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第七百零七章 馮·諾依曼


更新時間:2024年07月04日  作者:三秋空城  分類: 歷史 | 清史民國 | 三秋空城 | 游走在晚清的亂世理工男 
玄幻奇幻


獲得諾獎后,吳有訓被邀請在歐洲幾所大學進行一波巡回演講。

反正這是好事,可以繼續大大提高威望,而且也能比歷史上提前很多年獲得國外的院士地位,名聲這東西還是很有用的。

李諭則在這段時間與湯飛凡先去了趟柏林。

湯飛凡對歐洲科學界尤其是德國一直挺向往,因為在20世紀20年代,科學的語言其實是德語,而非英語。大量的科技文獻,尤其是數學、物理這兩大支柱級學科里,第一手文獻往往都是德語的。

德國的醫學、生物學同樣不弱,雖然科赫已經過世,但德國科學界一直有個傳統,他們的科學聯合會叫做“自然科學與醫學聯合會”,肯定要把醫學捎帶上。

湯飛凡迫不及待先去視察視察拜耳藥廠,李諭則來到了柏林大學。

現在柏林大學聚集了普朗克、愛因斯坦、薛定諤、邁特納等好幾個大牛。

愛因斯坦還在和薛定諤研究量子的問題。

“兩位教授,上午好,”李諭笑道,“你們在聊什么?”

“自然還是該死的概率,”薛定諤說,“我越發覺得概率解釋是不是過于數學化了,這違背了我的初衷。”

愛因斯坦則有些猶豫:“數學化本身沒有什么問題,如何尋找物理本質才是關鍵。”

李諭指著他們身后的黑板:“解釋不了的地方不少,比如那個波函數的解。”

薛定諤頹然說:“真的很難想通。”

仔細對比對比,柏林大學選擇薛定諤接替普朗克真的蠻合適的,兩人在科學方面非常像,都做出過巨大貢獻的同時又有些保守,不敢再多邁幾步。

要是站在柏林大學的角度,可能覺得這是穩重。

小黑板上的解說起來沒啥,就是一個帶有虛數i的解。

需要小小留意:概率解釋中提到波函數Ψ的平方,計算中不是簡簡單單的Ψ×Ψ,復數的計算需要用到復共軛等內容。

而這個解除了概率解釋外,還有很多說不清道不明的東西,最典型的自然是后來狄拉克通過自己的方程預言的正電子。

數學和物理結合起來就是這么神奇,很多方程在數學上能求出千奇百怪的解,但至于它們代表了什么就非常難解釋了,往往需要頂級的頭腦才行。

愛因斯坦笑道:“幸虧這個函數不是我搞出來的,不然每天聽到那首小曲我能瘋掉。”

李諭問:“什么小曲?”

“你沒有聽過嗎?”愛因斯坦訝道,然后簡單哼了幾句:

“埃爾溫用他的Ψ

可以做很多計算,

但有一點尚未被發現:

Ψ到底是什么意思?”

李諭也樂了:“離開布魯塞爾時,我曾聽泡利說,薛定諤教授竟然連自己的波函數可以用概率解釋都不知道,所以薛定諤不懂薛定諤方程。”

這是個薛定諤還活著的時候就流行的梗。

薛定諤聽了有些尷尬:“我當然懂我的方程。”

愛因斯坦揶揄道:“那你怎么不去聽聽馮·諾依曼最近的研討會,他正在試圖用數學去解釋量子力學。”

薛定諤搖頭道:“他是個優秀的數學家,但一定不是個優秀的講師,聽他講課還不如自己研究。”

李諭納悶道:“有這么困難?”

薛定諤說:“不信的話,你自己去試試。”

馮·諾依曼目前在柏林大學做兼職講師。

他是個匈牙利裔美籍猶太人,至于“馮”這個姓氏,是奧匈帝國皇帝賜的姓,因為他老爹是個很厲害的銀行家。

馮·諾依曼是個天才,過目不忘那種,現在他研究的領域和狄拉克有點相近,都是數學物理,只不過狄拉克更偏物理一點,而馮·諾依曼更偏數學,畢竟馮·諾依曼搞的主要就是數學。

李諭來到他的研討會,馮·諾依曼注意到了李諭。

“院士先生,您竟然來了。”

李諭微微一笑:“先生繼續講就是。”

不出十分鐘,李諭就明白為什么薛定諤說他不是個優秀的講師了。

馮·諾依曼的思路、語速還有板書的速度都極快,壓根不在乎下面的人跟沒跟上他的節奏。

數學這東西吧,到了一定境界,本來就難得出奇,你還不給人消化的時間,根本沒人受得了。

而且馮·諾依曼沒有準備演講稿的習慣,大家手里沒有什么參考材料。

他在臺上滔滔不絕,然后在黑板上迅速進行數學演算,一旦黑板寫滿了,就立馬擦掉一大片之前寫的方程,然后繼續自顧自演算,在場的所有人幾乎都不知道他到底在說什么。很多人戲稱為“擦黑板證明”。

四十分鐘后,馮·諾依曼拍拍手,“好了,我講完了,有什么需要問的嘛?”

臺下的十幾人面面相覷。

“太好了!”馮·諾依曼高興道,“我就知道所有人都理解了我所說的。”

大家趕緊一通鼓掌。

眾人走后,馮·諾依曼對李諭說:“今天來的基本都是純數學領域的研究者,這種計算量大部分物理學家不會用到,不過我知道李諭先生的計算能力也異常出眾。”

李諭笑道:“過獎,過獎。”

真的是過獎,因為自己的計算能力全靠有臺作弊一般的計算器。

而馮·諾依曼則是純手算,很駭人。

后來他參加了曼哈頓計劃,是整個研究團隊中計算能力排名第一的,費米第二。

日本爆炸的兩顆原子彈,第一顆叫做小男孩,第二顆叫胖子。小男孩是鈾235的鏈式反應;而胖子換成了钚239。

由于钚239比較活潑,所以需要精確地計算才能控制它的起爆,不然沒落地就炸了。

這個極為復雜的計算就是馮·諾依曼完成的,堪稱人形計算器。

另外,馮·諾依曼依靠自己的數學能力,還分析出了最佳爆炸高度。他發現原子彈在空中某個位置起爆,比落地后再爆炸效果好很多,這個高度數值550米是他算出來的。

妥妥的昭和英雄!

費米的計算能力雖然屈居馮·諾依曼之下,但也不能說人家弱。當年原子彈試驗,費米僅靠隨手扔出的一把紙屑,就估算出了爆炸能量的數量級。

至于后來馮·諾依曼轉行搞電子計算機,也是因為他的計算能力太出眾,一不留神又成了現代計算機之父(這個稱呼有好幾個人共享,比如圖靈)。

李諭只能岔開數學的話題,盡量往物理上引一引:“聽你的講座,似乎想探究物理世界的本質,探究量子力學到底要告訴我們什么?”

“院士先生的洞察力世所罕見,竟然在這么短的一堂普通數學研討會上就看出了我的方向,”馮·諾依曼很驚訝,然后承認道,“沒錯,我想知道在這些優雅的數學之下究竟發生了什么。”

李諭笑道:“下面肯定暗流涌動。”

馮·諾依曼贊同說:“微觀領域太神奇了,比任何冒險都有趣得多,因為那里滿滿都是未知。我看到已經有人做成功電子散射實驗,證明了電子具有波的性質,這簡直太恐怖了!

“既然可以是波,那么電子就有可能做出雙縫實驗,甚至單電子的雙縫實驗,想想就不寒而栗!

“單電子!它要自己同自己干涉?”

這個問題困擾了物理學家很多年,但不包括李諭在內……

李諭說:“依我看,概率是個好東西。概率是什么?是不確定,是模糊不清。所以,我認為電子說不定不是一個常規認為的實心小球。”

馮·諾依曼大驚:“怎么可能!”

李諭說:“只有這樣假設,很多事情才能說得清。你還記得愛因斯坦教授關于宇宙有限無界的說法嗎?”

馮·諾依曼點點頭:“當然知道。”

“微觀粒子也可以借用類似的假想,”李諭說,“電子可能就是一種有半徑無體積的模糊的……”

“模糊的什么?”馮·諾依曼問。

“模糊的能量場。”李諭說。

馮·諾依曼此時反而沒有那么驚訝:“院士先生也想用數學來處理物理學?”

李諭聳聳肩:“已經沒有其他辦法了。只能假設電子只有半徑,但沒有體積,甚至沒有邊界,更不會有內部結構。”

馮·諾依曼說:“那不就成了零維度的點粒子,根本不占據空間,只是一個點?”

李諭說:“說不定就是這樣,至少數學上可以這么處理。用不了多久,英國的狄拉克先生估計就會寫出他的新論文,——他在布魯塞爾時是這么說的。”

“有點意思!”馮·諾依曼說,“不過我暫時還無法接受電子沒有內部結構的說法。”

“要是現在什么都知道,就沒意思了。”李諭輕松道。

馮·諾依曼說:“可惜我不懂實驗,不然真想利用電子的衍射來測量一下電子半徑,看看是不是如先生的理論推導那樣。”

李諭攤手道:“目前的條件肯定做不了這么精準的實驗。”

從實驗的角度,用電子轟擊電子,再通過散射角度確實可以推測出電子的半徑。

后來物理學家就是用的這個辦法去測量電子半徑。但實驗結果卻讓人瞠目結舌,異常詭異:

被測量的電子的半徑,會隨著轟擊電子的能量大小而變化!

因為轟擊的電子會傳遞一部分能量給另一個電子,從而導致其能量提高,粒子性變得更明顯,半徑就會更小。

如果要測量更精確的半徑,就要用更高能量的電子轟擊,半徑就會更小,陷入死循環。

直到波長逼近康普頓波長這個下限。

也就是說,電子的半徑無法測量得很精確。——嗯,又是波粒二象性和不確定原理在作祟。

所以物理學家才猜測,電子很可能作為基本粒子,并沒有內部結構,或者換個更嚴謹的說法,電子的內部結構對于我們來說是未知的。

據此推測,電子或許就是個模糊不清的能量場。因此你要是說它體積無限大,貌似也不完全錯。

這個理論可以用于解釋量子糾纏:因為這兩個分裂的粒子,用的本來就是一個能量場,你對其中一個進行測量,也就是同時對另一個測量了。

單電子雙縫干涉也能解釋:畢竟是模糊不清的能量場嘛,它就是同時通過了兩個縫唄。

馮·諾依曼表現得和狄拉克一樣佛系:“果然還是研究理論有意思,不用等到實驗結果,數學就可以昭示一切。”

他坐回椅子上,倒了一杯威士忌喝了一口,嘖嘖道:“美國人的酒真是無趣,就這釀酒水平還禁什么酒。”

李諭好奇問道:“你會去美國任職嗎?”

“美國?怎么會!美國的科研能力太差了!”馮·諾依曼笑道,突然轉念一想,“不過去那里好像可以輕松混個正教授。”

他家是開銀行的,不缺錢,就是缺點名。

李諭笑道:“確實沒什么難度。”

馮·諾依曼的朋友維格納1980年代末曾經在采訪中說:“20年代的美國有點像蘇聯:一個沒有一流科學訓練或研究的大國。當時德國才是世界上最偉大的科學國度。”

馮·諾依曼顯然更想留在德國,尤其是他現在研究的就是量子理論的數學基礎,在德國才能及時看到文獻。

話說雖然很多人不知道,但馮·諾依曼在量子領域的貢獻一點都不小,幾年后他寫了一本《量子力學的數學基礎》,非常牛。在書中他徹底剖析了波函數如何坍縮、何時坍縮,甚至是否坍縮等所謂的“測量難題”。

不過他的書中沒有回答另一個本質的問題:什么導致了波函數的坍縮。

馮·諾依曼雖然沒有回答,但給了一些暗示:人的意識。

當然了,這個觀點不僅哥本哈根派不認,愛因斯坦也不承認。

還有比較有意思的是,馮·諾依曼的這本《量子力學的數學基礎》剛出版,就有了一個小粉絲,這個小粉絲叫做阿蘭·圖靈。他是這么描述此書的:“讀起來非常有趣,一點也不難。”

李諭自然知道兩三年后馮·諾依曼就會去美國普林斯頓,于是對他說:“一個國家一旦工業強盛,并有了足夠的資金后,自然會想著提升學術水平,說不定對岸的大學會高薪來挖人。”

馮·諾依曼倒是實誠,默許道:“他們最好允許我喝酒。”


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