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第十三集
上次说到啊
这个爱因斯坦提出了光量子的假说
用来解释光电效应中啊无法用电磁理论说通的现象
然而
这光量子的概念却又让别的科学家们感到非常的不理解
这光的问题不是已经被定性了吗
难道光不是已经被包括在麦克斯韦理论之内
作为电磁波的一种被清楚的描述过了吗
这个光量子又是怎么一回事呢
事实上
光量子是一个非常大胆的假设
他是在直接的向经典物理体系挑战
爱因斯坦本人也意识到了这一点
在他看来啊
这可是他最有叛逆性的一篇论文了
在写给好友哈比希特的信中
爱因斯坦描述了他划时代的四篇论文
只有在光量子上
他才用了非常革命的字眼
而甚至相对论都没这样的描述
光量子和传统的电磁波动图像显得格格不入
它其实就是昔日微利说的一种翻版
假设光是离散的
由一个个小的基本单位所组成的
自托马斯羊的时代又已经过去了一百年了
冥冥中天道循环
当年被打倒在地的霸主以反叛的姿态再次登上舞台
像已经占据了王位的波动说展开挑战
这两个命中注定的对手
终于要进行一场最后的决战
从而领悟到各自存在的终极意义
如果没有了你
我独自站在这儿
又是为了什么呢
不过
光量子的处境和当年起义的波动一样
是非常的困难和不为人所接受的
波动如今所占据的地位
甚至要远远超过一百年前笼罩在牛顿光环下的威力王朝
波动的王位是由麦克斯为钦点的
而又有整个电磁王国作为同盟的这场决战
从一开始就不再局限于光的领地之内
而是整个电磁谱的性质问题
而我们很快将要看到啊
十几年以后
战争将被扩大
整个物理世界都将被卷入进去
从而形成一场名副其实的世界大战
当时呢
对于光量子的态度
连爱因斯坦本人都是非常谨慎的
更不用说那些可敬的老派科学绅士们了
一方面
这和经典的电磁图像不相容
另外一方面
当时关于光电效应的实验
没有一个能够非常明确的证实光量子的正确性
威力的这次绝地反击
一直要到一九一五年才真正引起了人们的注意
而起因也是非常讽刺的
美国人密里根想用实验来证明光量子图像是错的
但是多次反复实验之后
他却啼笑皆非的发现
自己已经在很大程度上证实了爱因斯坦方程的正确性
实验数据相当有说服力的展示
在所有的情况下
光电现象都表现出了量子化特征
而不是相反
如果说密里根的实验只是威力革命军的一次反围剿成功
其意义还不足以说服所有的物理学家的话
那么一九二三年
康普顿则带领这支军队取得了一场决定性的胜利
把他们所潜藏的惊人力量展现的淋漓尽致
经此一役后
再也没有人怀疑起来
对抗经典波动帝国的
原来是一支实力不相上下的正规军
这次战役的战场呢
是x射线的地域
康普顿在研究x射线被自由电子散射的时候
发现了一个奇怪的现象
这散射出来的x射线分为两个部分
一部分呢
和原来的入射射线波长相同
而另外一部分呢
却比原来的射线波长要长
具体的大小和散射角存在着函数关系
如果运用通常的波动理论
散射应该不会改变入射光的波长才对呀
但是
怎么解释多出来的那一部分波长变长的射线呢
康普顿是苦苦思索
试图从经典理论中寻找答案
却撞的是头破血流
终于有一天
他做了一个破釜沉舟的决定
引入光量子的假设
把x射线看作能量为HV的光子数的集合
这个假定马上让他看到了曙光
眼前是豁然开朗
那一部分波长变长的射线
是因为光子和电子碰撞所引起的
光子像普通的小球那样
不仅带有能量
还具有充量
当它和电子相撞
便将自个儿的能量交换了一部分给电子
这样一来
光子的能量下降
根据公式
啊异等于HV易下降
导致v下降
频率变小嘛
便是波长变大
over
在粒子的基础上呢
推导出了波长变化和散射角的关系式
和实验符合的那是一丝不差
这是一场极为漂亮的歼灭战
波动的力量根本没有任何反击的机会
便被缴了械
康普顿总结道
现在几乎不用再怀疑伦琴射线
啊就x射线是一种量子现象了
实业令人信服的表明
辐射量子不仅具有能量
而且具有一定方向的冲量
上帝造了光
爱因斯坦呢
指出了什么是光
而康普顿则是第一个在真正意义上看到了这光
第三次玻璃战争全面爆发了
卷土重来的玻璃军团装备了最先进的武器
光电效应和康普顿效应
这两门大炮威力无穷
令波动守军难以抵挡
节节败退
但是
波动方面军近百年苦心经营的阵地
毕竟不是那么容易突破的
麦克斯韦理论和整个经典物理体系的强大后援
使得他们仍然立于不败之地
波动的拥护者们呀
很快便清楚的意识到
不能再后退了
因为身后就是莫斯科
波动理论的全面失守
将意味着麦克斯韦电磁体系的崩溃
但至少现在
威力这一雄心勃勃的计划还难以实现
波动在稳住了阵脚之后呢
迅速的重新评估了自个儿的力量
虽然在光电问题上
他无能为力
但当初他赖以建国的那些王牌武器却依然没有生锈和失效
仍然有着强大的杀伤力
威力的复兴尽管来得迅猛
但终究缺乏深度
它甚至不得不依靠从波动那里缴获来的军火来作战
比如 啊
我们已经看到的光电效应
对于光量子理论的验证
牵涉到频率和波长的测定
而这却仍然要靠光的干涉现象来实现
波动的立国之父托马斯
杨
他的精神是如此伟大
以至于身后百年
仍然光耀着波动的战旗
震慑一切反对力量
在每一所中学的实验室里
通过两道狭缝的光
依然不依不饶的显示出了明暗相间的干涉条纹来不容置疑的向世人表明它的波动性
菲尼尔的论文虽然已经在图书馆里面蒙上了灰尘
但任何人只要有兴趣
仍然可以重复他的实验
来确认泊松量般的存在
麦克斯韦芳华绝代的方程组仍然在每天给出预言
而电磁波呢
也仍然温顺的按照那个优美的预言
以三十万公里每秒的速度行动
既没有快一点
也没有慢一点
战局很快就陷入了僵持
双方都屯兵于自己得心应手的阵地之内
谁也无力去占领对方的地盘
光子一陷入干涉的沼泽
便显得笨拙而无法自拔
光波一进入光电的丛林
也变得迷茫而不知所措
粒子还是波呢
在人类文明达到高峰的二十世纪
却对宇宙中最古老的现象束手无策
不过
还是让我们以后再来关注威力和波动即将爆发的这场戏剧性的总决战吧
现在呢
按照这次旅行的时间顺序安排
先让两支支队队对垒一阵子
我们暂时呢
回到故事的主线
也就是二十世纪的第一个十年那里去
自从一九零五年爱因斯坦提出了他的光量子概念后呢
量子这个新生力量终于开始被人们所逐渐的重视
越来越多有关这一课题的论文被发表出来
普朗克的黑体公式和爱因斯坦的光电效应理论只不过是他占领的两个重要前沿阵地
而在许多别的问题上
比如晶体的晶格结构
阳极射线的多普勒效应
气体分子的震动
x射线辐射等上面
它也都很快的令人刮目相看
在这样一种微妙的形势下
这德国物理学家能斯特敏锐的察觉到
物理学已经来到了一个关键时刻
好像有什么大事儿即将发生
量子火山的每一次躁动
都使得整个物理学大地在微微颤抖
似乎预示着不久后一次总爆发的来临
也许啊
量子这个不起眼的名词
终究注定要成为一个家喻户晓的名字
一九一零年春天
能斯特到布鲁塞尔拜访另外一位化学家古德
施密特
并在那儿呢
偶尔邂逅了一位叫索尔维的人
索尔维一直对化学和物理深感兴趣
可惜当年啊
因病错过了大学
他后来发明了一种制造苏达的新方法
并靠此发了财
虽然自己呢
已经错过了投身于科学的青春年华
不过索尔维仍然对此非常的关心
他向能斯特提议说
自己可以慷慨解囊
赞助一个全球性的科学会议
让普朗克
洛伦兹
爱因斯坦这样最出色的物理学家能够汇聚一堂
讨论最前沿的科学问题
能斯特是又惊又喜呀
这不正是一个最好的机会
可以让物理学家们认真的交流一下对于量子和辐射问题的看法吗
于是两人是一拍即合
能斯特随即为这件事忙碌的张罗起来
一九一一年十月三十日
第一届索尔维会议正式在比利时的布鲁塞尔召开
二十四位最杰出的物理学家参加了会议
并在量子理论
气体运动理论以及辐射现象等课题上进行了讨论
遗憾的是
会议只有短短五天
人们并没有取得任何突破性的进展
量子究竟意味着什么
理论背后隐藏的是什么
普朗克常数h究竟将把我们带向何方
没有人确切的知道答案
爱因斯坦在会后写给洛伦兹的信里说
啊
h重症看上去更加病入膏肓了
但不可否认的是
这仍然是量子发展史上的一次重大事件
因为量子问题终于在这次会议之后
被推到了历史的最前沿
成为时代潮头上的一个焦点
人们终于发现
他们面对的是一个巨大的
扑朔迷离的难题
不管是光还是热辐射
经典物理
面对的都是一个难以逾越的困境
在那些出席会议的人中间呢
有一位叫做恩内斯特
卢瑟福
他也许不知道自己回英国后
很快就会遇到一位来自丹麦的青年
从而在自己的学生名单上添加一颗最耀眼的超级巨星
也没有人注意到
大会的一位秘书
来自法国的莫里斯
德布罗伊公爵
他将把讨论和报告的记录带回家中
而偏巧
他还有一位聪明绝顶的弟弟
对于爱因斯坦来说
他更不会想到
这个所谓的h重症
将成为困扰他终生的最大谜题
而一九一一年的索尔维会议
更仅仅是一个开始而已
未来还会有更多的索尔维会议
在历史上泼成一幅壮丽而雄奇的画卷
记录下量子论最富有传奇色彩的那一段故事
一九一一年的这次会议呢
像是一个路标
历史的众多明暗浮现在这里面交错汇集
然后呢
厘清出几条主脉
浩浩荡荡的发展下去
爱因斯坦的朋友贝索后来把一九一一年的会议称为一次巫师盛会
也许
这真的是量子魔法师在炫技前所念的最后的神奇咒语
现在
各位读者
就让我们把握住会议留给我们的那条线索
一起去看看
量子魔法是怎样影响了实实在在的物质
原子核和电子的
我们的历史
长镜头从欧洲大陆转回不列颠岛
来自丹麦的王子粉墨登场
在他头上
一颗大大的火流星划过这阴云密布的天空
虽然只是一闪即逝
但却在地上
点燃了燎原大火
照亮了无边的黑暗
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