【菜科解读】

或许你听过这样的话“如果初学者第一次接触量子力学，却没有感到困惑，那么他一定是没搞懂”。

这是玻尔的名言，当然原话并不是这样，但意思完全相同。

量子力学中有太多违背常识的地方。

当第一次听到既是波又是粒子的光子，我深深感受到量子力学满满的恶意。

毕竟这种思维太“邪乎”了。

随着学习的深入，我慢慢地将这种反常识的思维当做了量子力学的常态。

喜欢科普读物的读者一定知道《上帝掷骰子吗》这本书？从字面上看，中心思想指的是微观世界那“飘忽不定”的粒子运动。

在中学物理中，我们学习过质点的概念。

人们研究一个与自身状态无关的物体运动时，可以将其视为质点以便模型化理解。

中学时代的你学习了速度，加速度，质量，力的知识点。

我们用这些知识做题，比如测量运动车辆的速度，计算弹簧的拉力，自由落体的时间等等。

这些题目再熟悉不过了，好像生活中大部分的物理现象都可以用牛顿力学来解决。

中学物理必修课不涉及相对论和量子力学，我们习以为常的物理知识其实就是经典物理。

因为经典力学是生活在近代时期的牛顿建立起来的，有时也称近代物理。

经典物理告诉我们，研究一个物体的运动，首先要知道这个物体的基本量纲信息。

比如物体运动的时间，长度（空间）和质量。

速度，加速度，动量，力，能量等物理量都是在时间，空间和质量的基础上导出而来的。

比如速度=空间÷时间，力=质量×空间÷时间²....

在我们生活的宏观世界，我们能用这些物理量几乎描述了大部分自然现象。

可是好景不长，从牛顿力学到量子力学的建立也就200余年。

在牛顿力学统治时代，人们没有高精度显微镜，顶多就看个细胞啥的。

随着科技水平的提高，人能感知到的物质尺度越来越小。

比如英国物理学家汤姆逊在19世纪末通过稀薄气体放电发现了电子的存在，接着到了20世纪初，卢瑟福通过散射实验发现了原子中心居然有个核，这就是原子核的发现。

特别是从19世纪末到20世纪初这段时间，科学家们有了更多的工具和手段探测原子级别的物质规律。

起初物理学家还幻想用牛顿力学解释次原子级别粒子的运动。

但事与愿违，微观粒子的运动完全不符牛顿力学的预测。

在昨天的文章中，笔者讲到了电子的运动。

我们知道原子核带正电，电子带负电。

如果按照牛顿力学的预言，电子要么在库仑力的作用下绕原子核做圆周运动，要么就落到原子核上与其电荷中和。

但真实的情况远非如此，电子不仅在原子核外活波蹦跶，而且还不是圆周运动，你说气人不？

最后玻尔结合爱因斯坦的光量子概念提出了电子能级跃迁的概念来解释核外电子的运动。

玻尔认为核外电子会吸收和放出光子，而光子就是光量子，是电磁波能量的基本单位。

也就是说光子是不可再分的能量，就相当建筑中的砖瓦，充当电磁波能量组成的单元。

电子会吸收外来的光子，也就是吸收了一份能量，导致其跃迁到更高能级轨道上。

如果电子释放了光子，其能量就是减少，并跃迁到低能级上了。

玻尔的诠释在当时看来很符合实验，但却不能解释电子云现象。

在1927年的电子双缝干涉实验中，人们发现了一个异常的现象。

实验操作就是：电子发射器依次发出的电子经过双缝的栅栏并抵达后面的光屏。

这次实验中，物理学家发现只要不去观测电子，那么它就是同时经过两个细缝。

这太不可思议，一个电子怎么会同时处于两个位置呢？尽管把电子的双缝干涉实验进行了无数遍，实验结论依旧如初。

电子双缝干涉实验

如果非要搞清楚其中的缘由，看看电子到底是通过了哪个细缝。

那就需要测量电子的一些信息。

比如电子的速度，质量和位置。

其实测量出电子的速度就可以算出电子的动量，因为质量很好测，关键在速度（动量=质量×速度）。

如果我们知道电子以多大的速度，在什么位置运动，就可以跟踪它，看看它到底是经过了栅栏的哪一条细缝，这样就搞清问题的缘由了！

怎么测量电子的速度和位置？

首先用什么测？当然是显微镜啊，但不能用只能看见细胞的反射式光学显微镜，因为它看不见电子。

电子那么小，需要更高端的显微镜才可以。

这种显微镜可以发射光线打到电子上，再反射回来，这样就携带了电子的一些信息。

首先测量电子的位置。

我们用显微镜随便发射光子去碰撞电子，会发现什么都测不到。

因为光子的选取是有讲究的，电子那么小，测量电子就需要波长很短的光，波长太长的光，波峰之间的距离大，测出的电子位置的误差也就大。

短波长测位置，长波长测动量（速度）

可是用波长短的光会带来新的问题，由于波长短，其频率就大。

根据普朗克公式ε=hν(ε是光子携带的能量，h是个常数，ν是频率），频率大的光，能量就大。

用波长短的光测量电子位置，导致较大能量的光子撞击了电子，电子吸收能量后其速度骤变。

这下可好了，位置是测量出来了，电子的速度却并非之前的速度了。

如果要测量电子的速度，就需要降低光子的频率，这样光的波长就增加了，那么位置又测不准了。

这并不是实验仪器导致的，这或许是粒子的本质属性。

测量会改变电子的位置或速度，不测量又不知道电子的运动信息，这该如何是好？

我们换一种思路研究电子的运动，那就是概率。

如果我们用波长较短的光只测量电子的位置Δx。

测量很多次，就知道电子的在整个空间的位置分布概率，可以用正态分布图表示。

这个图就说电子在空间某点出现的概率，正态分布的顶点代表电子出现在这一空间的次数最多。

左为位置分布，右为动量分布

接着我们用波长较长的光只测量电子的速度Δv，每次测量出的电子速度或许会不同，如果多次测量，电子的运动速度也会是正态分布。

正态分布的顶点说明：在多次测量中，电子最常见的速度值（注意：顶点并不是电子的最快速度，而是最常见的速度）

虽然不能同时精确得到电子位置和速度信息。

但我们可以用概率的形式粗略地表达出电子的位置—速度信息。

物理学家把两个正态分布中的典型“宽度”相乘。

会得到一个不等式：ΔxΔv≥h/2m（速度乘以质量就算出动量了，电子质量比较容易测量）。

如果把速度v换成动量p，就可以写成ΔxΔp≥h/4π，这就是海森堡不确定性原理的表达式。

我们现在知道：除了电子和光子，其他所有微观粒子的运动都这么“诡异”。

我们不能准确地同时测量出它们的位置和动量信息，不得已而采取概率的形式描述它们的运动规律。

正如玻尔说的那样，这种不得已并不是人类的无奈，而是微观粒子的本质属性。

微观粒子构造出了大千世界，人类目前只能通过概率的形式了解微观粒子的运动，就好像上帝在掷骰子一样，等着我们去猜测！连爱因斯坦这样的科学大牛都不愿意相信如此的解释，更何况大众？但量子力学的发展都过去了一个世纪了，种种实验结论依旧支持上帝掷骰子的行为。

自然世界总是让人无奈，又让人敬畏！

为什么波斯湾是“世界油库”？

为何波斯湾油气资源如此丰富？中东波斯湾一带是一个魔幻的盐之王国，这里的山川、海岛，甚至海底深处都藏着亿万年前演化形成的巨厚盐层。

这些盐来自5亿多年前，极度干旱的环境让海水不断蒸发，留下了厚达数千米的盐层。

亿万年之后，这层古老的盐把这片土地变成了世界石油王国。

石油就像一锅“远古生物大杂烩”。

大约1亿多年前的恐龙时代，那时的波斯湾是一片温暖的浅海，养分丰富，养活了无数生命。

海里的浮游生物死后，残骸沉入海底，再加上泥沙尘土掩埋，层层堆积压实，最后形成厚厚的、富含有机质的黑色岩层。

越往地下深处，温度越高，压力越大。

几千米深的岩层就像一口巨大的高压锅，把古生物遗骸闷在里面，慢慢“熬煮”——熬成了石油。

距今约3000万年前开始，阿拉伯板块与欧亚板块持续碰撞挤压，巨大的压力把地下盐层往上挤——形成一座座地下“盐山”，有的直接拱到了石油层上面，有的把石油层“裹”起来，就像给熬出来的石油盖上“大锅盖”。

可以说，没有这层5亿年的盐，就没有今天波斯湾的油。

既然是锅，就有“火候”的差别。

油气的形成，主要看埋藏深度、温度和时间。

越往深处，“火候”越足。

靠近“锅底”的地方，石油被“熬”过了头，高温裂解成天然气。

海峡西侧的北方-南帕斯气田，是全世界最大的天然气田，可开采储量约占全球天然气的五分之一，它产的天然气想出口，大多也要坐船往东穿过霍尔木兹海峡。

靠近“锅”中间的是石油形成的黄金地带，这里的石油汇聚成全世界最大的油田——沙特的加瓦尔油田。

从地下抽出后，经管道运到海边装上油轮，再穿过霍尔木兹海峡运往全球。

“锅”的上层按理说温度不够，本来不适合生油，但地下的石油会“跑”。

由于阿拉伯板块和亚欧板块的碰撞，在霍尔木兹海峡“头顶”挤出了一座山脉——扎格罗斯山脉。

岩层被挤压拱起，像一排排倒扣的大碗，地质上叫背斜构造。

地下深层的石油顺着压力往上运移，最终被“碗”兜住，重新聚成油田。

比如伊朗西南部的阿扎德甘油田，是伊朗近30年发现的最大油田，探明可开采储量60亿桶，正是典型的背斜油田。

更关键的是，板块碰撞前沿地壳向下凹陷，形成了巨型波斯湾盆地——整个中东的油气聚宝盆。

北边是隆起的山脉，西、南两面是陆地，只有东南角这一道豁口——霍尔木兹海峡通向外海，成为一道全球无法绕开的能源“窄门”。

为什么很多原来在元朝任职的汉族士大夫宁可自杀为元朝殉节

在攻灭的过程中，元朝军队杀戮了大量汉族人。

在元朝灭掉南宋后，更是将以汉族人口为主体的南宋人列为最下等的百姓，通过苛捐杂税进行敲骨吸髓般的压榨。

按理说，对于这样的王朝，所有的汉族人都应该切齿痛恨，盼着它早早灭亡才对。

然而，当时的情况却并非如此。

　　灭掉元朝之后，出现了一种如今看来非常不可思议的现象：很多原来在元朝任职的汉族士大夫宁可自杀为元朝殉节，也不愿为大明新朝效力。

下面介绍的这两位是其中比较有代表性的。

　　一位名叫郑玉，字子美。

徽州歙县郑村人，理学家，曾在元朝至正年间做过翰林待制，奏议大夫。

这位郑玉先生一听说明军派人来邀请他出来辅佐朝政，立刻整理好衣服上吊自杀了。

死前还给自己的儿女留下遗言：宁死不做贰臣。

　　另一位名叫王翰，字用文，号时斋，安徽庐州(今合肥市)人，做过元朝的潮州路总管、福建行省。

明军进入福建后，他躲到山里隐居了起来。

明洪武十年，当地府县官员向举荐贤才时推荐了他。

但他决心不事二主，拒不奉诏入京。

当地官员强迫他去，他就在袖子里藏了匕首，半路自杀了。

死前还留下一首绝命诗，其中末尾两句写道：“寸刃在手顾不惜，一死了却君亲恩。

”　　为改变这种局面，明朝洪武朱元璋专门下了一道圣旨，大意是：只要是汉族知识分子就必须为大明效力，否则就要被杀头、抄没家产。

严旨一下，这种风气才稍微好转一点。

这些汉族知识分子放着汉人建立的新朝不效力，却固执地愚忠于蒙古人建立的元朝，究竟是为什么呢?笔者认为元明易代之际出现这样的情况有两个原因：第一个原因是，当时的汉族知识分子已经在元朝统治下生活了百余年，产生了对元朝统治的认同感;第二个原因是，儒家忠君思想的不良影响导致这些汉族知识分子只知道忠于君主，却根本不管这个君主本身是否值得尽忠，说白了，就是一种奴性。