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赫兹的电磁实验与量子力学的关系

已有 4657 次阅读 2014-4-8 23:06 |系统分类:科普集锦| 物理学, 科学家, 热力学, 英雄主义, 经典的

      物理学是一方星光璀璨的阔大天空,这个领域里面的天才实在太多了,靠单枪匹马开辟一个研究领域的个人英雄主义式的科学家却并不鲜见。但很少有一个研究话题可以引起学界群体长长久久的争论而不得其解的。很不幸,量子力学正是这样一个前后耗费了数代天才们的精力、从头至尾绵延三百多年才最终建立起自己的理论体系并获得发展的物理学分支。

      上个世纪末的时候,经典物理学大厦基本已经都成功的建立起来,物理学已取得了极大的成就。力学方面,牛顿建立的三大定理几乎能够解释从天上到地上万物的运行规律;热学方面,在热力学三大定律之外,分子运动和统计热学更是可包容热学领域的绝大数现象,在此基础上,工业革命已轰轰烈烈的发展起来;光学方面,经典的光学反射和折射定律之外,波动学说似乎也将整个光学推向一个更高的发展层次;电学和磁学领域,电磁理论已经将电和磁学世界中的秘密揭示给世人,并使人们生活发生翻天覆地的改变。而这些子学科的基础,却都是使用同一种一统的学科方法,并在学科内形成一个经典物理的大同盟,似乎所有问题已经解决殆尽。

      撕开物理学这座华丽帷幕并加盟进来的最后一个分支,正是现在我们称之为原子物理学的研究分支,而原子物理学的肇始,却是发端于一个200多年前的实验,并由此启发和耗尽了数个物理学天才的毕生心血,这些天才们的名单很长很长,其中包括胡克、牛顿、惠更斯、托马斯-杨、泊松、菲涅耳、赫兹、开尔文、维恩、普朗克、波恩、泡利、薛定谔、爱因斯坦、卢瑟福、波尔、汤姆孙、德布罗意、狄拉克、海森堡------最后终于建立起量子力学的大厦,开端了现代物理学的荣光。

      话说这些个天才们后来因为这个基本问题吵得不可开交,但最初的那个发生在1887年的实验,确实戏剧性的给这些争端埋下了最初的种子。在德国小城里的卡尔斯鲁厄大学的实验室,赫兹为了验证电磁波在我们生活的空间中的存在,所设计的一套电磁激发装置,确实在并没有接触的情况下实现了电波的发送和接受,由此光学和电磁学也完成了它的统一。按说这些个发现和证实已经在当时获得了巨大的轰动并由此直接催生了电磁通讯的产生,但我们的主人公注定是个不平凡的人,他的细心到了极端的地步。

      他的这套装置所激发的电磁波分毫不差的在接受器处产生了电火花,这已经能够证实电磁波毫无疑问的在我们的空间中存在,然而赫兹为了让他的电火花更为明亮,他将整个接受器和激发装置,甚至房间全部隔离起来变成一座黑屋,这样干扰就可以降到最低,这时赫兹发现两个装置间互相隔离后,接受器产生火花变得不太容易,而没有隔离时这种产生就变得容易起来,这显然跟电磁波传递没有关系,事实上直到一百多年后才由天才科学家爱因斯坦帮他解决了这个难题,解释了所谓的光电效应原理。

      赫兹当时是怎么做的呢?他没有忽略这个细小的环节,而是将之从头到尾详尽的的记录下来,并写成一篇论文,题名为《论紫外光在放电中产生的效应》,当然这篇论文当时并没有产生它应有的影响,这篇论文的巨大意义直到上个世纪初才被真正重新认识到,并在其中挖掘出光电效应的量子激发特征,甚至作为爱因斯坦获得诺贝尔奖的主要贡献,由此逐渐建立起院子物理学以至现代物理学的基础。量子力学由于其划时代的科学意义,以及对经典物理学的强大冲击,终于在几百年后才揭开面纱,而它的科学发端,却是显得如此的不可思议,但机会毕竟是留给有准备的人的,科学发现更是归功与那些细心的科学家的。

      量子力学中蕴含的不连续的跃迁的思想,在以电磁传播和磁电存储为物理基础的信息时代,究竟还控制着多大的势力范围?希望大家能朝着这个方向思考和研究,让这个历经三百年孕育而诞生的物理学理论在当下发挥出更为耀眼的光芒来。

来源: http://www.cnphys.com/article-110-1.html 



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