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众人非常好奇,平平无奇的热学,为何在布鲁斯教授口中就变得那么重要。
小范德华更是非常感动,他自己的研究领域就是热学。
布鲁斯教授竟然如此关注热学,甚至对他父亲的成就了如指掌。
这时,李奇维继续说道:
“冷热现象是人们最早观察到的自然现象之一。”
“但是之前人们只能感受和利用这种现象,而无法研究其原理。”
“直到18世纪初期,随着计量温度学的建立,热学终于和力学一样,走上了科学实验的道路。”
“但这个时期的热学研究的是初级的基础概念,比如温度、功、热量等等,没有形成逻辑演绎体系。”
“关于热的本质,出现了热质说和热动说两种观点。”
“前者把热看成是一种不生不灭的流体物质,一个物体含有的热质多,则它的温度就高。”
“而后者则认为热物体的一种运动形式的宏观表现。”
“直到焦耳以精确的实验证明了热功当量的正确性,热质说被抛弃。”
“物理学家认识到热动说才是对的,热和大量分子的无规则运动是有联系的。”
“于是,热学就从研究基础概念的阶段,迈入了研究热现象及其规律的第二阶段。”
“按照研究方法的不同,热学的第二个阶段分为热力学和统计力学。”
“热力学是从宏观】角度研究物体的热性质。”
“之所以带个力字,是因为此时的热学和力学一样,有了数学的逻辑推导,不再仅是概念的阐述。”
“比如研究一定体积的气体压缩过程。”
“热力学就是研究压缩过程中温度、内能、熵这三个状态函数,对这个体系进行描述。”
“它的基础就是三大哦不现在应该说是四大热力学定律。”
“这四大定律就和牛顿定律一样,让热力学的基础牢不可破。”
“既然从宏观角度能研究热学,那么能不能从微观角度试试呢?”
“于是,统计力学应运而生。”
“它就是从微观】分子运动角度来研究物体的热现象。”
“还是上面的例子。”
“如果用传统的力学方法来研究气体,那就需要为大量的气体分子建立力学方程。”
“这是不可能完成的任务。”
“而统计力学使用概率统计的方法,可以对由大量粒子组成的宏观物体的热学性质做出微观解释。”
“著名的理想气体状态方程pv=nrt就是统计力学的成果。”
“范德华教授的大部分工作,都属于统计力学的范畴。”
“它的核心是概率分布函数。”
“这方面的核心工作是由玻尔兹曼和麦克斯韦等人完成的。”
哗!
李奇维深入浅出的分析,让在场的学生们对于热学有了全新的理解。
从现象到概念,再从概念到理论。
作为经典物理学三大分支之一,热力学和统计力学的名字原来是这样来的。
“涨姿势了。”
“怪不得每次都把热力学和统计力学放在一起说。”
“原来它们俩研究的是同一个内容,只是研究角度和方法不同而已。”
而前排的埃伦费斯特听到导师的名字后,内心触动。
他到现在都无法面对这个可怕的悲剧。
这时,众人忽然疑惑道:
“布鲁斯教授说了热学的发展历史,但是它和量子力学有什么关系呢?”
李奇维威严的双眼扫视一圈,接着又说道:
“我从你们的眼神中,看到了疑惑。”
“你们觉得高大上的量子力学,怎么会和傻大粗的热学产生关系呢?”
“首先,量子概念的诞生来源于黑体辐射。”
“而黑体辐射就是标准的热力学模型。”
“随着量子力学的建立,我发现它与统计力学有着很深刻的联系。”
“因为统计力学是研究大量微观粒子运动,而量子力学是研究单个微观粒子运动。”
“这其中或许就有什么我们不知道的原理和联系,等待发现。”
“如果你们关注最新的物理进展,可以发现,现在已经有量子统计这个方向了。”
“量子统计和统计力学的研究方向相同。”
“但它们俩有着本质的差别。”
“量子统计认为微观粒子遵循的是量子力学规律而不是经典力学规律。”
“所以,这会得到很多意想不到的结果。”
“据我所知,目前在这方面做得最好的,是剑桥大学的福勒教授。”
“他手下的狄拉克博士,发表了几篇很有创新性的论文。”
“甚至还完善了我的恒星演化理论。”
“我认为,这将是量子力学和热学结合的全新领域。”
“或许某一天,热学中的理论和概念,会反过来对量子力学的发展产生帮助。”
哗!
众人全都骇然无比!
布鲁斯教授所说的内容,让他们大开眼界!
“哦!上帝啊!原来热学还能这样研究?”
“奥赛金牌就是牛逼,狄拉克竟然能想到把量子力学应用在统计力学中。”
“果然研究不出好结果,只能怪人不行,而不是方向不行。”
“热学,大有可为!”
洛伦兹、塞曼、埃伦费斯特等人也震惊无比。
布鲁斯教授的角度,是他们从来没有想过的。
他们忽然想到,统计力学的核心是概率分布。
“难道概率也能用在量子力学上?”
“怎么用?”
李奇维看着众人的表情,微微一笑。
真实历史上,爱因斯坦、普朗克等大佬都非常重视热学。
因为热学自成体系,极其完美。
后来的相对论和量子力学号称颠覆了经典物理学的一切。
但是唯独热学始终岿然不动,堪称是最后一处壁垒。
反而它对量子力学的发展起到了关键作用。
比如费米狄拉克统计、玻色爱因斯坦统计等,都是在统计力学的基础上发展而来。
甚至薛定谔的波动方程,玻恩的概率解释,都是从热力学和统计力学中找到的灵感。
后世有物理学家尝试,使用量子力学把热给量子化,形成一门全新的理论。
不过目前为止,还没有什么重大的成果。
冯·诺依曼曾经说过一句话:通过概率,热力学与量子力学建立起了联系。
由此可见,热学对量子力学的重要性。
在全场的欢呼和掌声下,李奇维结束了演讲。
此刻众人还不明白这场演讲的真正价值。
他们只是觉得布鲁斯教授的角度非常新奇。
把热学这个老古董领域,竟然和量子力学结合在了一起。
不过很快,众人就会震撼不已,无比懊恼。
“老天啊!原来热学如此重要!”
(本章完)