首頁>>> 量子論-摩羯座的大神

量子論-摩羯座的大神

大家好，今天我們繼續聊量子物理史話，我們今天説大神“艾薩克・牛頓”。出生於1643年1月4日，摩羯座！所以今天我們的題目叫做可怕的摩羯男。

量子物理史話的這本書，他內容講到量子跟光是分不開的，所以這本書前期幾乎全是在講光，那光的本質是什麼呢？我們今天知道了光有波粒二象性，但是事實上背後的故事非常的多，就像我們上大學的時候，大學老師講微積分的時候，其實微積分當時是由牛頓和萊布尼茨同時發明的，假如我們的老師講牛頓是怎麼跟萊布尼茨進行爭執的，可能這個故事會更有意思，也許是因為課時的時間限制，所以我們聽不到精彩的故事，今天我們來聊聊這個著名的小心眼兒和胡克之爭。

其實我們一生當中見的最多的就是光了，從古希臘開始，到我們中國的傳統神話，很多的預言都是從光開始，往往是什麼“一道亮光劈開了混沌的黑暗，然後世界就開始了運轉”。這些故事中、西方都有，那光究竟是什麼東西呢？關於這個問題，在古代人們雖然認真思考，但一直百思不得其解。比如説柏拉圖曾經認為光有三種，一種來源於眼睛，第二種來源於被看到的物體，第三種來源於光源本身，而視覺就是這三種的綜合作用的結果。當然這種假設無疑太複雜了。

後來在歐洲中世紀，人們開始對光做出了一個判斷，有一個意大利的教授叫格里馬蒂，他做了一個實驗，讓一束光從兩個小孔穿到一個黑暗的幕布上，發現了投影出來的光的邊緣是有明暗條紋的，這就讓人聯想起水波的衍射，所以大家認為光很有可能是類似水波的一種波動，這是最早被提出來光是波動的一種學説。這種學説其實就比柏拉圖提出來的“光是從自己眼睛裏發出來的、從被觀測的物體上發出來的”學説，離我們近現代的這個科學相似得多了。在皇家學會有一個人叫做羅伯特胡克，胡克其實他是支持這種光的波動學説的，因為他曾經仔細的觀察光在肥皂泡裏映射出來的色彩，以及光通過非常薄的那種雲母片所產生的光程。後來他寫了一本書，在1665年出版的叫《顯微術》，當中就明確地支持了光是一種波動的理論，胡克提出這個原理不久，就有一個人登場了，這個人就是大神牛頓。

牛頓那簡直可稱全才，二十九歲的時候就成為了皇家學會的會員，當時他因為研製出來了一個望遠鏡，所以加入了皇家學會。牛頓加入皇家學會以後，第一次給皇家學會提出的實驗報告，就是他所做的一個叫做光的色散實驗，這個色散實驗其實是他做過的最著名的實驗之一，當時科普讀物裏描繪這個場景，“炎熱的夏天，牛頓帶着一個厚厚的假髮，在一間小屋裏，窗户都封死了，所有的窗簾也拉上，怕光進來，屋子裏面又悶又熱、一片漆黑。這個時候一束光從一個特地留出的小孔裏面射進來，牛頓不顧自己身上汗如雨下，全神貫注地怎麼怎麼樣做實驗”。

我覺得這個我們可以當故事聽，就像我們聽牛頓的蘋果砸到腦袋上的故事一樣。當然我們現在去旅遊，好像專門還有牛頓蘋果落地處這樣的一個景點，聽起來就像你們來山東旅遊的時候，可以看到有一個景點，叫做武松殺潘金蓮兒還是殺西門慶之地，我覺得這個基本上都可以當做故事去聽。但正是這個時候，牛頓得出了一個結論，説白色光是由七彩光混合而成的，然後這個混合和分解，首先光得有不同的顏色、顆粒或者微粒，這樣它才能混合和分開。

這個結論拿到皇家學會宣讀，聽的人很多都是知名的人物，除了胡克以外，還有萊布尼茨等等。當時胡克不僅批評了這個文章，並且提出這個文章裏竊取了他1665年的時候的思想，説牛頓原創的微粒學説根本就不值得一提。在我們今天看來，胡克犯的最大的錯誤就是沒有把牛頓這個小夥子看在眼裏。事實上，牛頓有生以來也沒有見過這樣直接了當的批評，居然説自己竊取了別人的成果，那麼這個仇就算結下了，牛頓一開始從他的著作裏面刪除引用胡克的原文，把尊敬的胡克先生就改成胡克兩個字，甚至到後來用詞越來越難聽、非常的尖刻。

不管因為什麼，也許就是因為牛頓跟胡克關係的惡化，所以他後來就一直一邊倒的支持微粒學説，站在了原來胡克所擁護的波動學説的對立面。牛頓恨胡克恨到一定程度了，只要胡克在皇家學會一天，他基本上就不去那裏開會，最終胡克同志在1703年早走了一步，牛頓不久就順理成章當上了皇家學會的主席，而且他用他的鐵腕統治了這個學會長達二十四年，據説牛頓把所有胡克的畫像全部摘掉了，到今天為止沒有人知道胡克長什麼樣子，好像在前幾年有人紀念胡克三百週年的時候，去全世界的範圍內徵集胡克到底長什麼樣子的畫像，還徵集到了一幅油畫。

那麼，和胡克去爭光的波動學説、微粒學説的牛頓，或者説跟萊布尼茨爭微積分的發明人是誰的牛頓，到底跟他的星座有沒有關係？因為摩羯座網上是這麼評價的，叫船頭驚鬼、船尾驚賊，而且一旦堅持己見那就不達目的絕不罷休。所以牛頓在胡克死去沒兩年，就發表了他自己的皇皇鉅著，叫做光學。光學和他的另一個著作自然哲學的數學原理，這兩個不朽的名著被奉為了不可動搖的金科玉律。

光學裏講光的微粒學説，在此後的一百年裏，沒有人去動搖這個理論。比如他提出假如光是波動，那為什麼它不會像聲音一樣？聲音不就是波嗎？如果光跟波一樣、跟聲音一樣，它就應該能繞過物體。但我們顯然看到光被物體擋住了以後，他並不能繞過去，所以那他肯定不是波動，他提出了很多這樣的一些論證，非常好的解答了光是一種粒子，而不是一個波動。就在這個時候的牛頓，他已經是出版了原理的牛頓，他已經是發明了微積分的牛頓，他已經是國會的議員，他已經是造幣局的局長，他已經是皇家學會的主席，他已經是一個大神級的人物了，世界各地的人只有對他的力學體系鼎力崇拜，他發表的光學這個著作，只能是得到大家的頂禮膜拜。

關於光到底是什麼性質這樣的一場戰爭，我們稱之為第一次波粒戰爭。以胡克為代表的波動學説慘敗告終。其實胡克也算是一位偉大的科學家，因為他曾經幫助過波義爾發現波義爾定律，然後用自己的顯微鏡還發現了植物的細胞，以及他還做過倫敦很多的名勝古蹟的修復，它也是個建築學家，他發明和製造過的儀器，顯微鏡、發條、擺鐘、氣壓表等等，當時都是無與倫比的，以及它所發現的彈性定律也是力學的最重要的定律之一。