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从20世纪初，普朗克推算出黑体辐射公式起，一直到1926年左右这段时间可以认为是量子力学的草创时期，在这之前可以称为前量子时代，也就是经典时代。由此你也可能理解了为什么普朗克对着爱因斯坦那个光量子理论就直摇头，一直都不接受。从经典物理过渡到量子力学需要迈过两个坎。第一个坎就是不连续，其实普朗克内心里并不喜欢这个不连续，但他是第一个把不连续的概念引入到黑体辐射的计算里面。但爱因斯坦就没这个心理负担，他高高兴兴就跨过了第一道坎。但是爱因斯坦就栽到了第二道坎面前，第二道坎叫不确定性，当然这是后话了。爱因斯坦不断就这个问题跟人吵架，当然吵了一辈子也没吵赢，他跟谁吵架呢，别急这个人很快就要出场了。 后来被人称为物理学奇迹年的1905年，转过年来就是1906年了，玻尔兹曼就自杀身亡了嘛，比埃尔居里就被马车撞死了嘛，所以1906年可以算是物理学界比较不幸的一年。到了1907年爱因斯坦还在完善他的相对论，因为在他的相对论里碰到了两个大麻烦。第一个是引力始终无法写成符合相对论的那种形式，写不进去。第二个是惯性系没法定义了，所以爱因斯坦为这两件事头疼。他的狭义相对论没有办法解决这两个问题，那时候他还在伯尔尼的专利局上班，专利局就在邮电大楼的6楼。有一天爱因斯坦就在那捣鼓这事，想要是从楼上跳下去会有什么感受呢，同事一听就觉得那还能有啥感受啊，疼嘛，然后呢？那没有然后了，你就死了啊。所以说你们物理界最近接二连三出问题啊，去年玻尔兹曼自杀了，你别想不开啊。爱因斯塔说你别瞎说，自己只是想研究一下失重是什么感觉。那失重跟相对论有关系么？那关系大了。爱因斯坦就开始琢磨这事，琢磨到1913年初步成型，到了1915年他正式敲定，这是后话了。他同事还在折腾固体比热的问题，从1906年就开始折腾了。 1907年卢瑟福就回了英国，他在加拿大当了好多年物理系主任，一直干的不错，这回回到英国本土，到曼彻斯特大学当物理系主任。到1908年他正在楼上跟学生讨论实验，另外一个学生拿回一封信，一看发信地址学生很兴奋，说老师啊，炸药奖委员会给你来信了。卢瑟福一看，都不知道怎么回事。诺贝尔奖委员会给卢瑟福的不是物理学奖，是化学奖，卢瑟福就莫名其妙得了诺贝尔化学奖，他还纳闷了自己搞了一辈子物理怎么一不留神就成化学家了。诺贝尔奖委员会觉得卢瑟福贡献挺大的，应该得诺贝尔奖，但是这一年物理学奖发给别人了，要不就让他凑合拿个化学奖算了，反正研究原子内部那点事算物理也行算化学也行。那一年物理学奖给了谁呢？给了李普曼，他发明了彩色照相术。 自制盖革计数器 卢瑟福是桃李满天下，他在曼彻斯特大学的时候手下也是一帮精兵强将。其中就有两个实验高手，一个叫盖革，后来发明了著名的盖革计数器，但凡测个放射性就把那东西往那一放，就听耳机里噼里啪啦响就说明有放射性。还有一个叫马斯登，也是实验物理的好手。在卢瑟福的指导下他们就做了一个物理学史上堪称最美实验之一的实验，也就是α粒子的散射实验。他们拿α粒子去轰击金箔，发现绝大部分粒子都穿过去了，基本上不受影响。如此说来原子内部好像空空如也，以至于α粒子轻轻松松就穿过去了不受影响。按照汤姆逊老师的模型原子应该是个西瓜，整个是带正电的，电子是带负电的，就像西瓜籽嵌在整个西瓜里面，金箔就好像一堆西瓜堆在那，没有理由说子弹穿过去啥都碰不到。他们本来是为了验证老师汤姆逊的西瓜模型，实验做完反而打了老师的脸，只有8000分之1的粒子发生了大角度偏转，说明打中啥东西给弹出去了。由此说明原子的核心部分非常小，显然不是像汤姆逊的西瓜模型那样能解释的。那么用长冈半太郎的土星模型呢好像也不行。土星模型和西瓜模型的区别是电子在外面转还是在里面转，长冈认为电子是在外面绕着原子核转。那原子核长那么大也不至于打不中，即便按照长冈模型应该很容易打中才对，难道原子核小的令人难以想象吗？这个实验是1909年做的，卢瑟福要系统性的提出他的原子模型还要等些年。这一年有个年轻的学生来到了剑桥的卡文迪许实验室，见过了汤姆逊教授，在那待了几个月后汤姆逊一看这孩子不错，于是写了推荐信让他去曼彻斯特大学找卢瑟福，让他拜在卢瑟福门下求学，这个学生就是后来大名鼎鼎的尼尔斯·波尔。 尼尔斯·波尔 至此量子力学草创时期的前三巨头全都出场了，是玻尔兹曼告诉普朗克那边有个门，可能是解决问题的出路，那个门叫不连续，结果普朗克就打开了量子力学的大门，但是他自己吓的没敢进去，就在门口徘徊。第二个就是爱因斯坦，他欢天喜地就蹦进门去了。第三个就是尼尔斯·波尔。他感觉在微观世界里，必须彻底告别经典力学。那时候波尔还年轻，是个毛头小伙子，而且他也算不上那种看上去就特聪明的人，爱因斯坦也是这样，他们俩虽然很聪明但是外表看起来不像。20世纪这两位物理学宗师都没显得那么霸气测漏，比如说后来的泡利啊朗道啊还有数学界那个冯·诺依曼那都是霸气测漏的人物，看着就聪明的冒泡。波尔看起来就是反应有点木讷，但是这也不妨碍他成为一代宗师做出划时代的成就。 他从汤姆逊和卢瑟福那了解了原子模型的问题，原子模型现在是有问题的，那么他就开始把自己的精力放到这方面来了。几年之后就是开花结果的时候，现在他还在卢瑟福门下闷头搞研究。当时欧洲物理学界明确接受量子理论的人不多，很多人还是搞经典理论，不接受量子论。量子论主要是德国的一帮人在搞，为数不多的几个科学家里就有一个叫能斯特，他一直在研究固体比热的问题。这个问题当时也是一堆的麻烦，爱因斯坦就用量子论来解释固体比热，给了能斯特很大启发。爱因斯坦说在足够低的温度上，固体的比热将随着温度的下降而下降。我们通常都认为固体的比热应该是个固定不变的值，可到了超低温下量子效应开始变的非常显著了，比热已经不是一个固定值了。能斯特对低温特别感兴趣，他就来做实验验证。这个实验是要很低很低的温度，大概是液态氢的温度范围，就是零下252℃以下，所以这个实验做起来非常非常难。他为了做这个实验一折腾3-4年就过去了，好几年都没做出来，结果一折腾就折腾到1910年，他得出实验结果。能斯特高兴死了，他跑到苏黎世找爱因斯坦结果周围人全吓一跳，觉得这小庙来了个这么大的神仙，因为当时能斯特比爱因斯坦名气大多了。能斯特本来不相信量子论，这次他心说不管别人信不信反正我是信了。 能斯特为什么对低温这么感兴趣呢？因为他要证明一条新的热力学定律，也就是热力学第三定律。他是这么描述的，不可能用有限次的操作把物体的温度降到绝对零度。哪知道歪打正着就验证了爱因斯坦有关物体比热的计算。当然了后来爱因斯坦的计算还是有点小问题需要修正，但是思路和方法都没有太大差错。能斯特通过这件事就发现现在物理学界有很多问题大家吵来吵去都没个定论，就是在这世纪之交的前后有太多的物理学发现冒出来了，可是显得千头万绪，看来整个物理学界需要更多的交流，让大家的思路彼此碰撞一下。他这么想着就有人撞枪口上来了，他不请自来。 能斯特 19世纪的后半叶那是个大亨辈出的年代，以美国为例，出了铁路大亨范德比尔特，石头大亨洛克菲勒，钢铁大王卡内基之类的。欧洲这边也是一大堆工业巨人，最著名的就是炸药大王诺贝尔嘛，等到20世纪初这帮大亨都垂垂老矣，他们觉得这财富不能带进坟墓，到死的时候搞一堆钱没花完不划算。他们就开始比赛搞慈善，卡内基甚至说一个人在巨富中死去是一种耻辱，他硬要把钱花光，活一天就捐一天。洛克菲勒跟他也一样，他捐的比卡内基还要多，因为他活的比卡内基长。诺贝尔去世的比较早，把遗产里面拿出钱来搞炸药奖。比利时有一个实业家一看哎呀完了，这个诺贝尔怎么跟自己想到一块去了，被他抢先了。他也想设立奖金来奖励科学家，但是诺贝尔抢先了，他还跟着诺贝尔屁股后面搞那就显得太LOW了。有人就给他指点，你看诺贝尔偏重实践，诺贝尔在数学面前特别自卑，所以他连数学奖都没设，据说是他老婆跟一个数学家出轨了，所以诺贝尔看不来数学，你不妨搞个偏重理论的，咱们品牌化差异化，还有一点就是诺贝尔弄的赚不到便宜，为啥呢死了以后拿遗产搞奖金，他自己就不能在科学家面前露脸，你还活着还能去科学圈里得瑟一下，结交一帮科学家朋友，诺贝尔就没这优势了吧。这个实业家是谁呢？这个实业家叫索尔维，他是比利时的一位化工专家。他创造了一个叫索尔维制碱法，极大的提高了纯碱的产量，而且纯碱的价格很便宜，就靠这套制碱法索尔维发家致富成了腰缠万贯的实业大亨。别人他是化学家，是化工专家，但是他也有理论物理的梦想，从小梦绕魂牵就喜欢这东西，无奈自己这辈子没走这条路，他对宇宙对引力都有自己独特的看法，还自己写了本书，叫《万有引力与物质》。他就捐钱，在布鲁塞尔建物理研究所，化学研究所，钱给的一点都不含糊，人老了就是圆梦的时候，再不搞这些兴趣爱好就来不及了。 欧内斯特·索尔维 科研圈子索尔维认识不了几个人，找谁呢？他也不知道，他机缘巧合在朋友家里就碰到了能斯特，能斯特一听他打算花钱搞点事，他又不想像诺贝尔那样搞个奖金，那好办，开个物理学会议，就把欧洲物理学名家大腕都请来，好吃好喝招待着，大家畅所欲言，就物理学问题进行讨论，这就挺好的了，你也可以在大会上发言啊，讲讲你对引力的理论和对宇宙的看法。索尔维一听这主意不错，他就跟能斯特商量，这俩人分工协作。能斯特找人，准备提议，毕竟科学圈子能斯特比较熟。索尔维就负责总后勤，住的饭店，会议场所，吃喝招待，还有给每个人准备一个大红包。能斯特这边开始找人了，广发英雄帖啊，什么洛伦兹啊，普朗克啊，爱因斯坦啊，居里夫人啊，反正成了名的科学家都要请。不过也有人不感冒，瑞利勋爵就没兴趣，汤姆逊也没啥兴趣，反正英国岁数大的对这东西就没啥兴趣，但是年轻的对这东西还是很支持。最后大会就在1911年的10月30号开幕，来的都有谁呢？算算啊。英国的有卢瑟福，金斯。法国的有居里夫人，庞加莱，郎之万，佩兰，布里渊。荷兰是小国没几个人，请来了昂内斯，洛伦兹。洛伦兹是大会主席啊，为什么请了洛伦兹做大会主席呢，因为岁数大嘛，威望高，而且他会N国语言，对什么文学啊艺术啊他都精通，所以这种人特别适合当大会主席。丹麦来了个克鲁森。奥匈帝国来了个哈色罗尔。德国来了能斯特，普朗克，维恩，索默菲，沃伯格，鲁本斯，爱因斯坦。从来的人就看的出理论物理的中心就已经到德国了，当然也有可能是因为能斯特本身就是德国人，照顾自家人，爱因斯坦在里面都算是青年才俊，那一年他才32岁。他们讨论的议题离不开最新鲜的理论，都是什么量子论啊相对论啊。卢瑟福还可以讲讲他最新的原子模型啊，就是行星模型，他把原子比喻成太阳系那样，中间核是很小的，范围很空旷。当然了小字辈也就没资格参加了，像波尔这种当时资格是不够的，不过也有年轻人参加了，他们是作为大会的秘书参加的，负责记录各位大佬的发言。其中有一个叫莫利斯·得布罗意，他是个实验物理学家，他就把会议记录给了他弟弟看，他弟弟一看从此就喜欢上了理论物理，放弃了本行历史学改学理论物理，这是后话了。 就在这次大会上量子理论走出德国，走向世界。欲知后事如何请看下回分解。 |
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