TheSecretsofQuantumPhysics1of2《量子力学揭秘(2014)(上)》完整中英文对照剧本.docx
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1、量子力学揭秘爱因斯坦的噩梦吉米卡利里教授萨里大学马克斯普朗克”量子就是一个纯粹的假设而我并没有考虑太多”阿尔伯特爱因斯坦”没有理性的实在解释能准许量子力学的存在”格雷姆法米罗博士科技史学家尼尔斯玻尔”我们称之为真实的事物并非由真实之物所构成”格雷姆法米罗博士科技史学家约翰贝尔”玻尔的理论前后矛盾,不甚明晰,任意晦涩但却正确无疑“”爱因斯坦的理论始终如一,简单明了,实事求是但却大谬不然”阿尔伯特爱因斯坦”整整五十年的自觉思考没有使我更接近于解答这个问题-光量子是什么?”“每一个人都认为他们自己知道,但他大错特错”在这纷繁复杂的生活之中Beneaththecomplexitiesofeveryda
2、ylife,世间的法则似乎尤为简单therulesofouruniverseseemreassuringlysimple.坚固的拱桥支撑着我的体重Thissolidbridgesupportsmyweight.桥下潺潺的溪水总会沿地势向山下流淌Thewaterflowingunderneathalwaysgoesdownhill而当我抛出这块石头andwhenIthrowthisstone.它总会沿着可预测的轨迹在空中滑翔.Italwaysfliesthroughtheairfollowingapredictablepath.但当科学家们Butasscientistspeereddeep深入探
3、究物质的细微构成时intothetinybuildingblocksofmatter.所有的这些都荡然无存.Allsuchcertaintyvanished.他们发现了量子力学中的别样世界Theyfoundtheweirdworldofquantummechanics.深入观测我们周围的一切Deepdowninsideeverythingweseearoundus,我们就会发现一个与众不同的世界Wefoundauniversecompletelyunlikeourown.也正印证r一位量子力学的奠基者所说Toparaphraseoneofthefoundersofquantummechanic
4、s,我们所称之为真实的事物everythingwecallrealismadeupofthings它们的构成却并非真实存在thatcannotbethemselvesregardedasreal.大约100年前一些举世闻名的科学家Around100yearsago,someoftheworldsgreatestscientists开始了他们量子力学的探究之旅beganajourneydowntherabbithole力图阐释这奇妙的世界intothestrangeandthebizarre.他们发现在这个微观世界Theyfoundthatintherealmoftheverysmall,事物可
5、同时身处两地thingscouldbeintwoplacesatonce.他们命运则由概论所掌控.Thattheirfatesaredictatedbychance.而实在本身则挑战着一切认知常识.andthatrealityitselfdefiesallcommonsense.重要的是我们对干这个世界Andatstake,thateverythingwethought所感知的一切都可能被证明是错误的Weknewabouttheworldmightturnouttobecompletelywrong.使我们陷入这疯狂般科学之路的故事Thestoryofourdescentintoscienti
6、ficmadness则始于一件意想不到的东西beginswiththemostunlikelyobject.柏林l♥8♥9♥0年Berlin,l♥8♥9♥0.德国是一个新兴国家Germanyisanewcountry,于近代才统一并马不停蹄地推进着工业化进程recentlyunifiedandhungrytoindustrialise.在这个刚统一伊始的德国Inthisnewly-unifiedGermany,一大批工程公♥司♥如雨后春笋般成立起来anumberofnewengine
7、eringcompanieswerefounded.他们斥资数百万马克来购买♥♥爱迪生于欧洲的TheydspentmillionsbuyingtheEuropeanpatent最新发明的专利权电灯泡forEdisonsnewinvention,thelightbulb.电灯泡是现代科技的缩影Thelightbulbwastheepitomeofmoderntechnology,人类社会进步的标志性象征agreatoptimisticsymbolofprogress.这些工程公♥司♥迅速意识到Engineeringcompaniesquic
8、klyrealisedtherewerefortunes为新德意志帝国安装路灯将带来巨大的利润tobemadebuildingstreetlightsforthenewGermanEmpire.但他们没有意识到的是这也为一场科技革命Butwhattheydidntrealisewasthattheywouldalsounleash敞开了大门ascientificrevolution.说来也奇怪Strangelyenough,这微不足道的电灯泡却为整个科学界thishumbleobjectisresponsibleforthebirth最具分量的理论的诞生做出了贡献ofthemostimport
9、anttheoryinthewholeofscience-量子力学我毕其一生所研究的理论quantummechanics,atheorythatvespentmylifestudying.而这是因为倒回到19世纪Andthatsbecause,backin1900,灯泡的发明也随之带来一个奇怪的问题thelightbulbpresentedaratherstrangeproblem.工程师们都知道如果你用电来加热灯丝Engineersknewthatifyouheatedthefilamentwithelectricity,它就会发光itglowed.而物理学家们在研究它时Thephysics
10、thatunderpinnedthis,对其发光的原理一无所知though,wascompletelyunknown.尤其涉及到灯芯的温度Butsomethingasbasicastherelationship与其产生光的颜色之间的关系betweenthetemperatureofthefilament这个基础的问题时andthecolouroflightitproduces人们仍无法对其解答wasstillacompletemystery.显然这个未解之谜亟待破解Amysterytheywereobviouslykeentosolve.在新德国政♥府♥的帮助之下A
11、nd,withthehelpofthenewGermanstate,科学家们在他们的竞争对手破解之前抢先了一步theysawhowtostealamarchontheircompetitors.1887年德国政♥府♥斥资数百万马克In1887,theGermangovernmentinvestedmillions在柏林投资建立了全新科研机构inanewtechnicalresearchinstitutehereinBerlin,德国物理技术研究院简称PTRThePhysikalisch-TechnischeReichsanstalt,orPTR.之后在1900年他们
12、招募了一位Then,in1900theyenlistedabright精明强干的科学家来帮助带领这里的研究ifsomewhatstraight-lacedscientisttohelpworkhere.他的名字就是马克斯普朗克HisnamewasMaxPlanck.普朗克选了个看似简单的问题Plancktookonadeceptivelysimpleproblem-为什么光的颜色会随着灯芯温度的升高而改变whythecolourofthelightchangesasthefilamentgetshotter.为了能更直观的体会到普朗克所面临的难题Togetasenseofthepuzzlefa
13、cingPlanck,我将骑一下这辆用老式发电机mgoingtoridethisbicyclewithanold-fashionedlamp来给老式电灯供电的自行车poweredbyanold-fashioneddynamo.很显然我骑得越快灯泡越亮,ObviouslythefasterIgo,thebrighterthelight.我蹬得越多发电机产生的电量也就越多ThemoreIpedal,themoreelectricitythedynamoproduces,灯芯的温度越高从而灯泡就越亮thehotterthefilamentinthelampandthebrighterthelight
14、.但是灯泡的灯光并不只是变得更亮Butthelightthebulbmakesisntjustgettingbrighter,它的颜色同样也在改变itschangingcolour,too.当我加速时其颜色会从红变成橙再变为黄AsIspeedup,thecolourshiftsfromredtoorangetoyellow.现在我要加速了Right,nowmgoingtoreallybeltit.此时的灯芯变得更烫Nowthebulbsfilamentisgettingevenhotter,但尽管灯光变得更为明亮butalthoughitcertainlygetsbrighter.而其颜色似乎
15、却保持不变始终是黄白色.Thecolourseemstostaythesame-yellow-white.为什么光不会再变蓝呢Whydoesntthelightgetanybluer?为了探究这个问题普朗克和他的同事建造了一个Toinvestigate,Planckandhiscolleaguesbuiltthis,黑体辐射器ablack-bodyradiator.这是一个特殊的管状装置它可以加热到极其精确的温度It,saspecialtubetheycouldheattoaveryprecisetemperature并用来测量光所产生的andawaytomeasurethecolourorf
16、requency颜色和频率ofthelightitproduced.现在过了100多年后德国物理技术研究院仍然在进行着Nowadays,over100yearslater,thePTRstilldoexactly同样的测量只不过更精确罢了thiskindofmeasurement,justmuchmoreaccurately.这里面的温度有841摄氏度Thetemperatureinsidehereis841degreescentigrade.我可以感觉到从里面传递出的热量Icanfeeltheheatcomingoffandit,sglowing并且它还散发着迷人的橘红色withalovel
17、yorangey-redcolour.这和我慢慢骑车时车灯上的颜色It,saboutthesamecolourasmybikelight一模一样whenmcyclingslowly.但我仍想要再看看温度更高时的状况ButIwanttoseesomethinghotterstill.这里有着将近2000摄氏度的高温Thetemperatureinsidehereisabout2,000degreescentigrade.此时发射出来的是更加明亮的白色光芒.Anditsglowingwithamuchbrighter,whiter-colouredlight.要产生这种颜色和强度的光Toprodu
18、celightofthisintensityandcolour需要大约40千瓦的电力requiresapowerofabout40kilowatts.这就相当于Now,thatsequivalentto在自行车上以每秒400米的速度骑行about400mesonabikecyclingveryfast,或者环法自行车赛全程所耗费的能量orthecombinedoutputoftheentireTourdeFrance.尽管灯光更加白亮呈现红白色Althoughthelightiswhiter,itsred-white-但仍几乎看不到蓝色theresverylittleblue.为何蓝色的产生要
19、比红色更难Whyisbluesomuchhardertomakethanred?在光谱的更远端超出蓝色之后Andfurtherupthespectrum,beyondblue,就是所谓的紫外线其产生难度可想而知theso-calledultraviolet,ishardlyproducedatall-即便观察如太阳那般火热的物体evenwhenwelookatthingsashotasthesun.甚至对于太阳而言其温度达到5500摄氏度Eventhesun,atatemperature5,500degreescentigrade,所产生光的大部分都为可见光producesmostlywhit
20、evisiblelight而考虑到其炽热的温度紫外光却微乎其微andmakesremarkablylittleultravioletlight,givenhowhotitis.到底是为什么Whyisthis?为何紫外光的产生如此之难Whyisultravioletlightsohardtomake?对于这种经典理论所遇到的困境Thisremarkablefailureofcommonsensesoperplexedscientists19世纪末的科学家们给它起了一个极具戏剧性的名称ofthelate19thcenturythattheygaveitaverydramaticname.他们把其称
21、之为紫外灾难Theycalledittheultravioletcatastrophe.在攻克难题上普朗克则迈出了至关重要的第一步Plancktookacrucialfirststeptosolvingthis.他发现了精确的数学表达Hefoundtheprecisemathematicallink将光的颜色频率和其能量联♥系♥起来betweenthecolouroflight,itsfrequencyanditsenergy.但他却不明白其关联有何意义Buthedidntunderstandtheconnection.然而另一个令人费解的现象However,itw
22、asanotherweirdanomaly让本已不安的时局又蒙上一层阴影thatwouldreallyputthecatamongstthepigeons.在19世纪末科学家们纷纷研究着Inthelate19thcentury,scientistswerestudying最新发现的无线电波thethennewly-discoveredradiowavesand以及其传播的方式howtheyweretransmitted.为了便于研究他们建造了许多实验设备Andtodothat,theywerebuildingexperimentalrigs就比如类似这台大体上说就是旋转这个圆盘verysimi
23、lartothisone.Basically,byspinningthisdisc,从而能产生巨大的电压进而导致迸发出的火花theycouldgeneratehugevoltagesthatcausedsparks穿过两个金属球之间的缝隙tojumpacrossthegapbetweenthetwometalspheres.但在此过程中But,indoingso,他们发现在光的作用下会有意想不到的结果theydiscoveredsomethingveryunexpectedtodowithlight.他们发现Theyfoundthat,用强光源照射这些球体byshiningapowerfull
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