第五十九回 晴空裡飄來一朵烏雲 死水上吹起一陣清風
第五十九回
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晴空裡飄來一朵烏雲 死水上吹起一陣清風
——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。他特彆強調實驗，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裡，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，就像管子裡流出來的一股水，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。
既然輻射能量隨溫度的升高而增加，於是問題的焦點就是求出能量、溫度與波長之間的關係式。英國物理學家瑞利和金斯得到一個公式，它在解釋波長較長、溫度較高時的黑體輻射現象時還能說得通，但是要把它用於短波的紫外光區，立即出現一個可怕的現象——全部能量老早就在一次性的紫外輻射中散光了。正像我們計算一個10歲孩童的年齡時，誤把一月當做一年，結果他早該不在人世了。這當然是一個純理論的推斷，但卻得出一個可怕的結果。物理學家們立即給它起了一個不祥的名字，叫“紫外災變”。而同時，有一個德國人維恩也推出一個公式。維恩公式正好相反，它適用於波長較短、溫度較低的情況，而對長波的紅外區卻又是一場“紅外災變”。又好像我們計算一個古稀老人的年齡時，卻誤以一世紀為一歲，結果是他還沒有出生呢。但是這兩個公式依據的都是經典物理學的同一原理啊，何以如此水火不容呢？
各位讀者，說到這裡讓我們回想一下本書前麵曾敘述過的一個實驗。按照亞裡士多德的說法，物體下落時肯定是重物比輕物的速度快。伽利略不信，1590年他站在斜塔上把一個大球和一個小球同時往下一丟，結果同時落地。他在同守舊分子的辯論中用了一個很好的推理：如果把兩個球綁在一起，下落速度可能有兩個，一是比大球快，因為兩球比一球重；二是兩球的平均速度，小球慢，當然要扯大球的後腿。顯然這兩個結論是矛盾的，但是它們都是根據同一個亞裡士多德的原理啊！於是伽利略大膽地喊了一聲：亞裡士多德錯了，隻有我的實驗才是對的。
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