前的论文,到现在你都还记得啊。”

普朗克心中升起一股暖意。

他最得意的弟子,竟然记得他十年前写的论文。

甚至他自己都忘记了。

众人都十分佩服布鲁斯教授的记忆力。

这也太吓人了!

这时,普朗克问道:

“可是布鲁斯,那篇论文中应该没有什么值得你关注的内容吧。”

“更何况和量子真空涨落产生联系呢?”

李奇维对着普朗克笑道:

“不!”

“不仅有关系,还有很大的关系!”

接着,他又看向自己的右边,说道:

“薛定谔,帮我把投影仪打开。”

众人皆是一惊!

布鲁斯教授不仅记得有这篇论文,他甚至要手撕论文了。

薛定谔连忙上前调试好。

为布鲁斯教授调投影仪,就相当于帮国王牵马。

此刻,李奇维一边写一边说道:

“普朗克教授在那篇论文里,得出了一个奇怪的结论。”

“大家请看屏幕。”

“他在计算黑体系统的能量时,得出了这样一个公式。”

“该公式有个非常诡异的现象。”

“当把黑体的温度设定为绝对零度时,此时的简谐振子没有任何振动。”

“按理来说,黑体的总能量为零才对。”

“但是,根据公式计算,它却多出了一项:hw\/2。”

“很明显,这说明黑体即便在绝对零度的情况下,依然还存在能量。”

“这个能量不是质能方程中物质本身携带的能量,而是简谐振子振动的能量。”

“当时普朗克教授并没有对这个能量进行详细的阐述。”

“他认为这是量子系统的某种特殊现象。”

“但是现在来看,这个能量却有着极其重要的意义。”

“我暂时把它命名为【零点能】,意思是系统在零点基态时所具有的能量。”

“这里要注意,零点不是代表能量一定为零,而是指此时的系统已经达到了能量最低值。”

“举个形象的例子,当秋千降低到最低点的时候,它的势能是最低的,但是却不为零。”

“这时候秋千所具有的势能就是零点能。”

“零点能表示系统现在处于最稳定的状态,不会发生任何改变。”

“而对于一个振动的粒子而言,很显然,当温度是绝对零度时,它具有的振动能量就是最低的。”

“根据普朗克教授的理论,粒子即便处在绝度零度时依然具有不为零的零点能。”

“在当时的视角看,这确实有点匪夷所思。”

哗!

李奇维的分析,让众人震撼不已。

“不可能!”

“这绝对不可能!”

只要是有物理学常识的人,都不敢相信这个结果。

且不说绝对零度从理论上根本就达不到。

就算真的达到了,在绝对零度的状态下,所有粒子都会停止振动。

粒子都停止振动了,又怎么会有振动的零点能呢?

这不是扯淡吗?

普朗克听着周围人的议论,面色苦笑。

他当时发表这篇论文的时候,就是因为这个结论才没有多少人关注。

大家都认为他是搞错了概念或者过程。

这个凭空多出来的能量,不可能是粒子在绝对零度时的能量。

普朗克自己也是这么认为的。

所以,他在论文里才没有详细地阐述,因为他自己也不知道该怎么解释。

在众人的议论中,李奇维继续说道:

“我相信,很多人都会觉得普朗克教授的这篇论文错了。”

“所以,它的知名度才不会特别高。”

“但是!”

“我认为,这篇论文的结果是对的!”

“粒子即便在绝对零度,依然会振动,这种振动的能量就是它的零点能。”

哗!

全场骇然!

所有人都觉得太疯狂了!

“这怎么可能呢?”

“粒子在绝对零度还能振动?”

“绝对零度的定义就是粒子不再振动啊!”

拉比这样的学者简直瞪大了双眼,百思不得其解。

哪怕是普朗克本人也惊住了!

毕竟他自己都不相信论文的结果,还以为是哪个步骤出错了。

而现在,布鲁斯竟然赞同他的结论。

他已经不知道该说什么了。

有人忍不住喃喃道:

“怎么会呢?”

李奇维微微一笑,继续说道:

“根据不确定性原理,我们无法同时精确测定粒子的位置和动量。”

“因此,即便温度真的达到绝对零度,粒子必然还在振动。”

“因为如果粒子不振动,那么就能精确测定它的位置和动量了。很显然,这违背了不确定性原理。”

“所以,粒子在绝对零度时依然会振动,而且这种振动所具有的能量就是零点能。”

“普朗克教授从理论上推导出了这个结论,但是当时还没有不确定性原理,所以他无法解释。”

“零点能不是猜想,而是不确定性原理的自然推论。”

静!

死一般的寂静!

众人骇然无比!

布鲁斯教授刚刚才把黑洞和量子力学结合,现在又把绝对零度和量子力学结合了。

量子力学,它就这么牛逼吗?

“我好像明白了!”

“首先绝对零度和不确定性原理都没有错。”

“粒子的零点能是其量子特性所与生俱来的,哪怕在理论上的绝对零度中也会存在。”

“更何况现实又不可能达到绝对零度,所以粒子的零点更是一定存在了!”

这一刻,众人都被布鲁斯教授的逻辑说服了。

此外,对方甚至还手写出了整个推导过程。

李奇维解释道:

“我用最新的量子力学,重新完善了普朗克教授的分析过程。”

“所以,零点能是粒子在量子条件下的属性能量。”

“它和外界的环境温度没有任何关系。”

普朗克罕见地激动起来。

他一张老脸上充满了红润的血色,犹如喝醉了酒,飘飘欲仙。

作为量子概念的提出者,他是当之无愧的物理学大佬。

只不过自1900年以来,因为无数天骄的崛起,老一辈的人都快被人遗忘了。

他们好像被这场现代物理学的狂潮给抛弃了。

尤其是量子力学,其诞生到完善,几乎全是由二十多岁三十出头的年轻人完成的。

老家伙们一点都插不上手。

因为量子力学的任何一个领域,都跟经典物理学有着天大的差别。

没有砸碎过传统三观的人,是不能研究量子力学的。

哪怕是普朗克这样的早期量子大佬,在量子力学面前,也变得力有未逮。

没办法,发展的实在太快了。

十年前的物理学和十年后的物理学,简直是两门学科。

这种剧烈的变革,在物理学史乃至科学史上都是罕见的。

以前动不动就是某个理论支配学界几百年。

而现在,今天发表论文,明天就被推翻了。

再牛逼的大佬也吃不消。

普朗克也不例外。

然而今天,他最爱的布鲁斯,竟然挖掘出他十多年前的论文,甚至还证明了。

他的论文为量子力学大厦的完善又增添了一抹助力。

这是何等的幸事!

普朗克突然很感动,眼角微微泛红。

他内心颤动道:

“布鲁斯,这个世界上,真正尊重我的人,只有你了。”

“不是礼貌、不是、不是利益,而是纯粹的尊重。”

“量子力学发展的那么疯狂,谁还会记得我这样的老头子呢?”

海森堡兴奋得像个孩子。

又是一个不确定性原理的推论!又是矩阵力学的推论!

而且这个理论还是他们量子一派的绝对老前辈提出的。

“我的矩阵力学才是最好用的啊!”

海森堡在心中呐喊。

此外,他还收起了轻视之心。

在他眼里,普朗克、洛伦兹等人,甚至包括他的导师索末菲,都是上一代的人物了。

他们的思维已经和量子力学脱节,跟不上时代了。

海森堡狂妄地认为,这是他的时代。

但是现在,他产生了敬畏之心。

普朗克教授竟然在矩阵力学都没有出现时,就提前发现了零点能。

这也太不可思议了!

又是超越时代的理论。

超越时代,是理论物理学家的至高追求!

真实历史上,普朗克在重新推导黑体辐射时,发现了零点能这个怪胎。

但当时,他也很懵逼,不知道为什么会出现这玩意。

此刻,普朗克在情绪恢复后,开始思考下一个问题。

零点能和布鲁斯所说的真空能量有什么关系呢?

布鲁斯为什么要提这个概念呢?

忽然,他的脑海中灵光一闪。

“老天啊!”

“该不会是那样吧?”

“这也太惊人了!”

不仅是普朗克,当爱因斯坦、海森堡等人继续思考时,脸上震撼无比!

“难道是?”

“这怎么可能......”

还不待他们询问,李奇维就主动开口了。

“好,绕了那么一大圈。”

“现在终于可以回答普朗克教授刚刚提的那个问题。”

“量子真空涨落的能量从哪里借?”

“很简单,真空既然是真实存在,它为什么不可以有像粒子那样的零点能呢?”

“所以我认为,真空本身就存在能量。”

“它就是:真空零点能!”

“这是真空的本底能量,哪怕处于绝对零度,真空依然有着能量,和粒子具有零点能类似。”

“真空零点能的直接表现,就是量子真空涨落。”

“宇宙真空中的任何一处,都有着真空零点能。”

“形象点说,真空就像一片起伏不定的能量之海,它溅起的浪花就是量子真空涨落。”

“而浪花中的水就是虚粒子。”

“如果浪花因为某种原因被现实捕获,就会变成真实可测量的物质。”

“所以,真空并不是一无所有,它充满了能量。”

“以上就是我对真空的第四层解释。”

轰!

全场轰动!

真空零点能猜想,让所有人疯狂了。

“上帝啊!”

“这太匪夷所思了!”

“真空本身竟然就蕴含着能量!”

“但为什么我们感觉不到呢?”

“不可能!绝对不可能!”

“......”

所有人都觉得不可思议、三观尽毁。

李承道直接呆住了。

他机械地转过头,不可置信地说道:

“二弟,你又对了!”

“你的想法和父亲一样!”

“真空本身就具有能量。”

李承德微微一笑,深藏功与名。

“我是瞎猜的,父亲可是从理论上证明和推导出来。”

“虽然它只是个猜想,但我的直觉告诉我,它肯定是对的!”

这一刻,不管是普朗克等物理大佬,还是拉比等年轻学者们,全都陷入了对真空零点能的震撼之中。

太惊世骇俗了!

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