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博士中文一词在秦朝即产生,意为博学之士,这个比较好理解。而英文中的Ph.D,指的是Doctor of Philosophy。其中的Philosophy指的是哲学,这也比较好理解。但是Doctor呢?我查了一下维基字典,发现英文Doctor刚开始的时候指的是“某个领域的专家”,其来源是拉丁文Doctor,意为“老师”或者说“教授”(teacher)。 所以合起来讲,应该是哲学领域的专家。哲学这个玩意儿比较深,不容易懂,所以后来就变成了一个最高层次文凭的代表。当然了,实际上也是在科学发展初期,很多问题尚无法以科学的方式来解释,于是人们最终会试图寻求通过哲学来解释一切。如果从这个角度看,也和“博学多才”扯上了一点关系。

 

现在我们中文说的博士,十之八九指的是外来的Ph.D。如果我们抛开和“哲学”扯上点关系这个问题,我们还是需要承认,所谓Ph.D,这个博士,应该是要在某个领域非常专的专家才能获得这个称谓。比如我们看看一个极端的例子:

 

经过几年的努力,德布罗意终于在 1924 年完成了博士论文《量子理论研究》。在这篇论文里,他详细地解释他所创建的的电子波理论。这包括了,根据阿尔伯特·爱因斯坦和马克斯·普朗克对于光波的研究,而推论出来的关于物质的波粒二象性:任何物质同时具备波动和粒子的性质。由于论文的题目与内容相当先进,朗之万不能确定是否有瑕疵,所以寄给爱因斯坦一份,寻求他的意见。爱因斯坦那时候很忙,正在研究玻色-爱因斯坦统计,抽不出时间仔细阅读,只能稍微翻了一下。立刻,他意识到这论文很有重量,乐意为波粒二象性背书,兴奋地回信:“他已经掀起了面纱的一角”!并且将论文送去柏林科学院,因而使得这理论广知于物理学界[1]。德布罗意获得了梦寐以求的博士学位。后来,埃尔温·薛定谔从这篇论文里,得到很多宝贵的灵感。既然电子是波动,那么,什么是电子的波动方程?两年后,薛定谔发表了薛定谔方程,也从此开启了量子力学的新纪元。

 


德布罗意发表了一篇足以奠定现代量子力学基础的论文,才获得了“梦寐以求”的博士学位。嗯,当然了,这不能说只有这样的人才能获得博士学位。但是,至少从一个侧面可以说,博士,或者说一个别的什么士,总该想这个方向靠拢。没有这么一个神圣的领地,“神”级的人就不可能诞生在这个国家——谁愿意跟“砖家”、“叫兽”混为一谈呢?

 

我不能确认中国的教育问题根源到底是什么, 但是至少有些现象是肯定存在的,比如说学校会教一些一辈子也没机会用上的东西,或者是在十几年前很实用的东西。如果是这样也就算了——我可以不用,我也可以自学。但是有一些玩意儿却是有谬误,或者至少不完全正确的,而且整个教育乃至环境都不容我们去质疑,去求证。

 

举一个文学的例子:《最后一课》我们几乎都学过,都德的作品。这篇帖子写的是普法战争法国时期,因为法国战败而割让了阿尔萨斯地区给德国。文中的主人公因此只能教最后一节法语课,而那些小学生们以后再也学不到他们的“母语”了。文字优美伤感,让人潸然泪下。这篇让我郁郁不得欢的帖子,在20年后才发现原来一切都是杜撰的。阿尔萨斯地区法语人口仅占5%,绝大部分人的母语本来就是德语。这么说也学还没有感觉,那我来诠释一下。假如这篇帖子是一个日本人写的,说的日本二战战败后,东三省”割让“给中国(当然,我知道那不是割让,是回到祖国怀抱),主人公和同学们上了最后一堂日语课,并且说这是最后一课了,然后同学们很后悔以前没有好好学习丫文……你要看到这样的文章,心里会是什么感受,又或者假如这样的文章被列入韩国的小学教材,你又会有什么感受?我们从这篇文章中学习到的地理、历史、人文等知识完全是错误的。

 

在举一个物理的例子:双缝干涉实验。这个实验我们在高中都做过,印象应该还是比较深刻的,这个实验是用来证明光的波粒二象性的。试验中有一个光源(比如电灯,或者蜡烛),前面放一个刻有一个细缝的屏障,其后再放有一个刻了两条平行细缝的屏障,最后是一个投影壁。当光源发出的光经过单缝、双缝,最后投射到投影壁上面的时候,就形成了著名的条纹状干涉图样。有想法的学生如我,就会产生一个明显的疑问:为什么普通光源做双缝干涉实验的时候,前面要放一个单缝,而用激光就不用?这个是网上的所谓答案,也是教科书中的答案:

http://zhidao.baidu.com/question/49306713.html?fr=qrl&cid=984&index=5

类似的问题并非只有我一人才有,比如:

http://wenwen.soso.com/z/q187653454.htm

可惜这里面的答案都是似是而非的(这里说的完全没有道理),和我的老师当时给我的回答一样,很可能是有问题的。尤其是关于单缝的作用时,比如说是“提供相干光源的”,或者是“ 形成线光源”。我记忆非常深刻,当时老师说,双缝实验之所以出现条纹结果,是因为经过A缝的光波,和经过B缝的光波叠加的结果。这就要求在极端的某一个时间段内,经过A缝的光子,和经过B缝的的光子,其相位是相同的(或者是相关的)。由于普通光源产生的光相位杂乱无章,因此需要用一个单缝来产生一个点光源(或者线光源),这样双缝才能产生条纹状图像。而如果是一个激光光源的话,就不需要单缝的存在。因为激光是受激发射的,因此其相位完全一致。我忘了是书上画的图,还是老师在黑板上画的图了,反正花了几个代表光波的波浪线,这些波浪线的相位不一样。这个图当时我就没有看明白,也没有办法理解,为什么单缝就能使得同一时刻从某一非受激光源发出来的若干个相位本来就不相同的光子,在到达单缝的时候相位就相同了。这看起来就是用一个似是而非的解释来糊弄我。

 

这几天看维基百科看到了这么一个条目: 

http://zh.wikipedia.org/zh-cn/量子力學#物质衍射

这里面右边一个四格漫画,讲的是用电子做的衍射实验的结果。这个实验中,是用了一个“双缝屏障”和一个发射源,没有单缝。这个实验特点在于,发射的电子平均每秒钟只有大约10个,因此两个电子在同一时刻发射的概率很低,同时击中一个点并产生波的叠加的概率就更低了。神奇的是,最后经过长时间的“曝光”,我们也能得到一个典型的双缝衍射图案!

 

这么一个试验的结果解决了我之前的几大困惑。首先,即便只有一个电子也会发生干涉,这意味着一个(量子化的)电子本身就可以产生“同时通过双缝的两个波”,并最终产生“波的叠加”。换句话说,整个双缝试验的结果,并不是一个电子和另一个电子,或者一个光子和另一个光子,在某一个点上面的波的相位叠加!恰恰相反,是每一个电子或者光子,他们经过两个不同的缝上面的波的叠加。

 

经过这个实验,我们再想“为什么需要单缝”的问题,就会变得简单了:如果说一个光子能够在同一时刻同时产生经过两个双缝的波,那么为什么就不能够产生经过整个空间的无限个波呢?实际上双缝的作用只是遮挡了绝大部分的波,而只留下了两条缝的波通过,如果是单缝,那就是只留下了一条缝的波。如果双缝干涉本身其实和多个电子之间的叠加没有必然联系,那我们又怎能用多个光子的相位问题来解释单缝的作用呢?

 

我自己瞎想了一下,单缝的作用更可能是为了避免同一个光子,在处于第一屏障平面上其它位置的不同相位的波,对后面的双缝干涉产生叠加效应而进行了必要的屏蔽。可是为什么普通光源必须要有单缝,而激光又不需要呢?我目前还没有完全想明白。

 

其实看到这些东西,我产生的问题更多了,比如,如何解释量子力学中的“观测”导致波函数坍塌的问题(哥本哈根诠释)等。但这些是一些未知领域问题,和前面那种想不通,觉得有矛盾的问题还是有本质上的区别的。 

posted on 2010-12-02 10:11  Sumtec  阅读(651)  评论(4编辑  收藏  举报