11月30日晚,人文与艺术教育中心在大学生活动中心二楼小剧场成功举办了阅江论坛人文与艺术系列讲座(第35期)。本期讲座由南京信息工程大学物理与光电工程学院教授裴世鑫主讲,题目为《从原子到光子——量子论诞生历程中的那些天才和他们的奇思妙想》。
讲座伊始,裴教授先提出“鬼神还是科学”的论题,在被鬼神统治的时代里,以亚里士多德、托勒密、哥白尼、伽利略、开普勒为代表的天才科学家们,通过各种对自然和物质的观测和各种奇思妙想,提出了许多被当时主流社会所不容的真理,逐渐为自然科学的诞生打下基础。而牛顿在汲取了两千多年来科学家们智慧的结晶后,创建了牛顿力学,这同时标志着自然科学正式替代鬼神学成为人类解释客观现实的主要工具。
阐述完自然科学发展历程后,来到讲座第二部分,裴教授引出“光到底是粒子还是波动”,这个人类的千年科学之争。在这场争辩中,古希腊人通过对物质的观察,以原子的引出了“光原子”这个概念,代表着光的粒子说的诞生,而后格里马第的光的衍射实验,为之后胡克创立光的波动说打下基础。但在这之后,同意光的粒子说的牛顿,通过著名的光的色散实验,证明了光的粒子说。直到一个世纪后的托马斯•杨的双缝干涉实验才粉碎了粒子说的统治,使得光的波动说重新占据了主动,并得到菲捏尔预言“光是一种电磁波”的支持。裴教授通过对这场理论之争的阐述,令我们明白了实验才是证明真理的最有力的方法。
讲座的第三部分的主题是“连续还是间断”。在这个部分中,裴教授讲述了旧量子论的诞生。因为科学家们发现,无论经典的电磁理论还是经典的热力学理论都无法解释黑体辐射实验中的辐射曲线。为了解释这个实验,普朗克提出了能量子的概念,认为当时人们普遍认为能量是连续不断的向外辐射的理论是错的。爱因斯坦将之发扬光大,并提出了光的波粒二象性,统一了粒子说和波动说,从而解释了光电效应。而后德布罗意据此提出的实物具有波粒二象性这一理论即物质波理论。裴教授强调说,这一理论是量子力学的基础。
讲座的第四部分,裴教授以“矩阵还是函数”为题,主要讲述了以波恩、薛定谔和玻尔为首的哥本哈根学派,通过对波粒二象性的研究,建立了量子力学。在这一过程中,海森堡先通矩阵来描述量子现象,率先提出了矩阵力学,而后薛定谔从光的波动角度,提出了波动力学。后来,这两个理论被证实是微观粒子的波粒二象性这一理论的不同表达形式。这代表着新量子理论的建立。
讲座的最后,裴教授说:“创新是引领发展的第一动力。”裴教授认为,大学生不能只是单纯学习课本知识,而应当学会利用知识进行创新和创造,要保有创新的态度和创新的活力,这样才能为我们社会的发展做出进一步的贡献。