普朗克和愛因斯坦是19世紀初最著名的的物理學家。雖然他們都榮獲諾貝爾物理學獎,但他們的命運都不好,部分子女的結局也很悲慘。
鮮為人知的是,造成這一切的罪魁禍手,居然是一位為原子物理做出重要貢獻並因此獲得諾貝爾物理學獎的物理大咖。這位物理大咖不僅投靠納粹政府,還效忠希特勒,迫害愛因斯坦……
善惡到頭終有報,他的結局也令人無限唏噓。
(一)
1904年夏,德國薩克森州漢諾威工業大學的物理實驗室裡,一箇中年人正在做關於陽極射線的實驗。
這個德國中年人叫約翰尼斯・斯塔克,他是陽極射線研究的專家,畢業於慕尼黑大學,在漢諾威工業大學當了幾年教授。
他研究的是真空管裡的陽極射線微粒是否遵循多普勒效應。
何為多普勒效應?多普勒是奧地利人,原名斯蒂安・多普勒,多普勒效應的意思是,波長會隨著觀測者的移動而改變。這裡的波,既指聲波,又指光波。
舉個例子,一輛警車朝我們開來,警號(聲波)隨著距離的變近而越加尖銳,當它離開時警號越來越低沉。
做實驗的斯塔克有個大膽的想法:“既然從天體發出的光遵循多普勒效應,那實驗中的光線也應該遵循這個效應。”
原來,在斯塔克之前,科學家只能從太陽光裡觀察到多普勒效應,地球上的光波能否遵循多普勒效應,這個誰也不知道。(誰叫光跑得那麼快,一秒鐘就30萬千米呢)
斯塔克想的是,既然把光引入實驗不容易,不如從陽極射線入手吧,陽極射線如果遵循多普勒效應,那再證明物質的光譜就容易多了。
他最大的困難是陽極射線粒子的運動軌跡很難很難觀察,不過還好有學生幫助他進行實驗。
一年後,斯塔克在論文中證明:含氫的陽極射線微粒在真空管裡遵循多普勒效應。這是人類第一次在地球上觀察到非天體的多普勒效應。
不久,他又在實驗中證明:陽極射線微粒的實質是發光原子或離子。是科學界在陽極射線研究上的重大突破。
(二)
一石激起千層浪。
斯塔克兩篇論文引來同行好評如潮,名牌大學也拋來橄欖枝。兼顧教學和應酬,斯塔克的原子物理研究暫時擱淺。
一天,調到亞琛工業大學的斯塔克隨考察團隊參觀福格特的實驗室,實驗室當時做的是關於鈉原子光譜電場變化的實驗,也是塞曼效應研究的續曲。
塞曼效應是啥?福格特又是誰?
塞曼效應自然是科學大咖塞曼發現的,主要意思是磁力作用下原子光譜將發生分裂的現象。
物理學家塞曼,來源:物理雙月刊網
塞曼效應問世後,物理學家們產生新的疑問:既然原子光譜在磁場中會分裂,那在電場中情況如何呢?
物理小咖福格特用鈉原子做實驗,發現射線管裡的鈉光譜並沒有明顯加寬。所以他在論文中建議:大家不用研究電場中的塞曼效應,那只是浪費時間!
斯塔克不迷信大咖,更不用說小咖了。現場參觀的他突發奇想:“鈉的原子量大,影響運動速度,用原子量小的氦或氫代替會怎樣呢?”
回到學校,他在在福格特實驗的基礎上,試了氦原子的發射情況,可惜氦光譜並沒有明顯加寬。
隨後,他換了原子量最小的氫。
他在充氫真空管的陰極和陽極加上每釐米10千伏的電場,再沿電場方向用光譜儀進行觀察,可惜,氫光譜也沒有明顯加寬,增加氫氣的量再進行實驗結果還是一樣。
光譜儀觀察到的氫光譜,來源:物理研究網
很久以後,他讀電磁場論文時,發出這樣的疑問:難道是電場強度不夠?
於是,他重新啟動電場光譜實驗。這回他把電場強度逐次增加:從每釐米10 千伏開始,每次增加5千伏。當強度增加到每釐米30千伏時,光譜儀上的顯示光譜明顯加寬!
按捺住內心的驚喜,斯塔克讓助手立馬去採購高倍率的光譜儀。
工欲行其事,必先利其器,透過新的光譜儀,斯塔克終於發現氫原子的譜線並非變寬了,而是分裂成數條譜線。這種分裂現象,與塞曼效應如出一轍。換種說法:它就是塞曼效應的電場版本。
後來,科學界把原子譜線在電場中的分裂現象稱之為斯塔克效應。這一年,斯塔克39歲。
(三)
斯塔克效應對於原子研究起了極大的促進作用,尤其是原子分子的結構研究。
因為透過觀察氫光譜在電場中的分裂現象,可以進一步研究原子分子的內部結構,還可以測量原子內部電場和帶電微粒的密度。
另一方面,斯塔克效應驗證了德國科學家玻爾的原子理論。
玻爾用自己提出的原子模型計算出了譜線分裂的具體頻率資料,再次證實了斯塔克效應的可靠性,玻爾也因此獲得1922年度諾貝爾物理學獎,這是後話。
斯塔克的成就得到舉世公認。
為他頒諾貝爾物理學獎的瑞典皇家科學院這樣認為:“(他)對陽極射線的所謂多普勒效應進行的劃時代研究,使我們看到原子和分子內部結構的真實。”
科學界也認為:斯塔克在多普勒效應上的研究,連同放射性研究、x射線研究等方面一起,標誌著人類在微觀領域取得很大進展。
(四)
斯塔克取得這麼大的成就,按說應該受到世人的尊敬,流芳百世,可結局卻是他遺臭萬年!
他自始至終犯了兩個錯誤:一是對納粹政府認識不夠,二是歧視猶太人。他一邊搞科學研究,一邊拼命擁護希特勒,並被任命為納粹政府的物理技術研究所所長。
他帶頭打擊迫害普朗克、愛因斯坦、海森堡等科學大咖。
在座五人中,普朗克(中)、愛因斯坦(左二)都被斯塔克迫害過,來源:物理學網
更嚴重的是,他強調科學應該政治化,意思是科學家應該為完全服從於政治,包括帝國主義發動的不義之戰。
惡人自有惡人磨。斯塔克因干涉德國納粹黨高層運作而被開除黨籍。二戰之後,納粹倒臺,他又被軍事法庭起訴,入獄4年。後來,他在德國巴伐利亞州的老家鬱鬱而終。
於是,後人記住斯塔克效應的同時,也對他的為人進行唾棄,這無疑不是諾貝爾物理學獎史上的遺憾。
當科學家沒有正直的人品,一味助紂為虐,即使天賦和才華超人,也終被科學界所拋棄。
END
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責編/小西途說