让人陷入疯狂的微观世界,构成我们的原子仅是一堆堆的数字结构?

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1925年夏天,Werner Heisenberg是量子力学创始人的骄傲学生,他在德国北部海岸附近的一个偏远岛屿上旅行。竞争激烈的海森堡认为薛定谔的波动方程论是他的个人侮辱,他强烈地认为,令人难以置信的瞬间量子跃迁(电子可以瞬间从一层跳到另一层)是发现原子之谜的关键。他认为原子是如此独特和不寻常,以至于不可能。通过简单的波状或轨道模型揭示,甚至玻尔的“多层建筑”模型(认为原子类似于高层多层原子结构,原子核在底部,电子填充地板在一旦它也不是真的。海森堡认为现在是完全放弃描绘原子的努力的时候了。

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作为20世纪真正的天才之一,海森堡是一位登山家和优秀的钢琴家。他获得了博士学位。 20岁时,受到欧洲许多着名大学的热烈邀请。

在1925年的夏天,海森堡感染了一种特殊的花粉热,受到疼痛折磨,脸部肿胀几乎无法辨认,逃到美丽而孤立的海尔大岛(位于德国西北部)。沿着海滩散步,游泳和摇滚,同时仔细思考。

自从海森堡接触了原子物理学以来,他觉得整个身体的骨骼强烈地想象着原子,试图对其进行建模,但总是失败。他认为原子是非常易变的,即使它是最简单的解释,也很奇怪,所以他放弃了建立原子结构模型的努力,并用纯粹的数学方法来描述原子。但是当他仔细思考时,他意识到原子不仅可以创造一个视觉模型,甚至可以用经典数学来描述它。

海森堡认识到,要准确描述原子的性质,必须引入一种新的数学形式。原子的确切性质似乎与它在某一时刻的特定位置和运动速度的乘积有关,而该积随序的变化而变化。

如果我们将两个数字相乘,数字的顺序将不会影响结果。这很容易理解。例如,3*4和4*3的结果相同,都是12。然而,当应用于原子时,海森堡发现乘数的顺序会有不同的答案,这很快使他意识到他已经破译了原子的一些秘密,相信他能以某种方式找到它的内部。隐藏的数学定律。

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海森堡非常兴奋和害怕。他把自己的想法告诉了同事。在接下来的几个月里,他们共同努力为原子创造了一个新理论。这个理论就是我们今天所说的。矩阵力学!

矩阵力学使用复杂的数学数组,有点像排列的电子表格。通过使用这些阵列,海森堡和他的好朋友物理学家麦克斯邦恩可以准确地预测原子的变化。

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但对于爱因斯坦和保守派来说,这纯粹是一种科学异端。他们认为原子永远不会是数字的矩阵。显然,我们都是由原子组成的,它变成了一堆数字结构。什么?矩阵力学使玻尔非常兴奋。他认为,如果我们不能把原子想象成一种物体,那么它将被提升为一个纯粹的数学模型。