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提出光子的科学巨人有14位学生获得了诺贝尔奖 精选

已有 10594 次阅读 2023-12-23 17:28 |个人分类:拾穗记|系统分类:人物纪事

1926  12  18 日,美国化学家刘易斯提出了光子的概念。此光子是一个有效概念非今天的电磁场的量子一种基本粒子,属于典型的名字借用。光子的光芒,几乎全部聚焦到在爱因斯坦的头上。----题记

20 世纪初,马克斯·普朗克和阿尔伯特·爱因斯坦引入了量子概念,彻底颠覆了物理学。 爱因斯坦 1905 年的论文讨论了光的粒子性质,但没有将这种粒子称为光子。 该术语的创造者是美国物理化学家吉尔伯特·牛顿·刘易斯。

刘易斯出生于马萨诸塞州韦茅斯,尽管他在 9 岁至 14 岁之间曾短暂就读于公立学校,但随后就读于内布拉斯加大学,但他主要是在家里接受导师教育。 三年后,17 岁的他转入哈佛大学,并于 1899 年获得博士学位,当时年仅 24 岁。他在德国旅行了一年,师从威廉·奥斯特瓦尔德 (Wilhelm Ostwald) 和瓦尔特·能斯特 (Walther Nernst) 等著名科学家,然后返回德国 哈佛任教。

1904 年,刘易斯移居菲律宾,担任科学局度量衡部门的负责人,但他只担任了一年。 相反,他回到波士顿并在麻省理工学院担任教职。 1912 年,他加入加州大学伯克利分校,在那里度过了他大部分的科学生涯。

早期,刘易斯对热力学很着迷,特别是因为它与化学平衡有关,并写了许多关于当时新生的相对论的论文,提出了爱因斯坦质能等价的另一种推导。 1913年,他当选为美国国家科学院院士。

刘易斯因其在化学键方面的工作而闻名,特别是他在 1916 年的经典论文《原子与分子》和 1923 年关于酸碱反应的电子对理论的论文中概述的共价键概念。 早在 1902 年,他就在讲稿中使用了粗略的草图,描绘了立方体形状的原子,其中的角代表了电子的可能位置。 最终他意识到原子中的电子在原子核周围配对,最常见的是形成四面体,并且两个键合原子可以在它们之间共享配对电子。 这些想法后来影响了莱纳斯·鲍林等人的工作。

他也是第一个在 1926 12 18 日写给《自然》的信中创造了光子一词来描述光的单位的人。 从技术上讲,他对这个术语的理解是,它描述了辐射能的载体,而不是光本身的粒子:因此,我冒昧地提出了这个假设的新原子,它不是光,但起着重要作用 在每一个辐射过程中,都被称为光子。从这个意义上说,他的概念与爱因斯坦 1905 年的光量子理论不同,但光子后来被用来描述爱因斯坦最初所说的光量子lichtquant)。

刘易斯在他的家乡韦茅斯有一条街道以他的名字命名,当地高中图书馆的一个侧翼也以他的名字命名。 伯克利分校的刘易斯·霍尔 (Lewis Hall) 以他的名字命名,他的研究获得了许多专业荣誉。 但诺贝尔化学奖却与他失之交臂。 一些人猜测,他与能斯特的激烈竞争是部分原因,后者利用他在选举委员会的职位来阻止刘易斯的提名。

尤其令人失望的是,刘易斯自己的学生之一哈罗德·尤里 (Harold Urey) 因发现氘而获得了 1934 年化学奖,这项工作要归功于刘易斯自己在使用伯克利回旋加速器纯化和表征重水方面的贡献。同年,刘易斯从国家科学院辞职,可能是因为对这种职业上的蔑视感到愤怒,尽管他也可能对自己的提名人未能入选这个庄严的机构感到沮丧。 刘易斯指导的另一位年轻物理学家格伦·T·西博格 (Glenn T. Seaborg) 也于 1951 年获得了诺贝尔奖。(刘易斯确实更喜欢与杰出的学生一起工作,他们后来的成功至少证明了他卓越的判断力。)

在伯克利分校刘易斯有十四名学生先后获得了诺贝尔奖,其中最著名的包括Harold Urey(1934年诺贝尔奖)、William F. Giauque(1949年诺贝尔奖)、Glenn T. Seaborg(1951年诺贝尔奖)、Willard Libby(1960年诺贝尔奖)、Melvin Calvin(1961年诺贝尔奖)由于他的努力,伯克利化学学院成为世界顶尖的化学中心之一。

尽管刘易斯取得了巨大的科学成就,但他的结局却是悲惨的。 1946 年,他的一名研究生来到伯克利实验室,在工作台下发现了刘易斯的尸体,显然是液态氰化氢有毒烟雾的受害者。 他一直在使用这种物质进行实验,但一根断裂的管线导致氰化物泄漏到他的实验室工作空间中。 官方称他的死亡归因于冠状动脉疾病,但多年来有关刘易斯自杀的谣言一直存在。

这位化学家一直在与抑郁症作斗争,这可能是由于他一生中获得了创纪录的 35 项提名,但仍受到诺贝尔奖委员会的冷落。 在他去世的那天,刘易斯与欧文·朗缪尔 (Irving Langmuir) 共进午餐,欧文·朗缪尔因其在表面化学方面的工作而获得 1923 年化学奖,并在伯克利获得了荣誉学位。 同事们回忆说,刘易斯吃完午餐回来后明显情绪低落。 几个小时后,他死了。

我们可能永远无法确定刘易斯是否结束了自己的生命,但他的遗产继续存在——不仅在他的科学论文和他的两个儿子(两人都成为化学教授)中,而且在他创造的命名法中。 每次我们使用光子这个词时,我们都会向吉尔伯特·刘易斯表达一些小小的敬意。

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编译于如下网文

This Month in Physics History, December 18, 1926: Gilbert Lewis coins “photon” in letter to Nature

Gilbert N. Lewis




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