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光的简史19: 赫兹发现光电效应 量子证据呼之欲出
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19世纪末,经典电磁理论与经典力学和经典热力学形成了物理世界的三大支柱。它们紧紧地结合在一块,构筑起了一座华丽而雄伟的殿堂。这是一段伟大而光荣的日子,是经典物理的黄金时代。 物理学家们开始相信,这个世界所有的基本原理都已被发现,物理学已经尽善尽美,走到了它的极限和尽头,再也不可能有任何突破性的进展了。如果说还有什么要做的,那就是做一些细节上的修补,更加精确地测量一些常数值罢了。普朗克的导师甚至劝他不要再浪费时间去研究这个已经高度成熟的体系了。 19世纪末的物理天空闪烁着金色的光芒,象征着经典物理帝国的全盛时代。这样的伟大时期在科学史上是空前的,或许也将是绝后的。然而,这个统一的强大帝国却注定了只能昙花一现,喧嚣一时的繁盛,终究要像泡沫那样破灭凋零。 今天回头来看,赫兹1887年至1888年的电磁波实验的意义应该是复杂而深远的。它一方面彻底建立了电磁场论,为经典物理的繁荣添加了浓重的一笔;与此同时,本质上是电磁波载体的光子,也就被彻底电磁波化了,从此波动说有了麦克斯韦电磁理论这个强大靠山,而粒子说再想翻盘就更是难上加难了。但在另一方面,赫兹实验同时又埋下了促使经典物理自身毁灭的武器,孕育出了革命的种子,这也成为粒子说的反攻法宝。真可谓“成也萧何,败也萧何”。 在卡尔斯鲁厄大学的那间实验室里,赫兹铜环接收器的缺口之间不停地爆发着电火花,明白无误地昭示着电磁波的存在。但偶然间,赫兹又发现了一个奇怪的现象:当有光照射到这个缺口上的时候,似乎火花就出现得更容易一些。这就是著名的光电效应。 赫兹把这个发现也写成了论文发表在《物理年鉴》上,但在当时并没有引起人们的注意。当时,学者们都在为电磁场理论的成功而欢欣鼓舞,马可尼们在为了一个巨大的商机而激动不已,没有人想到这篇论文的真正意义。连赫兹自己也不知道,量子存在的证据原来就在他的眼前,几乎是触手可及。 不过,也许量子的概念太过爆炸性,太过革命性,命运在冥冥中安排了它必须在新的世纪中才可以出现,而把怀旧和经典留给了旧世纪吧。只是可惜赫兹走得太早,没能亲眼看到它的诞生,没能目睹它究竟将要给这个世界带来什么样的变化。 终于,在经典物理还没有来得及多多体味一下自己的盛世前,一连串意想不到的事情,在19世纪的最后几年里连续发生了,仿佛是一个不祥的预兆。 1895年,伦琴发现了X射线。 1896年,贝克勒尔发现了铀元素的放射现象。 1897年,居里夫人和她的丈夫皮埃尔•居里研究了放射性,并发现了更多的放射性元素。 1897年,J•J•汤姆逊在研究了阴极射线后认为它是一种带负电的粒子流,电子被发现了。 1899年,卢瑟福发现了元素的嬗变现象。 如此多的新发现接连涌现,令人一时眼花缭乱。每一个人都开始感觉到了一种不安,似乎有什么重大的事件即将发生。物理学这座大厦依然耸立,看上去依然那么雄伟,那么牢不可破,但气氛却突然变得异常凝重起来,一种山雨欲来的压抑感在人们心中扩散。 新的世纪很快就要来到,人们不知道即将发生什么,历史将要何去何从。眺望天边,人们隐约可以看到两朵小小的乌云,小得那样不起眼。没人知道,它们即将带来一场狂风暴雨,将旧世界的一切从大地上彻底抹去。 但是,在暴风雨到来之前,还是让我们抬头再看一眼黄金时代的天空,作为最后的怀念。金色的光芒照耀在我们的脸上,把一切都染上了神圣的色彩。经典物理学的大厦在它的辉映下,是那样庄严雄伟,溢彩流光,令人不禁想起神话中宙斯和众神在奥林匹斯山上那亘古不变的宫殿。 谁又会想到,这震撼人心的壮丽,却是斜阳投射在庞大帝国土地上最后的余辉。这也预示着,粒子说的反攻已经在酝酿之中了。
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