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為什麽數理天才多,化學天才少?

歐洲聯盟 (2025-12-22 14:29:37) 評論 (3)

為什麽數學和理論物理天才眾多?很可能是因為這兩門學科隻需要空想,即所謂的思想實驗,不需要實物實驗。任何人都可以提出幾種粒子,比如毛子、智子、弦子、暗光子,再寫出幾個方程式,哪怕是隨機的、沒有任何數據支撐的,都可以說是得到了一種模型,可以解釋宇宙的一個角落,能預言某些事物和未來。

列方程式總需要依據的吧?質量守恒還是能量守恒?隻在孤立係統裏才有的事好吧!可在宇宙裏又有什麽東西是與世隔絕的呢?那就再加上一道熵—混亂程度或不可用能量或失真信息--總可以了吧?可微觀狀態數的統計又豈是人力可為的!對已知的62種基本量子,有人發明了一大堆嚇人的術語:量子糾纏、坍塌、遂穿、激發等等,可獨立的量子誰都看不見、摸不著,它們的結構和行為要憑與其它量子的相互作用去觀測;但觀測即是參與,會影響到被測量子。

現代理論物理研究的四個基本對像是:信息、時空事件、作用量和對稱性。這裏的對稱性不是幾何對稱,而是一個係統所容許的、能夠保持某種量不變的規範變換。規範變換的存在,引入了相互作用力,通過動量的時間變化率表現出來。作用量是拉格朗日函數(係統總能量,與時刻、位置、動量有關)的時間積分;係統變化的規則是,作用量保持平穩,也就是它的變分在任何時間區間上都必須為零。由此導出的Euler-Lagrange方程,可以推導出(1)牛頓運動定律,(2)愛因斯坦相對論,(3)費耳馬最短時間原理,(4)各種波動方程,如Schrodinger, Klein-Gordon等人的方程,(5)能量的連續擴散方程,(6)海森寶(Heisenberg)的不確定性準則,等等。

不確定性成了人類認識的極限,難道這就是終點嗎?化學家該登場了。Linus Pauling用量子理論解釋了化合物的形成規律,引進了化學鍵、負電性等概念。對化學反應機製的認識,則匯聚了許多化學、物理學家的貢獻。Boltzmann, Maxwell等人提出了氣體的動態分子理論;Arrhenius發展了分子碰撞理論;Gibbs,Le Chatelier等人提出了化學平衡的原則;還有Faraday電解定律。Maxwell的四個電磁學方程應歸入物理。

人們對化學變化的理解,隻深入到了原子層麵;在離子和亞原子層麵,化學無能為力。怎麽實現基本粒子的重組呢?有人說發現了誇克聚變的鏈式反應,隻因擔心被用於軍事目的,不能公布出來;也可能是子虛烏有。誇克被禁錮於亞原子粒子中,無法裂變。但是,基本粒子及其反粒子可以碰撞而湮滅化為光子,光子高能對撞可以生成電子和反電子;看來,掌控世界的關鍵在於光子。

現在人們對於光子的理解是波粒綜合體,是最小的能量塊;它沒有質量,但有動量。各種能量場長存於宇宙(=時間+位置+能量)中,包括產生暗物質的暗能量場。光孤子也可以被理解為量子場激發而產生的振動(oscillator);它們以光速在量子場中傳播,直到被吸收。在極低溫度下,光子可以與中子結合,形成極化子(Polariton)。在極高溫度下,有超越伽馬光子的高能存在。

怎麽捕捉光子呢?作為宇宙中的任何實體,其實無需捕捉或釋放光子,因為這就是自然行為。人或任何生物都隻是宇宙變化中出現的短暫現像。我們被宇宙生出,也會被宇宙吸收。沒有千古大帝,也沒有永世的奴隸。我曾想製造超伽馬激光發射器,現在才明白,那也改變不了這宇宙的一絲一毫。人是過客,是適存者和觀察者;唯有心懷慈悲,才不負來此一遭。