在這股市動蕩之際,是不是不予理會,更顯得指數投資的優越性呢?哈!這幾天又讀了一本量子力學的科普書,因為它描述的派別很多,不限於一門一派。而且始終用門派對決的觀點來敘事,像是看武俠小說一樣,我特別地喜歡這樣風格,所以又入坑了。
本書作者曹天元(Capo),1981 年生,其它沒有過多的介紹,大概是因為他是大陸人的關係。這邊主題是科學,我們就放下政治和宗教了。立刻開始我們的波粒第一戰。
[波派] 格里馬第(Francesco Maria Grimaldi)發現光通過狹縫或障礙物邊緣時的偏折現象,並提出「繞射」概念。著作在 1665 年死後出版,成為波動說的重要證據。
1664 年,波義耳 (Robert Boyle) 出版《關於顏色的實驗與思考》,提出顏色是光照在物體上反射出來的。
[波派] 胡克 (Robert Hooke),他曾是波義耳的助手。 1660 年,他根據觀察格里馬第的實驗,認為光是一種快速的脈衝。1665 年在《顯微術》(Micrographia)一書中明确地支持波動說。
[粒派] 1666 年,牛頓發現了光的色散現象。因為光走直線,他認為光是粒子。
1672 年,牛頓投論文到皇家學會,文章解釋了光的色散和復合 (回白光)。審查論文的胡克認為光的復合是抄他 1665 年在《顯微術》的發現,粒子說則是錯誤的。牛頓大怒撤回論文,視胡克為終身仇家,從此成為堅定的大粒派。
[波派] 1690 年,惠更斯 (Huygens) 在《光論》(《Traitė de la Lumiere》)提出光是一種波動。並用波前思想解釋反射與折射。
[粒派] 1704 年,牛頓發表了《光學》,以粒子為基礎加上新的假說,解釋了反射、折射,和先前各種波派看到的現象。加上有了國會議員和皇家學會會長的身分加持,波派暫時被打垮。至於牛頓為何會得到這些身分呢?當然是因為他在力學上的成就,連帶影響到了 “粒"學的說服力。
其中,牛頓解釋繞射是因為以太 (Aether) 的關係。以太是古希臘時期,亞里斯多德認為的第五元素。雖然現在已經認為它不存在。但是這個名字恰好被用來命名 Ethernet,倒是因而變得永垂不朽了。
波粒第二戰當然是靠波派的反攻。
[波派]1801~1803年,托馬斯·楊 (Thomas Young) 做出雙縫干涉實驗,說明光會干涉,這在當時被視為光不是普通牛頓式粒子的有力證據。不過牛頓權威仍在,許多人依然相信粒子說。
[粒派,誤助波派]馬呂斯 (Etienne Louis Malus) 在 1809 年發現的偏振現象。偏振一開始讓波動說很尷尬,因為當時許多人 (例如胡克) 把波想成類似聲波的縱波;若光只是沿傳播方向振動的縱波,就很難解釋為何光會有特定的振動取向。馬呂斯本人傾向粒子說,因此認為偏振對波動說不利。沒想到後來這反而成為光是橫波的重要線索。
1819 年,法國辦了一個光衍射的論文比賽,評審都是粒派大老,像是比奥(J.B.Biot)、拉普拉斯(Pierre Simon de Laplace)和泊松(S.D.Poisson) [1]。大家學數學時少不了被他們荼毒。
[波派] 菲涅耳 (Augustin Fresnel) 投稿論文說,如果光是橫波,那偏振就不是問題啦!這是個創新的觀點。
評審帕松認為,如果菲涅耳說的橫波是真的,那麼一個圓盤遮蔽光線時,陰影的中心應該會出現亮點,這個太不直覺了,所以應該是錯的。泊松的同事阿拉果 (Franois Arago) 堅持做個實驗看看,結果陰影下真的有亮點!菲涅耳因此得到論文大獎 (Grand Prix) !
題外話,泊松賺到了人稱那個亮點是 “泊松亮斑" 的虛名,有時它也被稱作是 “阿拉果亮斑",兩個人都有得分。馬呂斯發現的偏振後來成為偏光眼鏡技術的理論基礎。
書上還說阿拉果其實是那篇論文的共同作者,但是橫波這部分的假說太過前衛,他身為知名人物沒有勇氣署名,於是把 “物理光学之父" 的稱號平白送給了當年 31 歲的菲涅耳。
[波派,補刀粒派]1850 年,傅科(Foucault) 測量出水中的光速比空氣中慢。按照牛頓的假設,水的折射率比較高,光粒被水拉扯、吸引後應該要加速。就如同光通過三稜鏡一樣,不同顏色的光粒因為質量不同,所以被吸引的速度也不同,被吸引得愈厲害,折射角就愈大。
畢竟老牛有錯在先,人走書還在,此時已然百口莫辯。這個原本應該對粒派有力的實驗,反而打得自家基礎動搖。按照牛頓力學,就算光是粒子,它通過水分子時產生阻力而變慢,完全 “說" 得過去。不過既然老牛以前講錯,現在等於拿刀給對手砍了。
BTW,以現代觀點來看,光在介質中變慢並不是簡單因為光子像小球一樣受到「阻力」,而是電磁波與介質中的電子相互作用,使宏觀傳播速度降低。因此現代的「光子」概念並不等同於牛頓式小粒子。(AI 審稿要我補這句,以免教壞小孩。)
波派在這裡還有個小問題,那就是光沒有介質,怎麼能傳遞波動?所以 “以太" 假說還是得拿出來講故事,以太必須又稀疏、又堅硬、又透明、又絕對靜止,既不影響星球運行、太陽光還能波動到地球上來,這個假說有點太假。不過牛頓自己也引用過以太,這應該算是 “波粒式" 的共業了。
[波派,電磁波認親]1856,1861 和 1865 年,馬克斯威爾 (Maxwell) 發表了三篇關於电磁理論的論文,預言光也是一種電磁波。
[波派,寫進族譜]1887 年,赫茲 (Hertz) 實驗證明光是電磁波。
總之,古典牛頓式粒派至此 “人" 設崩壞。第二戰波派勝出。
[勘誤]
- 本書 p.10, Poisson typo 為 Poission.