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第549章 费米-狄拉克统计!物质第六态!学界再震!这是最好的时代!

德国,哥廷根大学。

洪特发现最近费米很不对劲。

整天眉头微皱,好像在思考什么问题。

最近物理系新来了一个年轻漂亮的女生,众人就跟饿狼见到绵羊一般。

但费米岿然不动,毫无兴趣。

这一天,洪特吃饭时,笑着问道:

“费米,难道你不喜欢梅耶?”

梅耶就是最近新加入玻恩研究团队的女生。

她目前还不是博士,而是以本科生的身份参与研究。

真实历史上,梅耶提出了一种数学模型,可以解释“为何特定数量的核子可以使得原子核稳定”这个问题。

因此,她获得了1963年的物理诺奖。

可以说,梅耶是妥妥的女学霸。

在当前这个时代,这样的女人简直是稀世珍宝。

那些单身已久的汉子们早都垂涎三尺了。

费米喝了一口汤,然后驴头不对马嘴地说道:

“洪哥,我问你一个问题。”

“既然自旋为整数的光子,它的统计规律不符合麦克斯韦-玻尔兹曼统计。”

“那自旋为半整数的电子呢,它是什么情况?”

洪特听后一愣。

得!

什么梅耶菊耶的,费米这家伙是一句也没听进去。

对方的脑子里只有物理,没有女人。

洪特见状,也就不再嬉笑。

通过费米提的问题,他明白原来对方最近在研究最新的玻色-布鲁斯统计。

量子统计可谓是最近很火的理论物理课题。

它打破了经典统计力学的框架和结论,是量子力学独有的统计规律。

洪特仔细思考了一会,说道:

“光子因为不符合泡利不相容原理,所以它的统计规律和传统的麦克斯韦-玻尔兹曼统计有显著不同。”

“但电子是实实在在的粒子,尽管它也有波动性,但从粒子角度看,当成小球也没什么问题。”

“目前麦克斯韦-玻尔兹曼统计应用的很好,没有什么大问题。”

“或许,自旋为半整数的粒子,并没有自己特殊的统计规律?”

洪特觉得自己的逻辑没有问题。

虽然麦克斯韦和玻尔兹曼统计的应用范围是原子和分子。

但是电子和原子、分子没有什么本质的不同,都是微观粒子,只不过大小不一样而已。

而电子和光子是有本质不同的。

电子符合泡利不相容,它不能像光子那样,在同一个位置,无限迭加。

因此,洪特觉得,电子的统计规律和原子分子应该是一样的,都符合麦克斯韦-玻尔兹曼分布。

这也是玻色的理论出来后,很少有人研究半整数自旋粒子的原因。

大家默认这种粒子,和原子分子的表现不会有什么大的差别。

研究意义不大。

但是费米却不这么认为。

“根据不确定性原理,电子的位置和动量是在随时变化之中。”

“它不能被简化成热学里的那种小球模型。”

“因此,统计大量电子的行为时,应该考虑其不确定性。”

哗!

洪特闻言一惊!

他忽然觉得费米说的很有道理。

麦克斯韦-玻尔兹曼统计描述的粒子体系是以原子为模板。

对于原子而言,它的不确定性效应极弱极弱。

所以,麦-玻统计可以近似地描述。

原子没有自旋的概念,但是电子、质子却有自旋。

这就是它们之间显著的差别。

费米显然是想进行更精确地统计,而且是扩展到整个自旋为半整数的微观粒子。

洪特兴奋地说道:

“费米,我觉得你的想法很好。”

“或许你也能像玻色那样,再提出一种新的统计规律!”

“可惜我是搞实验的,对于这种纯理论的课题就不擅长了。”

“这里面用到的数学知识,想想就觉得可怕。”

费米听后,微微一笑。

“放心吧,洪哥。”

“我一个人可以搞定。”

“况且还有玻恩教授在呢。”

接下来十多天,费米灵感大爆发,沉浸在研究之中。

“当从宏观观察,体系能量一定的时候,从微观观察,体系可能有很多种不同的分布状态。”

“比如a区域有3个电子,b区域有10个电子,和a区域有5个电子,b区域有8个电子,它们形成的体系宏观状态可能是一样的。”

“但是各体系的微观分布不一样。”

“那么,体系的总状态数,根据电子的不确定性原理和统计原理,结合电子的电荷、质量等参数。”

“计算可得为”

“在这些不同的微观分布状态中,总有一些状态的出现几率特别大。”

“其中,出现状态几率最大的分布为.”

嘶!

费米被这其中的数学震惊到了。

实在太复杂了!

“这真的会对吗?”

理论推导完成后,费米迫不及待地找到玻恩,寻求意见。

“教授,请您评价下我的这篇论文。”

玻恩看见费米,心中微动。

对方是他非常看好的年轻人。

是哥廷根大学物理系,目前为数不多的,主攻理论物理的天才。

玻恩对费米寄予厚望。

于是,他接过论文,仔细地看了起来。

越看,表情越凝重。

半个小时过后,玻恩震撼不已。

他甚至比之前看到量子遂穿效应还要兴奋。

因为费米的成果是纯理论的突破!

逼格天然高一等!

玻恩的研究虽然偏向实验,但是他的内心一直向布鲁斯教授看齐。

因为只有理论物理学才能指引物理的方向!

从来只听过理论领先实验几十上百年,没听过实验领先理论太多年的。

他激动地站了起来,说道:

“费米,你的这篇论文绝对是重磅成果。”

“你把不确定性原理融入到了量子统计之中。”

“这是玻色-布鲁斯统计所欠缺的地方。”

“而且,我刚刚通过计算发现,如果引入一些近似条件,你的统计就会退化成麦-玻统计!”

哗!

费米听后,惊呆了!

原来大名鼎鼎的麦-玻统计,只是自己发现的统计方式的近似?

这太惊人了!

这时,费米忽然想到:

“那对于自旋为半整数的粒子而言,在近似情况下,是不是也可以用麦-玻统计去分析。”

玻恩说道:

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