第594章 量子力学第三形式！路径积分！暴力破解！以力证道！全场震撼！
    1924年10月31日。
    第四届布鲁斯会议第二日。
    今天的流程依然是个人报告。
    上午，卢瑟福、玻尔、玻恩、索末菲等人依次分享自己的研究成果。
    下午，则轮到泡利、康普顿、于隐、狄拉克、费米等年轻一辈。
    有了昨天的开场，今天的会议气氛更加热烈。
    众人从各种不同的角度分享了当前对量子力学的最新研究。
    费米把量子力学引入核物理，企图解释β衰变的机制，引起一阵惊呼。
    β衰变一直是核物理中的关键问题。
    它不仅与未发现的中子有关，还与布鲁斯教授预言的弱力相关。
    该方向一旦突破，绝对是震惊物理学界的惊天大事！
    费米目前的研究还未取得突破，只是提供了一些方向。
    不过对于他这个年龄而言，已经足够惊艳了。
    李奇维亲自赞赏他：
    “费米很不错。”
    费米激动万分。
    康普顿机缘巧合之下，发现了“逆吴-康普顿效应”。
    正常的吴-康普顿效应是说，光子与电子发生弹性碰撞后，光子的部分能量转移到电子，导致光子的能量降低。
    根据e=hv，光子的能量降低，则频率降低，所以波长变长。
    而逆吴-康普顿效应则是低能光子与高能电子碰撞后，情况反过来，电子把部分能量转移给光子。
    所以光子的能量增大，波长变短。
    康普顿自信地说道：
    “逆吴-康普顿效应是我在研究宇宙高能射线时偶然发现的。”
    “我认为它与宇宙中高能x射线和γ射线的产生息息相关。”
    “这是量子力学在天文物理中的又一应用。”
    众人皆是一惊！
    康普顿的这个发现非常重要！
    尤其对于天文学而言，相对于多了一个理论测量手段。
    通过研究天体辐射光谱中的异常频移，就能知道很多信息。
    康普顿接着说道：
    “此外，电子在转移能量给光子后，经典理论无法描述其状态，必须使用费米-狄拉克统计才能解释电子的能量状态。”
    “大家请看，这是我研究出的电子状态函数。”
    这些年轻物理学家们的演讲都非常精彩。
    他们可不在乎量子力学是否完备，也不在乎它对世界的解释是不是违反直觉。
    反正量子力学已经在物理学的各个领域都发挥了重要作用。
    所以，昨天爱因斯坦的质疑，并没有降低大家研究量子力学的热情。
    反而因为他的接连失利，让量子力学更加深入人心。
    这一世的爱因斯坦也因为李奇维的影响，对量子力学逐渐改观。
    他不再那么固执地对这个理论产生偏见。
    量子力学和相对论都有各自的独到之处。
    不过，他昨天晚上想到了一个绝妙的点子，准备最后一问。
    不知不觉，第二日的会议结束。
    主持人洛伦兹解释道：
    “昨天我和布鲁斯教授商议，本次会议的时间会适当延长。”
    “所以，那些还轮到上台演讲的人，不要着急，明天上午继续。”
    “明天下午及后天是自由讨论日。”
    “大家针对这几天的研究成果进行更深入的交流。”
    “或许会诞生一些全新的理论和想法。”
    众人闻言神色兴奋。
    这一次应布鲁斯教授之邀请，几乎三分之二的人都作了报告，可谓精彩纷呈。
    如此多的思想相互碰撞，一定能迸发出不一样的火。
    11月1日下午。
    自由讨论会开始。
    众人三三两两，随意地在房间内或是走动，或者坐下，相互交流感兴趣的话题。
    房间内时不时响起爽朗的笑声。
    “量子力学的大厦已经完成！”
    这是很多人的内心的想法。
    随着李奇维提出互补原理、态迭加原理、波函数坍缩等概念，量子力学的理论基础已经全部完善。
    忽然有人感叹道：
    “我怎么觉得理论物理已经走到头了。”
    “现代物理学的两大支柱，相对论和量子力学，都成为成熟的理论了。”
    众人闻言皆是默默赞同。
    或许从今天往后，再也不会诞生基础性的理论了。
    物理学家们能做的，无非就是像费米、康普顿那样，把量子力学应用到未知的实验现象中，解释其原理。
    他们无需再额外创造更多的理论。
    “物理学的大厦真的建成了？”
    这时，李奇维和玻尔两人坐在一起。
    听到旁边的议论后，玻尔微微一笑。
    “老师，你认为这个观点对吗？”
    李奇维目光深邃，幽幽道：
    “当然不对！”
    “完善的只是量子力学，而不是物理学。”
    “至少我现在就能想出一个方向，令量子力学束手无策。”
    玻尔一惊，忙问道：
    “是什么？”
    李奇维笑着反问道：
    “玻尔，你认为经典电磁学中，最重要的概念是什么？”
    玻尔闻言，眉头微皱。
    他的脑海里一瞬间闪过很多理论：电流、电磁感应、库仑定律、麦克斯韦方程.
    但这些好像和量子力学都没什么关系。
    不对！
    玻尔忽然想到了第一届布鲁斯会议上的内容。
    他兴奋地说道：
    “老师，是场！”
    李奇维满意地点点头，说道：
    “没错，就是经典场的概念！”
    “物质、能量，都已经被量子化了。”
    “能不能把场也给量子化呢？”
    “那样会发生什么？”
    “我目前的一个研究方向就是关于电磁场的量子化。”
    “暂时还没有什么成果，所以这次会议我就没有提。”
    哗！
    玻尔闻言内心极度震撼！
    “天啊！”
    “场明明是连续的存在，怎么可能量子化呢？”
    “这个思想太超前了！”
    这一刻，他觉得自己听到了什么了不得的东西。
    老师的灵感简直无穷无尽！
    玻尔忽然觉得，量子力学可能还远远没有结束。
    真实历史上，李奇维所说的把场给量子化，就是把连续的场看成无穷维谐振子，通过正则量子化的方法，将场分解成一个个量子。
    场被量子化以后，有一个好处，那就是与量子化的粒子和能量变成同一状态。
    这样更方便从理论上阐述它们之间的关系。
    这就是大名鼎鼎的“量子场论”。
    在量子场论的框架下，宇宙中没有物质没有能量，只有各种各样的场。
    场的激发产生物质和能量。
    每一种微观粒子都有对应的场。
    产生光子的场是电磁场，研究电磁场和光子的相互作用的量子场论名为“量子电动力学（qed）”。
    产生夸克的场是夸克场，研究组成强力粒子的夸克的量子场论名为“量子色动力学（qcd）”。
    而这些理论最终组合在一起，就是后世最前沿最重要的理论：粒子物理标准模型！
    玻尔无论如何也想不到，未来的量子力学会多么璀璨！
    此刻，李奇维忽然微微一笑，他要给量子力学再添一把火。
    他笑着说道：
    “刚刚不是有人说，理论物理走到头了吗？”
    “现在，我要向他们展示一下，什么叫永无止境！”
    哗！
    玻尔大惊！
    老师难道又要提出什么惊世理论了吗？
    在众人的震惊下，李奇维站起来，走到前方，说道：
    “适才我和玻尔聊天时，又回想起前天的双缝干涉实验。”
    “我想到从另外一个角度重新阐述量子力学。”
    哗！
    众人皆是一惊！
    “天啊！”
    “我刚刚才说量子力学已完善，理论物理到头了。”
    “没想到转眼就被布鲁斯教授打脸。”
    李奇维继续说道：
    “在经典力学中，一个粒子的运动可以由牛顿运动定律精准预测。”
    “但在量子力学中，我们只能预测粒子出现在某处的概率。”
    “概率的数值是通过计算薛定谔方程的波函数得到。”
    “那么，有没有可能重新寻找一种方法来计算呢？”
    “我从电子的双缝干涉实验中找到了灵感。”
    “从整体来看，电子发射出来后，要经过双缝和显示屏，最终变成一个确定的状态。”
    “过程无非几种，要么单独通过左缝，要么单独通过右缝，要么同时通过两条缝隙。”
    “我们不需要计算，就能定性知道这些路径。”
    “但如果这时候把双缝改成三缝，甚至五缝、八缝，并且在前后多加几个缝隙板。”
    “这时候要如何研究电子的通过路径呢？”
    “它还会发生干涉吗？”
    “这种情况，现有的量子理论无能为力。”
    众人一脸懵逼，不明觉厉。
    这已经不是双缝实验，而是n缝实验了。
    “电子通过这些缝的路径有很多种。”
    “通过定性完全无法判断电子究竟走哪一条路径。”
    “因此，我想到一种解决方案。”
    “我把这些所有可能的路径全部累加，最终确定电子将要走哪条具体的路径。”
    “如此一来，我不需要知道电子的波粒二象性具体是什么。”
    “我只需关注电子的起始点和终止点的状态即可。”
    “没有什么波动，也没有什么粒子，电子只是从a到b运动。”
    “假设它有100条不同的路径，我就把100条路径以概率比重迭加，通过积分的方式计算最终走哪条路径。”
    咔咔咔！
    李奇维一边讲，一边直接在黑板上开始演算。
    各种积分看的人眼缭乱。
    足足二十分钟过后。
    他笑着说道：
    “诸位请看，这是我用新的方法，计算出电子通过双缝的结果。”
    “我从理论上证明了，单个电子必然会产生干涉。”
    “同理，把双缝换成三缝、八缝，可以得出不同的结果。”
    “我暂时把该理论称为【路径积分】。”
    “有了路径积分，我们完全不用考虑量子本身的情况，直接考虑所有可能性。”
    静！
    死一般的寂静！
    所有人都瞪大了双眼，心中震撼不已！
    “上帝啊！布鲁斯教授实在太逆天了！”
    “他到底是怎么想出来这种理论的？”
    “这简直就是大力出奇迹，以力证道啊！”
    矩阵力学中用跃迁来表示电子的状态改变。
    波动力学中用概率表表示电子的状态改变。
    这两大力学都是通过间接的手段，从某个角度描述电子从a到b的变化。
    因为量子力学的特性注定了，微观粒子的一切都不是不确定的，有无数种可能状态。
    物理学家不可能把每种状态都考虑到。
    但是今天，众人仿佛见到奇迹了！
    其他人不能，不代表布鲁斯教授也不能！
    那个男人就是不走寻常路，竟然直接以暴力计算出电子的所有可能路径。
    然后把这些路径全部加在一起，计算出最终路径。
    路径积分的想法实在太天马行空，惊世骇俗了！
    房间内顿时响起阵阵惊呼。
    “这简直就是量子力学的第三种形式！”
    众人骇然无比！
    真实历史上，量子力学的路径积分形式由大名鼎鼎的费曼在1942年提出。
    它的出现，把量子力学带入更高的层次。
    所以杨振宁曾说：费曼创造了真正的量子力学。
    路径积分为经典与量子之间搭建了一座桥梁。
    通过该理论的计算，能直接推导出f=ma。
    宏观世界里的确定路径，其实就是无数微观量子路径的迭加。
    而单个电子之所以是不确定的，是因为每条路径对最终结果的影响是相同的。
    所以，它们都有可能成为最终的路径。
    此外，基于路径积分形式，费曼还提出“费曼图”的概念。
    当然，这一世要变成“布鲁斯图”了。
    它帮助物理学家用更形象的方法，处理量子场论中各种粒子的相互作用。
    路径积分形式和后来的量子场论密切相关。
    此刻，海森堡和薛定谔二人神色狂热！
    他们各自的理论都是在布鲁斯教授的指导下完成的。
    没想到对方竟然还能想出量子力学的第三种形式。
    而且这种形式看起来比矩阵力学和波动力学更深刻。
    它不仅是一种物理理论，更是一种数学思想和方法！
    从全新的角度审视量子。
    二人心中顿时佩服的五体投地！
    “布鲁斯教授和我们永远不是一个层次的人！”
    玻尔崇拜地看着老师。
    他的脑海里还回想着刚刚的谈话。
    “路径积分或许还不是量子力学的尽头。”
    “真是期待老师在场量子化方面的研究，一定会再次轰动物理学界吧。”
    李奇维看着众人震惊的表情，脸上淡定。
    至此，量子力学大功告成，接下来的就该量子场论横空出世了！
    (本章完)