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    “悠悠歲月,欲說當年好睏惑”,是不是暴露年齡了,不過說起當年的那些事,確實是“亦真亦幻難取捨”。

    欲說當年好睏惑

    1865年,偉大的麥克斯韋終於推匯出了優美的電磁方程,雖然還不是我們現在看到的四個方程,但是已經完成了電磁學的統一,算是報答了法拉第的知己之情,現在法拉第終於可以了無遺憾地去見上帝了。

    在麥克斯韋的理論中,變化的電場可以產生磁場,變化的磁場也可以產生電場,這樣迴圈往復,電磁波就可以不需要介質傳播,這一點非常關鍵,這意味著電磁波可以在真空中傳播,這就不需要以太這個假設了

    而且,麥克斯韋還計算出,電磁波的傳播速度等於光速,這意味著近二百年的光的微粒說和波動說可以畫上句號了。

    之前,無所不通的托馬斯.楊的干涉實驗和菲涅爾在泊松的神助攻下完成的泊松亮斑實驗都已經證明了光是一種波,不過,這些實驗還解釋不了光如何在真空中傳播,不得不又引入了古老的以太的概念,這讓物理學天空更加晦暗不清,所以說,雖然也算是終結了光學之爭,但這個句號畫的並不完美。

    而麥克斯韋現在可以畫上這個完美的句號了,可是遺憾的是,麥克斯韋本人卻堅持以太說,生生把一個句號畫成了問號。

    為什麼麥克斯韋堅持以太說呢?首先電磁波還只是一種理論設想,並沒有實驗證明,而作為一個嚴謹的物理學大師,是斷不會輕易下結論的;其次呢,邁克爾遜莫雷實驗要在1881年才做,而當時麥克斯韋已經去世兩年,看來上帝太喜歡這位睿智的紳士了,早早地就把他召回了天堂。

    如果假以時日,麥克斯韋看到了邁克爾遜莫雷實驗的零結果,會不會改變初衷,提出一種類似於相對論的新理論呢?歷史終究不可假設,那麼就做實驗來證明電磁波的存在吧。

    最適宜的實驗人選當然是最偉大的實驗物理學家法拉第了,可遺憾的是,法拉第也早就被上帝召回了天堂,看來上帝對自己的小秘密還是非常珍視,唯恐人類提早把他拉下神壇。

    江山代有才人出,法拉第去世了,赫茲誕生了。

    赫茲,天賦奇才,師從於基爾霍夫和亥姆霍茲,他還有一個同門師弟,就是後來撼動經典物理學地基的美少年普朗克,不過赫茲和小師弟普朗克不同,普朗克把兩個老師的理論發揮到了極致,黑體就是基爾霍夫提出的,黑體輻射問題就是普朗克解決的,亥姆霍茲是熱力學大師,普朗克同樣是熱力學大師,玻爾茲曼常數就是他推導的。

    赫茲更喜歡做實驗,因為在他看來,理論物理學已經沒有多大發展了,這還真不是赫茲短視,這是整個物理界的共識,開爾文爵士不是說就剩“兩朵烏雲”了,所以,赫茲在獲得理論物理學教職之後,掛冠而去,來到一家小學院準備做實驗。

    亦真亦幻難取捨

    1888年,對於華人來說是個吉祥的年份,卻是我們和西方拉開差距的年份,上一個這麼吉利的年份是1666年,那是牛頓爵爺橫空出世的那一年,拉開了第一次工業革命的序幕,這一次則推動了第二次工業革命的發展。

    在此之前,麥克斯韋雖然如日中天,但並非一統天下,關於電磁力的傳遞有兩種觀點,一是韋伯的觀點,認為是瞬時傳遞,不需要時間,這其實就是牛頓爵爺超距作用在電磁學上的體現,另一種觀點就是麥克斯韋關於電磁波的觀點。

    對於赫茲來說,能動手就別逼逼,擼起袖子加油幹不就完了。這一年,赫茲發現了電磁波。

    而且赫茲還根據電磁波的波長和頻率,測出了電磁波的傳播速度,恰如麥克斯韋的預測,電磁波的傳播速度就是光速,現在光學之爭終於可以畫上完美句號了,而在1881年,邁克爾遜莫雷力圖尋找以太的實驗中,也得出了零結果,這意味著以太也沒有存在的必要了,赫茲要是深入思考一下的話,歷史可能又要改寫了。

    不過赫茲並沒有這個時間,因為他發現他給光學之爭畫的這個句號並不太完美,有一個小小的瑕疵,這個瑕疵就是光電效應。

    早在電磁波發現之前,赫茲就發現了光電效應,但是當時還不能叫做光電效應,因為湯姆孫還沒有發現電子,只能叫做光電現象。

    光電現象表面看起來就是隨著光的照射,物體的電性質會發生變化,其實就是隨著光的照射,物體的電子會逃逸而出。

    赫茲釋出了實驗結果,卻沒有做出解釋。

    物理學家們對這個現象激發了濃厚的興趣,又做了一系列的實驗,更神奇的結果出現了。

    只要紫外線照射金屬表面,金屬表面就會帶正電,好像負電飛走了一樣,當時還沒有發現電子,只能說是負電失去了。

    而且金屬不同,失去負電的能力也不一樣,對於活潑金屬,象鉀鈉鎂鋁更容易失去負電,而不活潑金屬象銅汞則幾乎不發生這種現象,這和元素週期表有點相似,但是還不能這麼叫,因為當時門捷列夫還沒有提出元素週期表。

    在大家研究光電效應期間,湯姆孫透過對陰極射線的研究發現了電子,從這裡開始,就可以用電子的概念了。

    1902年,赫茲的助手勒納德總結了光電效應實驗,提出了三條總結,第一:光電子數量每單位時間與入射的輻照度成正比;第二,每一種物質所發射出的光電子都有其特定的最大動能(最大速度),換句話說,光電子的最大動能與光波的光譜組成有關。第三:光電子的最大動能與截止電壓成正比,與輻照度無關。

    勒納德也是一個神奇的人,此公後來擔任過希特勒的科學顧問,而且他一生專懟愛因斯坦,愛因斯坦只獲得了一次諾貝爾獎,和此公有莫大關係,勒納德曾宣稱要是授予狹義相對論諾貝爾獎,他就把自己退回自己的諾貝爾獎獎章,對了,勒納德因為對陰極射線的研究也獲得了諾貝爾獎,後來只好授予光電效應諾貝爾獎,他自己也是對光電效應做出了巨大的貢獻,總不能自己懟自己吧。

    勒納德的總結無論如何不能用光的波動說解釋了,依照波動說,光電子的發射應該和照度相關,只要照射時間足夠長,就應該有光電子,而不是和頻率有關。

    如果赫茲看到這個結果,一定會對自己所說的光是一種電磁波的說法感到迷茫,不過赫茲永遠不可能看到這個結果了,因為他已經在1894年因敗血症去世了,享年36歲。

    赫茲的一生和麥克斯韋非常相似,都在小學院裡找到了知心愛人,還有很沉痛的一點相似是都英年早逝。

    漫漫人生路,上下求索

    1888年,赫茲完成了電磁波實驗,1900年,普朗克提出了量子假說,1902年,勒納德總結了光電效應現象,此時萬事俱備只欠東風。

    1905年,終於輪到愛因斯坦發言了。

    愛因斯坦認為光是一群離散的量子,他稱之為光量子,當光量子具有的能量大於電子逃逸的能量時,就會產生光電效應,而光量子的能量只和其頻率有關,等於普朗克常數和頻率的乘積,愛因斯坦的光量子假說完美地解釋了光電效應,雖然在狹義相對論上愛因斯坦推翻了牛頓力學,但是對光電效應的解釋似乎又站在了牛頓的一邊,其實愛因斯坦的光量子和牛頓的微粒是完全不同的,應該說是光具有波粒二象性,既是波又是粒子,這也給一百多年來的光學之爭畫上了句號。

    可是愛因斯坦的解釋也只是理論設想,同樣也需要實驗來證明,這就要麻煩美國物理學家密立根了,就是測定電子電荷的那個密立根,由於油滴實驗是自己學生建議的,之前密立根用的是水滴,而水容易蒸發,難以得出正確結論,密立根覺得很不爽,雖然這時候他偽造實驗資料的事還沒捅出來,密立根決定搞一個大新聞。

    他打算用實驗來推翻愛因斯坦,不過他的實驗恰恰證實了愛因斯坦的理論,給愛因斯坦帶來了諾貝爾獎,順便自己也獲得了諾貝爾獎。世事難料啊。

    最後再說一下赫茲吧,赫茲曾差一點首先發現電子,只是由於使用的真空管真空度不高,真空管中的空氣分子對實驗結果造成了影響,因此沒有發現靜電場對陰極射線的影響,錯失了對電子的發現。

    電磁波實驗之後,他又重新做了陰極射線的實驗,而且發現了磁場對陰極射線的影響,這離電子的發現只差一步了,現在我們清楚,陰極射線就是電子流,無論電場還是磁場都會使電子流偏轉,可是這時候由於健康原因不得不中斷了實驗。

    在赫茲逝世三年後,湯姆孫幾乎完全重複了赫茲的實驗,只是提高了真空管的真空度,減少了空氣分子對陰極射線的影響,發現了在靜電場作用下陰極射線出現了偏轉,從而發現了電子,獲得了1906年的諾貝爾物理獎。而赫茲的助手勒納德獲得了1905年的諾貝爾物理獎。

    赫茲去世後,留下了他的愛妻和兩個女兒,伊麗莎白沒有再嫁,他們的女兒也沒有結婚,不過,赫茲的侄子繼承了他的遺志,於1925年獲得了諾貝爾物理獎,這樣算來,受赫茲餘蔭影響產生的諾貝爾獎應該由五個了,不對,還缺一個呢,那就再加上馬克尼的諾貝爾獎,夠五個了吧。

    洛倫茲在獲得1902年諾貝爾獎時說過,“在麥克斯韋之後,我要提到的偉大的名字,就是德國物理學家赫茲,如果不是他過早去世,在每年評選諾貝爾獎候選人時,他一定是首先被考慮的一個”。

    以上是我即將出版的一本書的部分內容,徵得出版社同意,在此釋出一些,也不能放出來太多,抱歉。

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