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影視作品中的化學知識(8):原子結構→量子力學→平行空間之閑扯

 YIFU_APS 2017-10-14

    原子是化學變化中的最小微粒。人類對它的認識也是不斷深入,從古希臘的哲學家德謨克利特率先提出原

子論(萬物由原子構成),到19世紀初英國科學家約翰·道爾頓把原子假說引入了科學主流,再到現代原

子結構理論,其間經歷了很多理論的發(fā)展過程。大體上分為以下五個階段:

影視作品中的化學知識(8):原子結構→量子力學→平行空間之閑扯

    前三個理論階段,基本上還是運用經典物理學的理論,但自從盧瑟福提出了行星模型后,經典物理學理論

就面臨了窘境。因為根據當時的物理學概念, 帶電微粒在力場中運動時總要產生電磁輻射并逐漸失去能量,

運動著的電子軌道會越來越小, 最終將與原子核相撞并導致原子毀滅。由于原子毀滅的事實從未發(fā)生, 將

經典物理學概念推到前所未有的尷尬境地。 此時,盧瑟福的學生丹麥物理學家玻爾,根據愛因斯坦的光子

學說,普朗克的量子化學說,氫原子的光譜實驗,盧瑟福的原子模型總結出了玻爾模型。玻爾模型使人們

對于原子結構的認識進入了量子化時代,當然他的模型還不夠完善,直到一代大牛薛定諤出現。

    薛定諤最為人所知的就是一個復雜二階偏微分方程: “薛定諤方程”。這個方程解法很深奧,我們學原子結構時,只要知道它可以用來描述核外電子的復雜運動,它有三個量子數的解。另一個著名的就是“薛定諤之貓”又名“薛定諤的貓”,是關于量子理論的一個理想實驗,薛定諤之貓的概念提出是為了解決愛因斯坦的相對論所帶來的外祖母悖論。
    量子力學是描述原子、電子等微觀粒子的理論,它所揭示的微觀規(guī)律與日常生活中看到的宏觀規(guī)律很不一

樣。處于所謂“疊加態(tài)”的微觀粒子之狀態(tài)是不確定的,例如:電子可以幾乎同時位于幾個不同的地點,直到被觀察測量(觀測)時,才在某處出現。這種事如果發(fā)生在宏觀世界的日常生活中,就好比:我在家中何處是不確定的,你看我一眼,我就突然現身于某處——客廳、餐廳、廚房、書房或臥室都有可能,而在你看我之前,我像云霧般隱身在家中,穿墻透壁到處游蕩。這種“魔術”別說常人認為荒謬,物理學家如薛定諤也想不通。于是薛定諤就在1935年編出了這個“薛定諤的貓”的例子。把一只貓放進一個不透明的盒子里,然后把這個盒子連接到一個包含一個放射性原子核和一個裝有有毒氣體的容器的實驗裝置。設想這個放射性原子核在一個小時內有50%的可能性發(fā)生衰變。如果發(fā)生衰變,它將會發(fā)射出一個粒子,而發(fā)射出的這個粒子將會觸發(fā)這個實驗裝置,打開裝有毒氣的容器,從而殺死這只貓。根據量子力學,未進行觀察時,這個原子核處于已衰變和未衰變的疊加態(tài),但是,如果在一個小時后把盒子打開,實驗者只能看到“衰變的原子核和死貓”或者“未衰變的原子核和活貓”兩種情況。這個理想實驗的巧妙之處,在于通過“檢測器-原子-毒藥瓶”這條因果鏈,似乎將鈾原子的“衰變-未衰變疊加態(tài)”與貓的“死-活疊加態(tài)”聯系在一起,使量子力學的微觀不確定性變?yōu)楹暧^不確定性;微觀的混沌變?yōu)楹暧^的荒謬——貓要么死了,要么活著,兩者必居其一,不可能同時既死又活!

影視作品中的化學知識(8):原子結構→量子力學→平行空間之閑扯

    老魏總結一句:這個問題很復雜,一般人弄不明白:)偉大如當代最著名的物理學家霍金聽了這個問題也

不禁感慨:“我去拿槍來把貓打死!”
    盡管復雜,但是人類的智慧是無窮盡的:)格利賓對這個問題就提出了平行世界理論,認為貓死與貓活這

兩種結果分屬兩個獨立平行且真實存在的世界,是我們的觀察行為選擇了其中之一為我們的世界。這似乎不僅沒有消除,反倒是增加了人們的困惑。

    可是這種困惑,就給了一干好萊塢的編劇們發(fā)揮的空間了。您看眾多的科幻片中充斥著穿越時空,平行世界等等科幻概念。反正大家都不清楚怎么回事,所以怎么玄乎怎么扯:)。
    比如說這一部《黑衣人3》:

 影視作品中的化學知識(8):原子結構→量子力學→平行空間之閑扯

    劇情梗概:月球最高監(jiān)獄,窮兇極惡的伯格羅多星人鮑里斯越獄逃亡。他在1969年犯下邪惡罪行,最終被年輕的K砍掉一只手臂,送入監(jiān)獄。此次他逃脫的目的,就是穿越時空殺死K。與此同時,J 和K一如既往處理各種

外星人引起的混亂,因對鮑里斯的案件三緘其口,兩個好搭檔心生隔閡。  嶄新的一天,J發(fā)現K消失不見,周圍更幾乎沒人知道K這個人。此時的K已在40年前被鮑里斯殺死,他所建立的A網也不復存在。在這危急時刻,伯格羅多星人大舉入侵地球。為了保護家園,J必須穿越時空再次改變歷史……
    這部影片中除了大量的外星人這個噱頭外,核心的科幻內容就是穿越時空,然后觸發(fā)不同的事件,從而改

變歷史的走向。就好像你若不想薛定諤的貓死,但當你觀察時,發(fā)現貓死了,你就穿越回去,再觀察一次,直到觀察到貓活著的這個結果才罷休。當然,影片中的觸發(fā)事件的關系鏈更復雜,所以需要五維空間的高級生命格里芬的高速運算的幫助,特工J才知道怎樣的事件會導致怎樣的結果。

    另一部更扯的是多年前華人功夫明星李連杰闖蕩好萊塢拍的一部《救世主》:

影視作品中的化學知識(8):原子結構→量子力學→平行空間之閑扯

    劇情大概:未來世界里,宇宙間有一種平行空間,在平行空間里,可以居住著兩個完全一樣的人。他們可

以有一樣的遭遇、一樣的生活,但絕對不會碰在一起。   在某一個平行空間中,加布里爾(李連杰飾)

是一名MAV的干警,雖然是警察,但是因為大部分的居民都奉公守法,所以他的工作無非都是些例行公事的

巡邏和調查等等,回到家里有美麗溫柔的妻子迎接他,小日子過得實在而安定。   一天,在執(zhí)行任務的

時候,加布里爾突然遭到一大群特警和一個與自己長相一樣的陌生人的圍捕。在逃生的路上,他發(fā)現自己

一下子擁有了強大的力量,他可以輕易騰空飛起,也可以隨便揮一拳把一輛汽車打出丈外。更令他驚奇的

是,那個與他一模一樣的人開始暗中跟蹤并企圖謀殺他。   經過幾次死里逃生,加布里爾了解到,原來

在平行時空中,存在著125個不同時空身份的加布里爾,而那個追殺他的人正來自于另外一個空間--現名余

洛,正在穿梭各個時空,將其他時空身份的加布里爾逐一殺死,每殺一個人,他們倆的功力都會增加一份

,現在加布里爾就是余洛的最后一個目標,兩名宇宙特工為了追緝余洛也來到了地球。現在加布里爾必須

和功力暴漲的余洛決一死戰(zhàn)……
    唉,自己和自己決一死戰(zhàn),你不知道可以有量子力學的“疊加態(tài)”哦,難道不能和平相處嗎?:)


  

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