目前分類:量子物理史話 (60)

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「電子居然是個波!」這個爆炸性新聞很快就傳遍了波動和微粒雙方各自的陣營。剛剛還在康普頓戰役中焦頭爛額的波動一方這下揚眉吐氣,終於可以狠狠地嘲笑一下死對頭微粒。”波動日報”發表社論,宣稱自己取得了決定性的勝利。「微粒的反叛勢力終將遭遇到他們應有的可恥結局--電子的下場就是明證。」光子的反擊,在波動的眼中突然變得不值一提了,連電子這個老大哥都搞定了,還怕小小的光子?

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當玻爾的原子還在泥潭中深陷苦於無法自拔的時候,新的革命已經在醞釀之中。這一次,革命者並非來自窮苦的無產階級大眾,而是出自一個顯赫的貴族家庭。路易士‧維克托‧皮雷‧雷蒙‧德‧布羅意王子(Prince Louis Victor Pierre Raymond de Broglie)將為他那榮耀的家族歷史增添一份新的光輝。

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曾幾何時,玻爾理論的興起為整個陰暗的物理天空帶來了絢麗的光輝,讓人們以為看見了極樂世界的美景。不幸地是,這一虛假的泡沫式繁榮沒能持續太多的時候。舊的物理世界固然已經在種種衝擊下變得瘡痍滿目,玻爾原子模型那宏偉的宮殿也沒能抵擋住更猛烈的革命衝擊,在混亂中被付之一炬,只留下些斷瓦殘垣,到今日供我們憑弔。最初的暴雨已經過去,大地一片蒼涼,天空中仍然濃雲密佈。殘陽似血,在天際投射出餘輝,把這廢墟染成金紅一片,襯托出一種更為沉重的氣氛,預示著更大的一場風暴的來臨。

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應該說,玻爾關於原子結構的新理論出臺後,是並不怎麼受到物理學家們的歡迎的。這個理論,在某些人的眼中,居然懷有推翻麥克斯韋體系的狂妄意圖,本身就是大逆不道的。瑞利爵士(我們前面提到過的瑞利-金斯線的發現者之一)對此表現得完全不感興趣,J.J.湯姆遜,玻爾在劍橋的導師,拒絕對此發表評論。另一些不那麼德高望重的人就直白多了,比如一位物理學家在課堂上宣佈:「如果這些要用量子力學才能解釋的話,那麼我情願不予解釋。」另一些人則聲稱,要是量子模型居然是真實的話,他們從此退出物理學界。即使是思想開放的人,比如愛因斯坦和波恩,最初也覺得完全接受這一理論太勉強了一些。

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1912年8月1日,玻爾和瑪格麗特在離哥本哈根不遠的一個小鎮上結婚,隨後他們前往英國展開蜜月。當然,有一個人是萬萬不能忘記拜訪的,那就是玻爾家最好的朋友之一,盧瑟福教授。

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1911年9月,26歲的尼爾斯‧玻爾渡過英吉利海峽,踏上了不列顛島的土地。年輕的玻爾不會想到,32年後,他還要再一次來到這個島上,但卻是藏在一架蚊式轟炸機的彈倉裡,冒著高空缺氧的考驗和隨時被丟進大海裡的風險,九死一生後才到達了目的地。那一次,是邱吉爾首相親自簽署命令,從納粹的手中轉移了這位原子物理界的泰山北斗,使得盟軍在原子彈的競爭方面成功地削弱了德國的優勢。這也成了玻爾一生中最富有傳奇色彩,為人所津津樂道的一段故事。

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上次說到,愛因斯坦提出了光量子的假說,用來解釋光電效應中無法用電磁理論說通的現象。

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位於伯恩的瑞士專利局如今是一個高效和現代化的機構,為人們提供專利、商標的申請和查詢服務。漂亮的建築和完善的網路體系使得它也和別的一些大公司一樣,呈現出一種典型的現代風格。作為純粹的科學家來說,一般很少會和專利局打交道,因為科學無國界,也沒有專利可以申請。科學的大門,終究是向全世界開放的。

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在量子初生的那些日子裡,物理學的境遇並沒有得到明顯的改善。這個叛逆的小精靈被他的主人所拋棄,不得不在荒野中顛沛流離,積蓄力量以等待讓世界震驚的那一天。在這段長達四年多的慘澹歲月裡,人們帶著一種鴕鳥心態來使用普朗克的公式,卻掩耳盜鈴般地不去追究那公式背後的意義。然而在他們的頭上,濃厚的烏雲仍然驅之不散,反而有越來越逼人的氣勢,一場蕩滌世界的暴雨終究無可避免。

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我們的故事說到這裡,如果給大家留下這麼一個印象,就是量子論天生有著救世主的氣質,它一出世就像閃電劃破夜空,引起眾人的驚歎及歡呼,並摧枯拉朽般地打破舊世界的體系。如果是這樣的話,那麼筆者表示抱歉,因為事實遠遠並非如此。

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上次說到,普朗克在研究黑體的時候,偶爾發現了一個普適公式,但是,他卻不知道這個公式背後的物理意義。

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上次說到,在黑體問題的研究上,我們有了兩套公式。可惜,一套只能對長波範圍內有效,而另一套只對短波有效。正當人們為這個Dilemma頭痛不已的時候,馬克斯‧普朗克登上了歷史舞臺。命中註定,這個名字將要光照整個20世紀的物理史。

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上次說到,開爾文在世紀之初提到了物理學裡的兩朵「小烏雲」。其中第一朵是指邁克爾遜|莫雷實驗令人驚奇的結果,第二朵則是人們在黑體輻射的研究中所遇到的困境。

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1900年的4月27日,倫敦的天氣還是有一些陰冷。馬路邊的咖啡店裡,人們興致勃勃地談論著當時正在巴黎舉辦的萬國博覽會。街上的報童在大聲叫賣報紙,那上面正在討論中國義和團運動最新的局勢進展以及各國在北京使館人員的狀況。一位紳士彬彬有禮地扶著貴婦人上了馬車,趕去聽普契尼的歌劇”波希米亞人”。兩位老太太羡慕地望著馬車遠去,對貴婦帽子的式樣大為讚歎,但不久後,她們就找到了新的話題,開始對拉塞爾伯爵的離婚案評頭論足起來。看來,即使是新世紀的到來,也不能改變這個城市古老而傳統的生活方式。

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上次說到,隨著麥克斯韋的理論為赫茲的實驗所證實,光的波動說終於成為了一個板上釘釘的事實。

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上次說到,在微粒與波動的第一次交鋒中,以牛頓為首的微粒說戰勝了波動,取得了在物理上被普遍公認的地位。

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上次說到,關於光究竟是什麼的問題,在十七世紀中期有了兩種可能的假設:微粒說和波動說。

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上次我們說到,1887年,赫茲的實驗證實了電磁波的存在,也證實了光其實是電磁波的一種,兩者具有共同的波的特性。這就為光的本性之爭畫上了一個似乎已經是不可更改的句號。

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我們的故事要從1887年的德國開始。位於萊茵河邊的卡爾斯魯厄是一座風景秀麗的城市,在它的城中心,矗立著著名的18世紀的宮殿。鬱鬱蔥蔥的森林和溫暖的氣候也使得這座小城成為了歐洲的一個旅遊名勝。然而這些怡人的景色似乎沒有分散海因里希‧魯道夫‧赫茲(Heinrich Rudolf Hertz)的注意力:現在他正在卡爾斯魯厄大學的一間實驗室裡專心致志地擺弄他的儀器。那時候,赫茲剛剛30歲,也許不會想到他將在科學史上成為和他的老師赫耳姆霍茲(Hermann von Helmholtz)一樣鼎鼎有名的人物,不會想到他將和卡爾‧本茨(Carl Benz)一樣成為這個小城的驕傲。現在他的心思,只是完完全全地傾注在他的那套裝置上。

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  • Aug 17 Wed 2011 16:57

如果要評選物理學發展史上最偉大的那些年代,那麼有兩個時期是一定會入選的:十七世紀末和二十世紀初。前者以牛頓”自然哲學之數學原理的出版為標誌,宣告了現代經典物理學的正式創立;而後者則為我們帶來了相對論和量子論,並最徹底地推翻和重建了整個物理學體系。所不同的是,今天當我們再談論起牛頓的時代,心中更多的已經只是對那段光輝歲月的懷舊和祭奠;而相對論和量子論卻仍然深深地影響和困擾著我們至今,就像兩顆青澀的橄欖,嚼得越久,反而更加滋味無窮。

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