怎麼讓原子發生躍遷（原子裡99都是虛空）

2023-10-26 05:38:34 1

在廣義相對論發表後的短暫的幾年內，阿爾伯特愛因斯坦成為家喻戶曉的名字，那時的愛因斯坦猶如天王巨星，生龍活虎而又廣為人知，他，也許還有卓別林成為了大眾媒體的統治者。人們追隨他的成果並對之充滿期望，因為他對廣義相對論的研究如此精彩絕倫，他改寫了引力理論，人們希望他能再接再厲並期盼能目睹這一切發生。

儘管愛因斯坦成果顯赫，他並沒有滿足，他馬上把目光轉向更為偉大的目標，將對引力的新發現與當時唯一的另一已知作用統一，那就是電磁力。僅在幾十年前電磁力本身才完成了自己的統一。18世紀中期，電力和磁力引發了無數科學家的研究興趣，這兩種力仿佛有著某種奇怪的聯繫，發明家塞繆爾摩爾斯將兩者運用到新發明裝置中，例如電報機。

一個電脈衝通過電報線向千裡之外的磁體發送信號，產生相似的點號和波折號稱為摩爾斯電碼，它可以使信息在不到一秒的時間裡傳送到五湖四海。儘管電報機轟動一時，但它的工作的基本數學原理仍然是個未解之謎。

但是對於蘇格蘭科學家麥克斯韋而言，電力和磁力終將歸於統一是順理成章之事。如果你曾在暴風雨來臨時，站在山頂上，你就會明白電力和磁力的關係是如此緊密。當帶電粒子流動時就像閃電，它會產生磁場，可以從羅盤上找到證據。

沉迷於對這種聯繫的研究麥克斯韋決定以數學的語言解釋電力和磁力之間的關係，這項研究有了新發現，麥克斯韋發現了由四個精美的數學方程組成的方程組，他們將電力和磁力統一成為了「電磁力」，就像之前的牛頓，麥克斯韋的統一讓我們離解開宇宙的奧秘更近了一步。

這項成果意義重大，那些不同的現象通過這種方式聯繫了起來，這又是一個多種多樣的現象都基於同一種結構或原理的例子。想像一下你能想到的任何和電磁有關的事情都可以用四個非常簡單的方程表達，是很不可思議的。愛因斯坦認為那是物理界最為輝煌的時刻之一，他非常欽佩麥克斯韋的成果。

大約在麥克斯韋將電力和磁力統一的50年後，愛因斯坦很有信心，如果他可以把新引力理論與麥克斯韋的電磁力整合，他將得出一個主方程，足以描述萬事萬物，乃至整個宇宙。愛因斯坦堅信宇宙運行在著一個高於一切的共通的每秒模式，他之所以鑽研統一場理論，答案很簡單，那就是他想了解造物主的秘密，探究萬物的法則。

如今，這就是弦理論的目標，統一我們所認知到的一切，從宇宙的誕生到銀河系宏偉的渦旋，以一條原理一條主方程囊括一切。牛頓已經將天堂與凡間用引力統一到了一起，麥克斯韋已經將電力和磁力統一，愛因斯坦則思考這餘下的一切，試圖尋找到「萬物至理」，可以包含所有宇宙的法則，那就是將引力新原理與電磁力結合。

愛因斯坦的確有很多理由，其中之一也許是對美的追求，也就是對於簡潔的追求，另一個或許是物理事實，就像引力的速度等於光速，所以如果他們的傳播速度相同，也就意味著他們有某種潛在的對稱性。

但是當愛因斯坦開始嘗試整合引力學和電磁學時，他發現兩者之間不同之處遠遠多過相似之處。我們一般認為引力十分強大，但是與電磁力相比，其實相當微弱，有個簡單的實驗可以證明，想像下如果你要從很高的建築物躍下，事實上，不要只是想像，我們都在電視上甚至現實中看過跳樓的瞬間，毫無疑問你肯定會被摔扁。但重要的是，你想過沒有，是什麼防止你穿入地面，然後猛烈撞擊到地核呢？

這聽起來很奇怪，答案就是電磁力。如果你留意過原子的結構就會知道，組成世界萬物包括你我的原子內部99%以上的是空的空間，事實上原子內部的原子核和電子只佔據了不到1%的空間，剩下的全部是虛空，那也就意味著你我本身99%以上都是空的，按理說當你落到地面後受到地心引力牽引，應該直接穿過地面，因為地面也是由原子組成的，也基本全是空的，但事實上你並不會穿過地面！我們看到的一切，從你到我，到周圍的建築物，都是由許多很小的原子組成，每個原子表層帶著一個負電荷，所以當你的原子與水泥地的原子相撞，電荷互相排斥的力量是如此強大，只是你落下的那一小塊水泥地就可以抵禦整個地球的引力，防止你繼續往下掉，事實上，電磁力比上億倍的地心引力還要強大。

聽上去有點奇怪，因為地心引力讓我們的雙腳著地，可以讓地球繞著太陽轉動，但是事實上只有龐然大物之間才能感受到引力的存在，但是在原子層面，引力是個相當微弱的力。對於愛因斯坦，整合兩個截然不同的力是一場艱苦的戰鬥，更糟糕的是，物理世界翻天覆地的變化他卻置若罔聞，愛因斯坦有點落伍了。

愛因斯坦一路輝煌到1920年左右，他當然很希望可以繼續將理論遊戲玩轉，繼續取得偉大成就，但是他失敗了。上世紀20到30年底人才輩出，愛因斯坦曾掌握的特定技巧和工具雖然獲得過舉世矚目的成就，但是似乎已經不再適應之後當時的物理界。沒有人否認愛因斯坦的偉大，但愛因斯坦之後肯定會有比他更偉大的物理學家，這是毫無疑問的，這也是人類科學能夠快速發展的關鍵。