烤箱与量子力学的诞生
在19世纪末,物理学家已经知道,当我们加热一个物体时,它会释放出电磁辐射。问题在于,他们还不知道会发出哪些波长的辐射以及发出多少辐射。他们已经观察到,较热的物体比较冷的物体发出更蓝的光,换句话说,发出的光的波长较短,但是还没有人建立这种联系的方程。 在接下来的几十年里,科学界收集了一些关键事实。首先,热量使构成物质的粒子来回振动;其次,物质含有大量的正电荷和负电荷;最后,当你振动电荷时,它们会发出电磁辐射。因此可以合理地猜测,热的东西之所以会发光,是因为内部的电荷在受热振动时会释放出辐射。 1899年,就在人们对维恩的分布定律感到兴奋之际,实验者报告了使用烤箱法进行的新的高精度测量,但这个消息并不好。维恩定律或多或少适用于可见光和紫外线,但研究人员越深入红外线,该理论的偏差就越大。 瑞利-金斯定律所以,物理学家就被困住了。一方面,我们有维恩定律,在短波上运行良好,但在长波方面与实验不符;另一方面,瑞利-金斯定律适用于长波,但对于短波长确实灾难性的荒谬。 普朗克最后是我们熟悉的环节,物理学的救星马克思·普朗克出现了,他找到了一种将两条曲线缝合在一起的想法。他利用了一些数学技巧,让普朗克公式在短波长下看起来像维恩定律,而在长波长下看起来像瑞利-金斯定律。普朗克的猜测与数据完美契合,适用于所有波长。他发现要使方程式有意义,某些项必须是整数,也就是说能量必须是离散的。普朗克发现了量子力学。 |
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强CP问题的理论来源和从数学中推测的假设粒子
考虑到弱力当中的CP对称性破缺,我们很自然地想到这种情况是否也发生在强力中。我们对强力的最佳理论描述是量子色动力学(QCD),用QCD导出的强力运动方程实际上允许违反CP对称性,如果强力违反了CP对称性,则中子应该表现出一个电场——就像正电荷和负电荷形成的偶极子电场,我们非常精确的测量并没有发现这样的场。这种理论与实验之间的差异被称为强CP问题,对强CP问题提出的解决方案之一是轴子。
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从理论上探索奇异星的存在:古代记录的第一颗客星可能是夸克星
一颗死亡的恒星的核心必须在难以置信的引力下坍塌,我们知道中子星依靠的简并压力而免于坍缩成黑洞,但是比最大质量中子星更大的核心最终会变成黑洞。我们需要从确定存在的恒星残骸——中子星开始。中子星是在一个非常巨大的恒星核心耗尽所有可能聚变的燃料后坍塌产生的,夸克胶子等离子体的微小斑点就会存在几分之一秒。中子星中的夸克物质是由极端的压力形成的,而不是夸克时代或大型强子对撞机超过万亿开尔文的温度。