诺贝尔物理学奖介绍（1920-1930）

1921年 奖励爱因斯坦解释光电效应

只要用足够强的光照射金属，

就有电荷流动在金属的两端。

这是赫兹发现的光生电效应，

多年来的理论解释并不完满。

瑞士专利局上班的爱因斯坦，

为科学奉献了全部业余时间。

在一九零五年连发五篇论文，

提出相对论光量子等新概念。

从普朗克的能量子得到启发，

光量子也是光能的最小单元。

光电方程可把能量交换计算，

爱因斯坦假说超出时代太远。

光照射金属进行能量的传递，

电子获得光量子动能就增添。

只要电子获得的能量足够大，

它们摆脱束缚冲出金属表面。

美国人密立根完成精密测定，

假说变成理论经历严格检验。

相对论是爱因斯坦最大贡献，

未获诺奖表彰让科学界遗憾。

1922年 奖励玻尔提出玻尔原子模型

当汤姆孙发现了电子

卢瑟福发现了原子核，

科学家们也马不停蹄，

将原子结构逐渐勾勒。

原子核像金黄的蛋糕，

电子是上面的葡萄干。

汤姆孙模型虽然美味，

却被学生卢瑟福推翻。

卢瑟福提出新的模型，

电子围绕原子核周围。

像行星绕着太阳旋转，

电子运转有固定之轨。

玻尔发现卢瑟福缺陷，

电子的旋转不能随意。

它们有着明确的轨道，

不同轨道有不同能级。

电子在不同能级跃迁，

需要吸收或释放能量。

能量变化符合量子数，

光谱将电子跃迁记录。

1923年 密立根测定基本电荷

汤姆孙在放电管中发现电子，

人们关注电子带的电荷数值。

汤姆孙及其同事进行了测试，

平均统计的数据难令人满意。

找到最佳方法是实验的关键，

密立根测量平衡的带电油滴。

密立根获得了大量实验数据，

看似杂乱的数值存在着规律。

油滴电荷是某个数的整数倍，

基本电荷数值从此被样确定。

密立根以巧手实验慧眼识数，

肯定了电荷也呈现量子特性。

他曾怀疑光量子和光电效应，

做实验维护电磁理论的经典。

密立根设计了更复杂的仪器，

在新的事实面前改变了观念。

他还测算出普朗克常数的值，

光量子假说有了实验的支持。

精确测量是物理发展的动力，

密立根不愧为一代实验大师。

1924年，西格班，X射线光谱学

西格班研究标识X射线，

比巴克拉莫塞莱走更远。

他发展新方法发明新仪器，

提高了精度缩短曝光时间。

西格班拍摄更多元素照片，

首先验证了前辈们的发现。

不放过照片中每一个细节，

他发现了更精密的K谱线。

通过谱线了解原子的结构，

电子能级跃迁与射线对应。

原子核外有Ｋ能级Ｌ能级，

在它们之外的能级是ＭＮ。

不同的谱线有不同的波长，

波长对应跃迁能级的精细。

玻尔的原子模型得到支持，

原子内的电子排列有层次。

每一种元素都有特征光谱，

直接应用可识别材料成分。

基础研究的知识日新月异，

科学的价值不只局限本身。

1925年，奖励弗兰克和赫兹发现能级

一九一三年玻尔提出了假设，

原子内电子存在量子化能级。

科学理论需要更多实验证据，

首先完成的是弗兰克和赫兹。

研究电势和量子理论的关系，

一九一四年有了意外的收获。

用汞中电子做撞击气体实验，

每隔电势定值有电流的突变。

相同实验现象有不同的解释，

在摸索中他们走了一些弯路。

巨大困难挡在面前无法绕过，

应用玻尔理论看到笔直坦途。

那个定值对应汞的激发电势，

不同激发态有不同量子能级。

理论和实践的相互完美印证，

量子论建立者逐渐获得荣誉。

1926年 佩兰物质不连续结构

你为何能嗅到到鲜花的芬芳，

是花粉的分子到了你的鼻腔。

布朗发现分子不规则热运动，

显微镜里见到了花粉的碰撞。

爱因斯坦理论描述布朗运动，

关键是计算阿伏伽德罗常数。

佩兰用实验检验理论正确性，

看理论值和实验值是否相符。

水中花粉颗粒表征这个常数，

佩兰在乳浊液中进行着测量。

不管实验的条件和技术如何，

测出质量相同时颗粒数一样。

液体中的物质不再连续存在，

一个个弹性的颗粒就是分子。

佩兰不仅证实布朗运动公式，

更为分子理论提供直接证据。

1927年，奖励康普顿效应

当光线照到金属表面，

全部反射为不变的光。

X光照射金属也如此，

散射光线是原有波长。

符合经典的波动理论

这是正常的光学现象，

康普顿观察到新发现，

X光散射中出现反常。

部分散射光改变模样，

它们的波长变得更长。

当光碰金属失去能量，

光是粒子能解释顺畅。

X光即是波又是粒子，

康普顿给出了新证据。

1927年 奖励威尔逊发明云室

太阳下山顶环绕着云霞，

它的美丽令威尔逊着迷。

心中荡漾不是诗情画意，

是云朵形成的物理机制。

饱和蒸汽遇到小核会凝聚，

云朵也能在实验室里模拟。

带电粒子穿过饱和水蒸汽，

云朵生成会显示粒子径迹。

不管是X射线还αβ射线，

粒子在人们面前清晰可见。

观看在云室中拍摄的照片，

成为物理学家有趣的场面。

云室是早期的粒子探测器，

为低量粒子研究立下功绩。

1928年 理查森发现热电子发射定律

金属受热后会产生电流，

放电管中有阴极射线束。

它们是运动着的热离子，

理查森研究其产生机理。

离子如何从金属中发出，

是否经历物理化学变化，

科学家多年来一直困惑，

理查森忙碌着苦苦探索。

当老师汤姆孙现了电子，

理查森从中受到了启迪。

金属内自由电子受束缚，

有足够能量它们会逃出。

加热让电子获得了能力，

阅读越高逃逸电子越多。

理查森计算其速度分布，

与分子运动的理论相符。

电子管显像管X射线管，

都有发射电子的热金属。

它们高效率长寿命运行，

理查森的公式指明道路。

1929年，奖励德布罗意的波粒二象性

光到底是一种粒子还是波，

科学家多年争论难分仲伯。

波动和粒子理论交替领先，

各执合理的观点无法调和。

爱因斯坦的光波粒二象性，

平息了光学上长久的辩驳。

光子不能独占波粒二象性，

德布罗意把理论向前突破。

大胆是年轻科学家的天性，

深入思考才会有真正收获。

他在博士论文中提出假设，

任何实物粒子都具有相波。

运动的电子具有波的性质，

德布罗意预言出它的衍射。

你在直线奔跑其实是波动，

只是波长太短到无法测得。

德布罗意的观点过于玄妙，

科学界反馈的是沉默冷漠。

当电子衍射最终得到证实，

德布罗意得到了诺奖回报。

1930年，奖励拉曼效应

印度的青年才俊拉曼，

从小对光充满了想象。

年仅十八就发表论文，

讨论光衍射效应情况。

一九二一年他二十三，

在科研上已渐成模样。

在去往英国讲学路上，

又对大海的颜色思量。

美丽的蓝色来自何方，

天空反射说让人迷茫。

拉曼重新测海水光谱，

发现海水能发出蓝光。

拉曼到了一九二五年，

更大光学发现供分享。

光的散射原本很寻常，

拉曼观察到光的反常。

部分散射光颜色不变，

部分散射光改变波长。

经过多年的继续探索，

拉曼解释了这种现象。

拉曼的发现得到认同，

成果应用有广泛市场。

散射光谱对应被照物，

研究物质找到新良方。