《量子物理史話》視覺筆記 1:第一次波粒之戰

量子物理史話》是一本很好看、也很容易懂的書。如果你不是本科、想要了解量子物理,推薦你從這本書入門。它的故事性很足,很好進入、也很有趣。

這篇視覺筆記對應的書章節為 Chapter 01 黃金時代(前半)。

波粒之戰

波粒之戰,說的是對「光的本質」的爭論 —— 光,究竟是一種波動?還是一種粒子?

歷史上科學家們總共爭論過三次:

  • 第一次波粒之戰發生在 17 世紀,最後是「微粒說」勝出。
  • 第二次波粒之戰發生在 19 世紀,最後是「波動說」勝出。
  • 第三次波粒之戰發生在 20 世紀,最後 ⋯⋯ 發現原來兩邊都對!光既是一種高頻的電磁波,又是一種由稱為光子的基本粒子組成的粒子流。因此光同時具有粒子性與波動性,或者說光具有「波粒二象性」。[wiki]

波粒之戰的發展,和量子力學的發展息息相關,這也是為什麼作者從對光的研究開始說起。

這一篇要畫的,就是「第一次波粒之戰」。

結論放前面

首先,這張圖是關於兩大陣營:「波動」和「微粒」。

(點擊放大)
  • 有三個時期:古希臘、中世紀、17 世紀;時間順序是由圖的下方開始,往圖的上方走。
  • 三個主要人物。
  • 最後:贏的是「微粒」陣營。

再進一步討論:

(點擊放大)

古希臘時期,人們認為光是「微粒」,這樣的看法也符合當時流行的元素說。而波動說則要晚一點才出現。

之後經歷了一段黑暗的中世紀,沒有什麼進展。

到了 17 世紀,光學正式被確立為一門物理學科。望遼鏡和顯微鏡的應用大大促進了幾何光學的發展。

不過雖然科學家掌握了許多光的特性,對「光的本質」卻沒有定論。這也是第一次的波粒之戰:光的本質是波?還是粒子?

波動派的主要代表人物為:虎克(書中譯作「胡克」)、惠更斯;微粒派的主要代表人物為:牛頓。

最後由牛頓的微粒派獲勝。在這次大戰後,「光是微粒」成為物理學的主流觀點。(直到第二次波粒之戰)

細節放後面

有了前面提到的大致架構,再把人物、年表等細節加上之後,就成了這次的視覺筆記:

(請由下往上讀,或到 behance 看大圖。)

(點擊放大)

希望這張圖可以成為你閱讀《量子物理史話》的好幫手。

後記:第一次波粒之戰・不正經心得

  • 果然活得久還是有用⋯⋯/牛頓君好有手段

牛頓在對手陣營的主要人物惠更斯、虎克都相繼過世之後,才發表自己(壓箱好久)的《光學》。這下沒人可以反駁了,穩坐勝利之位。真是好奸詐好有手段啊。(見圖表最上方的生卒年表)

刻意等到旗鼓相當的對手過世,感覺此時牛頓追求「勝利」(我的理論是對的)的心已經大於追求「真理」的心了?

  • 欺人果然還是不要太甚

牛頓一開始其實還在「微粒說」和「波動說」中間猶疑,結果投了一篇論文,被虎克狠狠羞辱、說「你論文裡正確的部分是竊取我的思想」之後,就堅定的反對到底了。欺人太甚最後為自己製造了堅決的反對黨⋯⋯。如果虎克不是這樣的個性、不這樣對待牛頓,會不會歷史就改寫了,牛頓反而成為「波動說」的最強繼承者?

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