第一节
布里奇曼(percy williams bridgman,1882-1961)。叶企孙选择实验物理这个方向一个明显的原因就是:近代物理学的发展历史指出,实验是近代物理学发展的重要基础,而且,获得诺贝尔物理学奖的大师们几乎都是从事实验物理的。在这一点上,迈克尔逊实验室的炫目光芒给了他神奇的指引。
按照常规,此时的叶企孙只要完成一篇博士论文就可以拿到博士学衔了,许多人也是这样干的。但是叶企孙却不是为这一纸文凭来的,他要的是一个完整的过程,这就是科学研究的思想、方法和步骤。
半年之后,叶企孙选择了一个在当时极为前沿的科研选题——“用x射线方法重新测定普朗克常数”来做他的第一个实验。
普朗克,一个欧洲物理界的神话,即使是伟大的爱因斯坦,面对这个神话般的人物,他内心最能表达的情感也只能是“儿子想说给父亲的话”。1947年10月4日,当普朗克走完他的人生旅途后,在美国科学院的一个追悼会上,爱因斯坦充满感情地说:“我十分荣幸,和他在一起的日子是永远难忘、大有收获的。他一直追求永恒的事物,同时也积极参与人类日常的任何事情……我在他家里度过的那段时光,以及与这个伟人面对面地多次谈话,在我的余生中,将一直是最美好的回忆,这永远不会变,悲惨的命运并没有把我们彼此分开。”普朗克和爱因斯坦虽然都是物理科学界两个里程碑式的人物,但在20世纪初,爱因斯坦的高峰还在隆起,而普朗克的高峰已经筑就。选择了普朗克,就是选择了物理科学的最高峰。
普朗克所发现的基本作用量子h,敲开了20世纪的物理学之门,所有的近代物理学的重要内容都要与之发生关系,因此,精确测定普朗克常数值,就等于为量子h这座物理科学的山峰测量出精确的高度,就像我们今天采用最新的研究成果测量珠峰高度那样,会具有重要的科学价值。
普朗克常数数值的第一个测定者是普朗克本人。他以研究黑体辐射的实验测量出所得的试验公式,发现了基本作用量子h,于1900年依据黑体辐射实验数据导出了黑体辐射公式。爱因斯坦也曾意识到量子概念的普遍意义,但却是在普朗克提出量子假说若干年之后的事情。在普朗克发表基本作用量子h时,爱因斯坦正在谦恭地寻找工作,即使是一年后,他的父亲在不知情的情况下还给一位颇负盛名的物理学教授写信,请求他为爱因斯坦找一份助手的工作。他说:“我们并不富裕,特别是我的儿子因为得不到工作,因而认为他是我们的负担,因此感到更加沮丧……不论现在或明年秋天,如果你能为他提供一个助手的位置,我将无限感激你。”
这时的物理天空是为普朗克准备的。在他之前,英国物理学家瑞利根据经典统计力学和电磁理论实验,推出了黑体辐射的能量分布公式。该理论在长波部分与实验比较符合,但在短波部分却出现了无穷值,而实验结果是趋于零。这种严重的背离,被学术界称之为“紫外灾难”。而这时,普朗克的伟大身影加入了黑体辐射实验的队伍中,他采用拼凑的办法,得出了一个长波和短波部分都能与实验相吻合的公式。他发现,只要假定物体的辐射能不连续变化,而是以一定的整数跳跃式地变化,就可以对该公式作出合理的解释。普朗克将最小的不可再分的能量单元称做“量子”或“能量子”,并将这一假说报告了德国物理学会,从而宣告了量子的诞生。
但是,量子假说与物理界数百年来信奉的“自然界无跳跃”产生尖锐对抗,大多数物理学家不接受这一理论。由于众怒难犯,连普朗克本人也动摇起来,甚至放弃了量子论,继续用能量的变化来解决辐射问题。
就在量子假说就要销声匿迹的时候,16年后,又一个伟大的身影加入到量子理论的