量子和粒子物理學何以解釋一切

第1章 容“光”煥發

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光的曆史

量子力學從嚐試理解光開始,幾千年來人們為此絞盡腦汁。大約公元前5世紀,希臘哲學家恩培多克勒率先建立了光的理論。

他相信人眼中有一塊奇妙的火石,由臉部向外射出光芒,從而照亮我們想看到的任何物體。[1]這個想法頗有詩意,卻也存在一個明顯的漏洞:如果眼睛能發光,那麽我們就應該能看見黑暗中的物體,因為眼睛本身就是火炬。

也正是恩培多克勒提出了四大元素物質(火、水、風、土),這一觀點已經被我們拋棄;他還認為沒有軀體的四肢在世界各處爬行,直到隨機結合形成各種動物,試圖以此來解釋生物多樣性。

事實上,恩培多克勒在科學史上的工作就是提出一些瘋狂的想法,然後由其他人證明這是錯的。盡管在光線這個例子中,人們花了大約1, 300年才意識到這個錯誤。

直到阿拉伯學者海什木出現,人們才最終放棄了恩培多克勒的觀點。海什木做了個實驗,他解剖了一顆豬眼球,發現光線在眼腔內的反射與在暗室裏是一樣的,也就是說,光線來自周圍的物體,而眼睛恰好阻擋了光線的路徑。[2]

人類花了一千多年才確定眼睛沒有發出奇妙的光線,這可能有些奇怪,但那是個不一樣的時代,當時所有人都認為是人類賦予了物體存在的意義,因此人類看不見的東西不需要有外觀。

幸運的是,海什木完成的實驗超越了人類的自負心理,逐漸變得流行起來。人們認定,光來自物體本身,沿直線射進我們的眼睛—無論光是什麽。接下來就到了文藝複興時期。

可以說,勒內·笛卡爾是文藝複興時期最有影響力的科學家、哲學家,他提出了關於光在物理學領域的另一個偉大想法。

笛卡爾注意到,點燃蠟燭時,房間的每一個角落同時被照亮,就像池塘中心的漣漪可以同時到達每一個邊緣那樣。他推斷,光是一種類似的現象;我們周圍各個方向都有一種看不見的物質,笛卡爾稱之為“實空”,漣漪與波浪穿過“實空”就形成了光。[3]