1900:游走在欧洲的物理学霸
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第559章 神来之笔!布鲁斯方程!统一狭义相对论和量子力学!惊世骇俗!

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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:
13768
更新时间:
2025-03-24

柏林工业大学会场内。

众人全都理解了波动力学的第二个问题。

对于在场的他们而言,波动力学的计算形式还是很简单的。

至少理解起来问题不大。

但是,众人却深深震撼。

问题中竟然还隐藏着量子力学和相对论的矛盾。

这简直是物理学领域的天大之事!

必须解决!

此刻,投影仪打开。

在众人的震惊和期待之下,李奇维开始了他的解法。

“各位,请再次看这个方程:E2=p2c2+m2c?。”

“我对它做了一些变换操作。”

“首先,方程两边同时除以c2,于是变成:E2\/c2=p2+m2c2。”

“接着,两边同时开根号,变成:E\/c=√(p2+m2c2)。”③

众人看后都非常疑惑。

“这跟刚刚没啥区别啊?”

之前公式②是E=√(p2c2+m2c?)。

现在相当于两边同时除以c,就变成了布鲁斯教授的公式③。

但是这样依然无法解决薛定谔遇到的矛盾性。

不过,大家都没有出声质疑。

显然,布鲁斯教授肯定知道这一点。

这时,李奇维提高声音,眼神犀利。

“注意,最关键的地方来了!”

众人仿佛又回到了听老师上课的学生青春时代。

“此时,我令p2+m2c2=(αp+βmc)2。”

“那么,公式③就可以写成:E\/c=αp+βmc。”

“看,这样一来,我们就能既消除根号,又没有使用平方,完美解决了问题。”

哗!

众人皆是一惊!

难道让薛定谔等人苦恼一整年的问题,这么简单就被解决了?

这也太不可思议了!

“我的天啊!”

“这也太简单了,我感觉我好像都能想出来。”

“为什么薛定谔那样的天才会想不到?”

“这其中肯定有什么问题吧。”

“......”

众人议论纷纷。

台下的薛定谔眉头微蹙,他觉得布鲁斯教授的转换有点问题。

仅仅用α和β代替平方,如果真的能这么简单,他干脆一头撞死算了。

忽然,他想到了问题所在。

“教授,这样转换确实可以消除根号。”

“但是你的方程中,α和β真的存在吗?”

此时,薛定谔站了起来,他已经完全想清楚了。

“我给大家形象地解释一下。”

“布鲁斯教授的想法,就相当于求解【x2+y2=(Ax+By)2】。”

“把方程的右边展开可得:x2+y2=A2x2+B2y2+2ABxy。”

“很显然,如果想让这个等式成立。”

“那么必须:A2=B2=1,且AB=0。”

“但是,这怎么可能呢?”

“所以,我认为布鲁斯教授的转换有问题。”

哗!

会场立刻喧嚣起来。

众人一下就听懂了薛定谔的例子,甚至都不需要他写出来。

很显然,这样的A和B是不可能存在的。

AB根本没有实数解,甚至都没有复数解。

也就是说,这种转换有问题。

换言之,布鲁斯教授的α和β根本不存在!

既然不存在,就算消除了根号也没有了意义。

因为那只是形式上的消除,是根本没有解的方程。

此刻,众人再次看向布鲁斯教授,他要怎么解释薛定谔的反驳呢?

面对薛定谔的疑惑,李奇维微微一笑。

“不错,薛定谔举的例子很好。”

“它完美地说明了推导中的问题。”

忽然,他霸气侧漏,震慑全场。

“不过,你们解不出来,我却能解出来!”

轰!

全场骇然!

所有人都不敢置信!

这个方程的矛盾性连中学生都能看出来。

怎么可能还有解?

A怎么可能既是1又是零呢?

“不可能!绝对不可能!”

紧接着,李奇维就说道:

“首先,薛定谔的展开没有问题。”

“但是,有一个地方,我认为可以稍作改动。”

“各位请看屏幕。”

“x2+y2=A2x2+B2y2+2ABxy,这是薛定谔的方程。”

“现在,我把它改写成:x2+y2=A2x2+B2y2+(AB+BA)xy。”

众人更纳闷了。

把2AB分开写成AB+BA有什么额外的意义呢?

李奇维继续道:

“此时,AB+BA=0,但若同时假设AB≠BA,会发生什么呢?”

“没错!”

“方程就可以成立了!”

“所以,我们只需要找到符合上述条件的A和B的数值即可。”

哗!

众人简直一脸懵逼!

大家的脸上充满了疑惑。

“啥?”

“谁能告诉我,到底什么情况?”

“AB怎么可能不等于BA呢?”

“这不是扯淡吗?”

会场内顿时嘈杂起来,众人交头接耳,百思不得其解。

不仅AB+BA=0,还要AB≠BA,这怎么可能嘛?

哪怕是普朗克、爱因斯坦等大佬也懵圈了。

他们直觉认为这个变换肯定有深意。

但是这也太深了。

真的存在符合A和B的数字吗?

薛定谔看着屏幕上的推导,他感觉自己的脑细胞都不够用了。

布鲁斯教授的奇思妙想太匪夷所思了。

然而,海森堡的眼睛却越来越明亮,他感觉眼前这个东西很熟悉,很熟悉。

“老天啊!”

“该不会是那样吧?”

这时,李奇维看着众人,忽然一笑。

他的话让全场都骇然了!

“大家还没看出来吗?”

“A乘以B不等于B乘以A,这不就是矩阵吗。”

“海森堡的矩阵力学就是因为发现这个现象而提出的。”

“没错,如果A和B不是数字,而是矩阵,那么一切都可以说通了!”

“而且,确实存在这样的A矩阵和B矩阵。”

“A=[0 1] B=[1 0]

[1 0][0 -1]”

“A和B都是2×2的矩阵。”

“它们满足AB+BA=0,且AB≠BA。”

静!

死一般的寂静!

所有人都被这“神来一笔”给震惊了。

波动力学中竟然引入了矩阵!

这是何等天马行空、惊才绝艳的想法!

“哦!上帝啊!”

“布鲁斯教授简直太神了!”

“我们所有人都以为AB是个具体的数,但是布鲁斯教授竟然把它们想成是矩阵!”

“太牛逼了!”

“太吊了!”

会场内爆发出一阵惊呼声。

众人全都佩服的五体投地!

海森堡的眼中爆发出璀璨精芒。

“果然如此!”

“真的是矩阵!”

“布鲁斯教授把矩阵力学的核心应用在了波动力学上。”

“哈哈哈~”

“我的矩阵力学才是量子力学的正统!”

“波动力学需要靠矩阵力学来完善!”

“我看以后还有谁敢说矩阵力学不好。”

此刻,海森堡意气风发,十足快哉。

矩阵力学在布鲁斯教授的手里,简直出神入化,仿佛能够解释世间的一切。

薛定谔目瞪口呆,不敢置信!

在他的波动力学中,竟然出现了矩阵。

而且只有矩阵才能解释他方程中的问题。

薛定谔又喜又悲,简直和做梦一般。

喜的是,波动力学的缺陷被解决了。

悲的是,是被矩阵力学解决了。

他长叹一声。

“哎,也算是好事。”

这时,李奇维继续说道:

“解决了这个最关键的难题,下面的内容就好推导了。”

“现在我们回到刚才的问题。”

“由于薛定谔的波动方程是三维的,所以动量p含有xyz三个分量。”

“再加上mc,那么就一共需要四个未知数。”

“所以,我们需要引入了一个4×4的矩阵。”

“矩阵的推导过程如下所示:”

唰!

唰!!

唰!!!

~~~

李奇维下笔如有神,看的在场众人眼花缭乱。

纷繁复杂的矩阵,在他手里犹如庖丁解牛。

众人根本不敢眨眼走神,因为耽误一秒,可能下一步就看不懂了。

三十分钟过后,李奇维终于停下笔。

“大家请看。”

“这就是我改造后的波动方程。”

“相比薛定谔的版本,这个方程可以精确描述电子以接近光速运动时的状态。”

“这时,可能会有人疑问:那电子自旋呢?”

“呵呵。”李奇维微微一笑。

“大家不要忘了,矩阵力学优于波动力学的地方,就在于它能够解释电子自旋。”

“因为想描述自旋,就必须引入矩阵。”

“而现在,这个新的波动方程中,也包含矩阵了,所以它自然就可以描述自旋。”

(为什么矩阵就能描述自旋,这里面涉及的数学知识比较复杂,此处不再介绍。)

“只要做以下变换即可。”

唰!

唰唰!

唰唰唰!

又是一通操作,最后新的波动方程精简为一个特殊的形式。

“这就是自旋!”

呼!

李奇维重重突出一口气。

总算完成了。

以上的内容,就是大名鼎鼎的狄拉克方程。

它是相对论形式的薛定谔方程。

真实历史上,狄拉克在参加完第五届索尔维会议后,仅仅一年,就提出了狄拉克方程。

论文一出,举世震惊!

整个物理学界都被这个方程震撼了!

因为它把量子力学和狭义相对论统一了,简直惊世骇俗。

当然,它还有一个更加惊世骇俗的推论:正电子。

这就是狄拉克,堪称量子力学的第一天才!

他不为人熟知,是因为他太过低调,从不招摇,只喜欢一个人研究数学和物理。

不过这一世,应该叫“布鲁斯方程了”。

李奇维只能在心中默默安慰狄拉克。

“小狄啊!李叔不白拿你的东西,回去请你吃大餐。”

此刻,所有人都惊呆了!

他们无论如何也想不到,布鲁斯教授说的有点内容,竟然是如此惊人的理论。

太震撼了!

“天啊!”

“太夸张了!”

“布鲁斯教授的实力太强大了!”

“他这是统一了量子力学和狭义相对论!”

“这是一个光想想就让人膜拜的成就。”

“他亲手创建了两个截然不同的理论,现在又尝试把它们统一在一起。”

“这就是大佬,在物理学领域可以随心所欲。”

薛定谔头皮发麻!

他的内心犹如翻江倒海一般。

屏幕上的推导过程,被他一点一点地刻进脑海。

“原来是这样......”

“怪不得我无论想什么办法都解释不了自旋。”

“波动力学和矩阵力学,从来不是相互独立,而应该相互借鉴。”

薛定谔在这点上比海森堡大气很多。

他并不排斥矩阵力学,只要是对他的理论有帮助,都可以学习。

但是,他确实想不到如此奇妙的点子。

布鲁斯教授用一种天马行空的思考方式,把矩阵缝入波动力学之中。

薛定谔现在有点理解,为何他找了数学家也没用。

因为这个新的波动方程,不仅需要数学技巧,还要物理思想。

二者合二为一,缺一不可!

薛定谔有物理思想,但是他不熟悉矩阵,想不到这种变换。

他找的那些数学家知道矩阵,但是他们没有物理思想,也不会往这种变换上想。

所以,只有同时精通数学和物理的布鲁斯教授,才能捅破这层禁锢,打开新的天地。

爱因斯坦神色激动。

他从布鲁斯的推导中,嗅到了一丝统一的味道。

这可是他梦寐以求的壮举啊!

曾几何时,爱因斯坦头铁,想要统一引力和电磁力,可惜没有成功。

后来,强力和弱力的提出,让他只能放弃。

毕竟现在自然界的基本力变成了四个,而不是两个,他的统一方式有问题。

而现在,布鲁斯却为他展现了一种新的统一方式。

那就是把量子力学和相对论给统一了。

虽然只是统一了狭义相对论,但也足够惊世骇俗了。

他信誓旦旦地对旁边的普朗克说道:

“我估计再过几年,布鲁斯应该能把广义相对论也和量子力学融合。”

普朗克笑着说道:

“按照他这个发展趋势,我感觉很有可能。”

然而,两位大佬想不到的是,真实历史上,这样的统一理论过了一百年都没有完成。

量子力学和狭义相对论可以很好地兼容,但是和广义相对论就完全没法融合。

一切都是因为引力的存在。

量子场论把世间的一切都量子化了,唯独不能量子化引力。

这就是量子力学和广义相对论的核心矛盾。

在针对这个问题的猜想中,后世有一种猜想堪称脑洞突破天际。

反过来!

什么意思呢?

不是把引力量子化,而是把其它三种力【引力化】!

这种猜想认为,宇宙中其实只有一种基本力,那就是引力。

另外三种力只是引力在特殊时空规则下的变化形态。

不得不说,这个猜想确实极其大胆,而且足够创新。

当然,目前还没有什么进展。

此刻,李奇维初步把量子力学和狭义相对论统一,让爱因斯坦等大佬看到了统一的曙光。

后排角落处,李承道简直震惊的说不出话来。

“二弟又一次对了!”

“竟然真的是引入矩阵!”

“这......”

李承道实在想不出用什么词语来形容自己的二弟了。

惊为天人!

三天前的演讲,李承德虽然也都预言对了。

但是那场演讲需要用到的数学和物理知识并不多。

主要还是考验想象力。

但是今天的内容不同。

看着屏幕上密密麻麻的推导,李承道觉得自己在看天书。

对于李承德来说,那就更不用说了。

但是,对方依然能够凭借强悍的直觉,抓住最核心的东西。

“既然矩阵能证明自旋,用矩阵的方法不就好了。”

李承德的想法就是如此朴实无华,但却切中要害!

李承道唏嘘道:

“二弟,听我的,以后学物理吧。”

李承德一副无所谓的样子。

“哎呀大哥,我还没玩够呢。”

“我准备先学点音乐,吸引妹子。”

“再我看破红尘,满眼红粉骷髅之时,再遁入物理门,追寻真理之路。”

李承道:......

此刻,会场内的气氛彻底引爆。

在场的诸多大佬们,哪怕不懂量子力学,也至少能看懂推导的思路和过程。

新的波动方程比之前的量子真空涨落更重要。

前者是实打实推导出来的理论,而后者只是个猜想。

而且新波动方程解决了波动力学的两个难题,完善了它的根基。

至此,量子力学的两个版本全都完美了。

从任意一个都能推导出旧量子论的一切内容。

量子力学大成了!

不过,薛定谔、海森堡、泡利、爱因斯坦、普朗克等量子大佬们知道。

量子力学还剩下最后一个关键问题。

那就是对波粒二象性的解构!

这也是上次量子力学论道大会的遗留。

如今波动力学和矩阵力学再无瑕疵。

但是它们之间的深刻矛盾还没有解决。

电子和光子既可以是波动也可以是粒子。

那么问题来了?

它们什么时候表现为波?什么时候表现为粒子?

什么因素会影响它们到底变为波还是粒子。

很多实验证据已经表明,电子要么表现为波,比如电子衍射;要么表现为粒子,比如碰撞实验。

暂时还没有发现也不能理解电子同时是波和粒子的现象。

那么这其中到底是哪个变量在给电子“下指令”呢?

电子总不可能有自我意识吧。

“哦,现在我该为波动了。”

“咦,下一秒我该表现为粒子了。”

以前的光子也是这个问题,但当时连量子力学都没发展出来,自然就无法解释。

但是现在量子力学已经足够成熟,这个问题必须要解决了。

量子力学必须统一粒子和波动。

真实历史上,玻尔提出的互补原理,解决的就是以上的问题。

对单个量子客体的完整叙述,必须包含波动性和粒子性。

而这一切,都将在第四届布鲁斯会议上揭晓!

现在,李奇维看着众人,继续说道:

“根据新的波动方程,我们可以得出一个结论。”

“即:电子自旋是狭义相对论的必然要求!”

“自旋是用来描述电子磁矩的物理量。”

“它和质量、电荷等一样,都是电子的固有属性。”

“它不是我们假想出来的电子行为。”

众人闻言点点头。

电子自旋概念在刚提出的时候,确实遭受到了质疑。

因为它实在有点像硬凑出来的。

那时,关于第四量子数的研究如火如荼。

很多物理学家都在寻找它的踪迹。

最终被乌伦贝克三人捷足先登。

他们发现了自旋。

可是没有人能够解释自旋的来源和机制。

哪怕是当时的布鲁斯教授也不行。

而今天,自旋的秘密终于被解决了。

此刻,众人心情很好。

布鲁斯教授果然从来不会让人失望。

今天的会议内容一旦公开,必将引起物理学界的超级大地震。

主持人G·赫兹准备上台总结,开启下一个讨论环节。

然而,他刚走几步,却发现了不对劲。

“布鲁斯教授怎么还没有动?”

“他的理论不是讲完了吗?”

G·赫兹有点疑惑了。

“这是什么情况?”

很快,在场众人全都发现了这个异常。

在他们惊奇的目光下,布鲁斯教授抬起头,背过身,眼睛盯着前方的投影屏幕,若有所思。

哗!

会场为之一静!

所有人屏住呼吸,不敢打扰到布鲁斯教授的思考。

“啊?什么情况?难道这个新波动方程有什么问题?”

“不可能吧,在场有这么多量子力学大佬,如果真有问题,应该早被看出来了。”

“那布鲁斯教授是在看什么?”

“不知道......”

海森堡盯着公式又仔细看了几遍。

他可以确定,布鲁斯教授的推导绝对没有任何问题。

所以,他也很好奇。

“师兄,你觉得布鲁斯教授在看什么?”

泡利闻言,一双犀利的眼睛来回扫动。

他认为布鲁斯教授肯定是发现了什么奇怪的东西。

“难道是新方程还有不兼容的情况?”

“不可能啊!”

“想不通。”

泡利摇了摇头。

普朗克、爱因斯坦等人你看看我,我看看你,都很懵圈。

没有人知道到底怎么了。

一分钟......

五分钟......

众人无比相信布鲁斯教授,所以大家都在小声讨论,不敢高声喧哗打扰。

足足十分钟之后,李奇维终于开口了。

他喃喃自语:

“原来如此。”

接着,李奇维回过神来,面对众人,灿然一笑。

“不好意思,各位,我刚刚想问题出神了。”

“因为我发现新的波动方程有一个奇怪的现象。”

“或许,我应该告诉你们。”

“这可能会颠覆物理学界目前对物质的认知。”

哗!

全场骇然!

颠覆对物质的认知?

要怎么颠覆?

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