數理化通俗演義(插圖版·全5冊)

第五十九回 晴空裏飄來一朵烏雲 死水上吹起一陣清風

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——量子論的產生

上回說到盧瑟福和他的助手們造出原子搗碎機,一步步地向原子內部進軍。這盧瑟福是個偉大的實驗物理學家,在他的麵前沒有解決不了的難題。他特別強調實驗,他喜歡引用波義耳的一句話:真正的科學就是旨在應用的知識。他還嘲笑一些人整天坐在書齋裏,隻憑書本上的現成公式來研究科學,說這是一種危險的消遣。有一次甚至說那些理論物理學家們的氣焰未免太高了,現在是該我們實驗物理學家讓他們冷靜的時候了。他這些話也未免有點兒偏頗。其實一門科學的進步,理論和實驗是不可缺少的左右腿,它們總是一前一後交替前進,哪能再分高低呢?而盧瑟福在原子實驗方麵積累了許多事實之後,他萬沒有想到現在真的需要那些曾被他挖苦過的理論物理學家們來幫忙了。

這事還得從頭說起。到19世紀末葉之時,經典物理學大廈經過了從牛頓到麥克斯韋這些大師們的精心設計和建造,真可謂盡善盡美了。大自然中的物理現象也都能用經典理論解釋得清清楚楚。可是好景不長,也真怪物理學家們無事生非,不知誰先想出了一個題目,要是一塊全黑的物體,它是怎樣吸收外來的熱量又怎樣放出熱量的呢?比如一塊鐵吧,我們可以把它看成近似的黑體,給它加熱,它開始吸收熱能,鐵塊會先呈暗紅,而黃而白,發出耀眼的光線。這就叫“黑體輻射”。按經典理論,熱的輻射和吸收是一個完全連續的過程,就像管子裏流出來的一股水,光和輻射熱是一種電磁波。這條連續性原理是經典物理學的一塊基石。可是那些無事生非的物理學家們終於給自己找來了麻煩,他們用這種理論來解釋黑體輻射,無論如何也不能使輻射能量和輻射光譜統一起來。所以,當時代步入20世紀第一個年頭時,物理學界的老前輩威廉·湯姆遜在新年祝詞中一麵慶賀物理學的新勝利,一麵又憂心地提到,天空又出現了兩朵烏雲,這便是其中之一。