跟随本书我们将回到19世纪的法国巴黎,去见证量子理论的诞生,但在此之前,我们还得先问一句:“量子”这个词到底是什么意思呢?这个词在1900年通过马克斯·普朗克[3](MaxPlanck)的著作引入物理学。当时普朗克正致力于找到一套新理论,以描述高温物体发出的辐射,即所谓“黑体辐射”(blackbodyradiation)。这项工作起源于一家电气照明公司的委托,可见宇宙奥秘之门偶尔也会为柴米油盐而开。本书会在后面详细讨论普朗克的真知灼见;现在只需知道,普朗克发现黑体辐射后,为解释其性质,他只能假设光须以小份能量的形式辐射出去,称之为“量子”。这个词本身的意思是“包”或“离散”。起初,普朗克认为这只是一个数学技巧,但就在1905年,阿尔伯特·爱因斯坦[4](AlbertEinstein)在光电效应(photoelectriceffect)现象上的后续研究中进一步支持了量子假说。这结果发人深省,因小份能量即可视为粒子的同义词。
历史上很长一段时间,都认为光是由一串小子弹组成的,可以追溯到标志现代物理学诞生的艾萨克·牛顿[5](IsaacNewton)时期。然而,1864年,由苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦[6](JamesClerkMaxwell)发表的一系列论文似乎全面消除了对于光的疑虑,这些论文后来被阿尔伯特·爱因斯坦形容为“自牛顿时代以来,物理学最为透彻和丰硕的论著”[7]。麦克斯韦证明,光是一列涌过空间的电磁波。自此,光是一种波的观点成为正统,看起来似乎毋庸置疑。然而,在1923年到1925年间,阿瑟·康普顿[8](ArthurCompton)及其同事在美国圣刘易斯华盛顿大学()进行了一系列实验,并成功地使光量子从电子上反弹出去。光量子和电子的行为都像台球一样,这一现象为普朗克的理论猜想提供了铁证,是其在现实世界中坚实的理论基础。到了1926年,光量子被赐名为“光子”(photon)[9]。光的行为既像波又像粒子,证据确凿。
这标志着经典物理的终结,也是量子理论草创时期的终结。
[1]除非你阅读的是本书的电子版,那就得自己开动脑筋想想了。(原书注,本书若无此注明,皆为译者注。)
[2]欧内斯特·卢瑟福,1871年生于新西兰斯普林格罗夫(现布赖特沃特),1937年卒于英国剑桥,英籍实验物理学家。
[3]马克斯·普朗克,1858年生于德国基尔,1947年卒于哥廷根,德国物理学家。
[4]阿尔伯特·爱因斯坦,1879年生于德国乌尔姆,1955年卒于美国新泽西州普林斯顿,德裔瑞士籍美籍物理学家。
[5]艾萨克·牛顿,1643年生于英国林肯郡伍尔索普,1726年卒于伦敦肯辛顿,英格兰物理学家和术士。
[6]詹姆斯·克拉克·麦克斯韦,1831年生于苏格兰爱丁堡,1879年卒于英格兰剑桥,苏格兰数学物理学家。
[7]出自爱因斯坦《麦克斯韦对物理实在观念之发展的影响》一文,发表于《詹姆斯·克拉克·麦克斯韦:纪念册》一书第66—73页,由剑桥大学于1933年出版。
[8]阿瑟·康普顿,1892年生于美国俄亥俄州伍斯特,1962年卒于美国加利福尼亚州伯克利,美国物理学家。
[9]首次出现在GilbertN.Lewis发表于《自然》期刊1926年第118卷第874—875页的《光子的守恒》一文中。
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