089章 X射线受轻元素散射的量子理论
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“李,我想让你看看我的论文。” 亚瑟·康普顿打开公文包,取出一沓手稿。 李康平接过手稿快速阅读。 亚瑟·康普顿的这篇论文名为《x射线受轻元素散射的量子理论》。 “从量子理论的观点看,可以假设:任一特殊的x射线量子不是被辐射器中所有电子散射,而是把它的全部能量耗于某个特殊的电子,这电子转过来又将射线向某一特殊的方向散射,这个方向与入射束成某个角度。辐射量子路径的弯折引起动量发生变化。结果,散射电子以一等于x射线动量变化的动量反冲……” “……散射射线的能量等于入射射线的能量减去散射电子反冲的动能。由于散射射线应是一完整的量子,其频率也将和能量同比例的减小。因此,根据量子理论,我们可以期待散射射线的波长比入射射线大。散射辐射的强度在原始x射线的前进方向要比反方向大,正如实验测得的那样。实验设计及实验结果如下……” 康普顿在论文里画出了实验设计图,并罗列了主要的实验数据。 李康平一边看论文一边说:“亚瑟,你的实验看上去不错。” 康普顿解释道:“我特制了一台x射线分光仪,x射线管也是我自己设计和吹制的。管子的靶和石墨散射器靠的很近,测量用的可调象限静电计是我和卡尔一起改装的,这些措施大大提高了x射线散射实验的检测灵敏度,所以我得到了这组实验数据。” 亚瑟·康普顿提到的卡尔是他的哥哥卡尔·康普顿,看起来亲兄弟一同上阵了。 “美妙的实验,相当美妙。” 李康平称赞道,遂继续读论文。 “根据能量守恒和动量守恒,考虑到相对论效应,得散射波长为:Δλ=(2h/mc)sin^2(1/2θ)。其中Δλ为入射波长λ0与散射波长λθ之差,h为普朗克常数,c为光速,m为电子的静止质量,θ为散射角。” “k.p.李于1921年2月在《物理评论》上发表了《黑体辐射和光量子》,他在文中指出:从光量子理论的观点来看,干涉现象可以与光原子的集合联系起来,这些光原子不是相互独立的,而是相干的。” “我认为k.p.李的观点应该是成立的。并且,我观察到波长变动可以借助于光量子理论,且通过守恒定律来解释:这种密切的数字符合似乎意味着,我们应该把散射过程看成一种量子现象,而非经典定律。” 亚瑟·康普顿写文的口吻比较温和,他频繁使用“应该”、“似乎”、“可能”、“或许可以期待”等字眼。 李康平看懂了,这篇《x射线受轻元素散射的量子理论》其实就是康普顿效应。 康普顿效应----量子力学永远的神之一。 物质波-----量子力学另一个永远的神。 康普顿效应、物质波是一伙的,所以李康平无条件支持康普顿的《x射线受轻元素散射的量子理论》。 李康平高兴的大喊大叫:“亚瑟,你做了一项了不起的实验,你提出了一个伟大的学术观点!没错,我们应该把散射过程看成一种量子现象!光量子学说毫无疑问是正确的!我太开心了,亚瑟,我为你感到骄傲!嘿,房间里有酒吗,我想喝酒!” “李,别高兴的太早,我觉得这篇论文有些地方需要修改,这也是我这次来纽约和你见面的主要原因。” 两人彻夜长谈,就学术问题展开了深入的探讨。 支持经典的光的波动理论的物理学家,我们称之为旧派。 支持光量子理论的物理学家,我们称之为新派。 光量子理论说光不仅具有波动性,而且具有粒子性,即光具有波粒二象性。 爱因斯坦早在1905年就提出了光量子学说,又在1916年进行了补充完善。利用光量子学说,爱因斯坦完美解释了光电效应,并给出了光电方程。 罗伯特·密立根于1916年通过光电实验证明了光电效应的正确性,这么看来,爱因斯坦似乎胜利了。 搞笑的是,罗伯特·密立根做光电实验时是经典理论的支持者,他想要通过实验推翻光量子学说,从而证明经典理论的正确性。 不管出于什么初衷,罗伯特·密立根的实验结果是光量子学说强有力的证据。 爱因斯坦获得1921年诺物奖的主要理由就是他在光电效应领域的研究贡献。 光量子学说被密立根的实验所证明,且爱因斯坦因此获得诺贝尔奖,那么爱因斯坦大获全胜了吗? 好像并没有。 现如今仍有大量的旧派物理学家坚定的支持光的波动理论。 这是为什么呢? 是他们太过愚蠢吗? 亚瑟·康普顿刚才说了,在这场基础理论基本问题的战争中,谁输了,谁就会垮台。 你笑旧派气数已尽,旧派笑你无稽之谈。 学术王朝的更替必然涉及激烈的斗争,而这种斗争不仅仅是纯粹的学术性斗争,也牵扯到了其他因素。 亚瑟·康普顿在他的论文中引用了李康平的论文《黑体辐射和光量子》,在战略层面,亚瑟·康普顿、李康平是学术思想高度一致的战略性盟友。 也就是说,在光的本性这个基本问题上,亚瑟·康普顿、李康平属于新派,他俩站在爱因斯坦这边,他俩是光量子学说的坚定支持者。 天色蒙蒙亮,不知不觉过了一夜。 略显疲倦的李康平说道:“亚瑟,你的x射线散射实验比密立根教授的光电实验更前进了一步,你不但考虑到了能量守恒,还考虑了动量守恒。那么我们面临的问题是,c.g.达尔文为什么要那样写?” c.g.达尔文的态度其实是比较暧昧的,他说光量子学说、光的波动理论势如水火,两者只能存活一个。但c.g.达尔文并未明确表态他究竟是支持光量子学说,还是支持光的波动理论。 可以肯定的是,c.g.达尔文认为守恒定律应该被放弃。 而亚瑟·康普顿以守恒定律为基础设定,写出了《x射线受轻元素散射的量子理论》这篇论文。 c.g.达尔文的爷爷可以说是人类历史上最杰出的科学家之一。 c.g.达尔文这位年轻的英国科学家虽有点名气,却远未达到他爷爷的那种程度。 李康平、康普顿心里有数,c.g.达尔文只不过是位打手,我们可以忽视c.g.达尔文,而我们必须重视c.g.达尔文身后的真正大佬尼尔斯·玻尔。