因为他当年的理论只能解释正常的那一半,而对另一半反常效应却无能为力。
这一现象的理论解释,则是已经足足困扰了当今物理学家们二十多年。
因此洛伦兹虽然已经退休,但他的注意力还是被陈慕武所吸引,思维也是跟着他的演讲仔细思考起来。
甚至听到兴起时,他还举手提问道:“陈,你说电子的自转,哦不,自旋,所以才能因此产生磁矩,对吗?”
“是这样的,洛伦兹教授,这也就是为什么,一条光谱会在磁场中分裂为多条.”
“那么这个自旋的具体数值是多少,是二分之一吗?”
“没错,我想电子的自旋角动量,正应该是正负二分之一约化普朗克常数,前面的正负关系,满足右手定则.”
洛伦兹之所以知道这个数值是二分之一,因为早在1921年,来自德国图宾根大学的阿尔弗雷德朗德教授在研究反常塞曼效应时,认为描述电子状态的磁量子数应该取整数,而应该在整数后面加上一个二分之一。
但这个二分之一究竟是什么,就没人能说得清了。
现在陈慕武一提到电子还有自旋,那么自旋同样能产生磁矩,洛伦兹自然就联想到了那个让人纠结的二分之一。
台下的洛伦兹稍微沉吟了一会儿,他开始在心中进行起了一个定性半定量的计算,偶尔还拿起笔来,在纸上写写画画。
半晌之后,洛伦兹才开口说道:“陈,我想你这次可能在这个问题上,犯了一个大的错误.”
“请教授您指教.”
听到自己提出来的自旋被洛伦兹给否定,陈慕武不但不惊讶,反而仍是信心十足。
他甚至都知道,洛伦兹接下去要说些什么。
“你说电子的自旋角动量是普朗克常量,那么也就是10数量级,自旋角动量又是电子质量、速度和半径的乘积,电子质量是10数量级,而电子的半径是10数量级。
“这样算下来,这个电子‘赤道’,既然说电子像是地球那样自转,那我就姑且认为它同样有赤道,这个赤道上的线速度,就应该是10=10数量级,这个速度已经是比10数量级的光速大了几百倍。
“但是,按照爱因斯坦的相对论理论,世界上没有速度可以超过光速,所以按照你给出的数据,我们得到了一个错误的答案。
“这也就说明,事情的真相只可能有两种情况,一是电子并没有自旋,二是即使有自旋,他的数值也不会是你给出来的这个,而是应该比它小上很多才对.”
“但我个人还是倾向于第一种,也就是说电子并不存在自旋这回事.”
洛伦兹一番话说完,场下的观众都跟着点了点头,表现出一副大佬儿说的话很有道理的意思。
金无足赤,人无完人,陈慕武震惊物理学界了这么久,也总该有一次犯错误的时候了吧?
只有卢瑟福稍微皱了皱眉头。
因为一年多的时间相处下来,特别是最近,陈慕武还亲自设计实验,证明了那个他原本以为是异想天开的电子波动理论。
这让卢瑟福在心中已经有些默认,不管陈慕武提出什么理论,基本上都是准确无误的,他就是有这样天才般的敏锐的物理学直觉。
而且,刚刚陈慕武在引出电子具有自旋这一属性的时候,还列举出了自己过去提出来的原子太阳系模型。
听到这段话时,卢瑟福还有些洋洋自得,看来自己这个已经玻尔改进的模型,也并不是一无是处。
但洛伦兹的一番话,就否定了陈慕武的自旋假说,一荣俱荣,一损俱损,他老卢脸上也有些挂不住。
不过,看台上自己这位学生,仍然面不改色心不跳,难道他已经想好了应对洛伦兹这个诘难的答案了吗?
正像卢瑟福想的那样,陈慕武一听见洛伦兹提出来电子自旋有问题,就立刻明白了他说的问题出在哪里,也就给出了问题的解决办法。
事实上,在原时空里,提出自旋理论的塞缪尔古德斯密特和乔治乌伦贝克,当时只是荷兰莱顿大学的两名学生。
他们痴迷于泡利不相容原理,然后提出来电子自旋这个概念,向他们的老师保罗埃伦费斯特提交了一篇篇幅不足一页的论文。
埃伦费斯特一边让他们把论文发表在《自然》周刊这本物理学期刊上,一边又给荷兰国内德高望重的洛伦兹写信介绍了这个新理论。
然后洛伦兹在回信中,就以电子自旋的线速度超越了光速为由,否定了这个新理论。
埃伦费斯特把洛伦兹的回信给两位学生看过之后,两人请求自己的老师,向期刊编辑部写信要求撤回这篇论文。
但可能是埃伦费斯特这时候犯了懒,就劝自己的两个学生,你们还年轻,在期刊上犯个错误,丢个人,也不是什么大问题。
就是因为这个一时犯懒的理由,才能让这篇论文歪打正着地最终问世,电子自旋才在物理学界引起了轩然大波。
没想到,现在换成陈慕武在索尔维会议上提出了电子自旋的概念,洛伦兹仍然是第一个跳出来,以电子速度超光速这个理由,反对电子具有自旋的物理学家。
其实陈慕武有许多种能反驳洛伦兹诘难的办法,比如说自旋其实是粒子的一种本征内禀属性,并不是真的像地球在自传。
或者说不应该把电子看成是一个实心球模型,而是像光子那样看成是一个没有大小的点粒子等等。
但上面这些答案有的回答起来太麻烦,而有的涉及到的知识又太超前。
现在量子力学还没有真正被建立,不管是玻尔也好还是索末菲也好,都是在旧量子论中构建的原子模型,也就是用半经典半量子的方式,来处理微观世界中的问题。
所以陈慕武只能选择以子之矛攻子之盾,既然洛伦兹提到了相对论的事情,那么就依然用相对论来反击就好了。
“洛伦兹教授,既然您提到了相对论,也提到了说如果电子有自旋,那么它的速度就将超越光速。
“只是您忘记考虑了一点,那就是在高速条件下,电子的质量也会发生改变,不能再用静止质量计算电子的质量,而是应该用这个质量乘上以您的姓氏命名的洛伦兹因子得到的电子动质量,也就是γ对。
“众所周知,速度越大,那么γ就越趋近于零。
这样一来,在高速条件下,电子的质量也会随着速度的增大而增大,此时再去计算电子的速度,就会发现其并没有超过光速,仍然是符合相对论光速不变原理的.”
包括洛伦兹在内的现场物理学家们,听完陈慕武的“辩解”之后,又同样觉得他说的也很有道理。
“那么,除了反常塞曼效应之后,还能不能再设计出一种实验来,用以验证电子确实具有自旋这个属性呢?”
台下又有人提问道。
没有爱因斯坦,也没有玻尔,观众们基本上都是各个实验室的领头人。
虽然陈慕武提出来的电子自旋,或许能够很好地解释光谱的精细结构和反常塞曼效应,但他们总想着再找到一个确切的实验,能完全证明,电子确实有自旋。
“十分抱歉,我只是因为看到卡文迪许实验室的同学斯通纳刚好在做这个实验,才想到了第四个量子数,又因为朗德教授的研究珠玉在前,才想到了这个二分之一,会不会是电子的自旋这个解释。
“至于如何设计新的实验,对电子是否存在自旋进行验证?很抱歉,我目前对这个问题,还没有具体的想法和思路.”
陈慕武说完,又在台上讲了几句结束语,就总算完成了他在本届索尔维会议上的发言。
虽然时间远远超过了大会规定的二十分钟,但现场却没人在意这件事情。
毕竟他提出了第四个量子数,已经是算是原子模型中的一个重大进展。
更何况,陈慕武再次语不惊人死不休已经没人能数的清,这一年多以来,他到底提出过多少个惊人的理论了。
在众人的掌声中,陈慕武仍然回到了那个属于自己的角落里。
他没有再继续听接下来的人发表的演讲,而会场中的大部分人也都心不在焉,大脑中思考着的。
都是刚刚听到电子自旋。
几分钟之后,叼着烟斗的卢瑟福起身离席,看那意思,好像是要去场外抽一袋烟。
路过陈慕武身边时,卢瑟福不经意地敲了敲他的桌角,示意陈慕武跟自己一起到会场外面去。
第114章 62索尔维会议合影
走出会场大门,卢瑟福点燃烟斗中的烟草,深吸一口然后问道:“陈,你是不是早就想好了这个验证实验该怎么做,但是没在会议上说出来?”
就像陈慕武一眼就看出来,卢瑟福到场外抽烟是醉翁之意不在酒一样。
和他相处了一年多时间的卢瑟福同样也看出来了,陈慕武似乎对与会众人在隐瞒着些什么。
今天已经是本届索尔维会议进行的第三天,在前几天的时间里,卢瑟福一想抽烟,他就会直接在自己的座位上吞云吐雾,也不顾及旁边还有洛伦兹这样的老翁,以及居里夫人这样的女士。
因为现在抽烟还是很稀松平常的一件事情,既没有二手烟的概念,也没搞明白吸烟是很危害健康的一种行为。
但在自己演讲完之后,卢瑟福就突然起身,举着烟斗直奔自己身旁的大门而来,陈慕武知道,这显然应该就是有什么话要对他说。
老师的眼光还真是老辣,一眼就看穿了陈慕武的鬼把戏。
于是他也就不再藏着掖着,而是站到了上风口吸不到二手烟的位置,然后直接告诉了卢瑟福答案:“主任,没错,我确实想好了,应该如何做这个验证电子存在自旋的实验。
“而且这个实验已经被人成功地做了出来,不过我想因为会场上的众人,都在思考着反常塞曼效应,所以才没人注意到这个实验。
“我想重复奥托施特恩和瓦尔特格拉赫在前年做的那个验证空间量子化的实验,应该就能很好地验证,电子具有自旋.”
1922年,施特恩和格拉赫做了一个实验,让在高温炉火中加热的银金属向外释放出银原子,并让银原子束通过一个非均匀的磁场之后,观测到了分立的磁矩,从而证实了空间量子化的存在。
为此,施特恩还获得了1943年的诺贝尔物理学奖。
但是在给施特恩的颁奖理由中,却完全没有提到这个直接导致电子自旋概念提出的实验。
这是因为当时实验的另一位参与者,格拉赫,已经成为了字科学家,所以不但他自己没能被授予诺贝尔奖,连同以他姓名命名的实验,都被诺奖评委会剥夺了出现在颁奖理由中的资格。
关于他们发现分立磁矩,还有一段逸事,那就是一开始,格拉赫并没有在冷凝玻璃盘上观察到银原子。
这是因为银作为一种白色金属,在屏玻璃上显示得不是很明显。
但是,当格拉赫把这个玻璃盘递给施特恩之后,上面的银原子就突然显了踪迹。
因为德国马克大幅度贬值,施特恩抽不起高质量的雪茄,只能抽含有硫的劣质雪茄。
烟雾中的硫遇到银之后,生成了黑色的硫化银,这才让实验结果显现了出来。
也多亏了穷,才能让这个实验得到成功,倘若是换成德布罗意来做这个实验,那么估计很难得到正确的实验结果了。
听他提起了这个施特恩-格拉赫实验,卢瑟福立刻就明白了陈慕武的意思。
只是他不理解,既然这个实验已经早就被人做了出来,那陈慕武还在发言中藏着掖着做什么?
听完老师的问题,陈慕武笑笑说道:“主任,虽然因为银原子只有一个最外层电子,但终归是有点说服力不足。
“所以我打算换一种实验材料,用基态的氢原子来替代银原子,因为基态氢原子中的电子不存在轨道角动量,所以如果仍然出现了和施特恩-格拉赫实验里同样的结果,那么就能说明,一定是电子中存在着其他的磁矩,而磁矩就是角动量,也就是电子的自旋。
“我想把这个实验当做是我的毕业论文,这次您看如何?”
自从之前提出用不相容原理当毕业论文被卢瑟福否了之后,陈慕武就一直在思考,该用什么做替换。
虽然此前也已经想到了两种,但他总感觉多多少少都有些不合适。
然后他这几天在写电子自旋的提纲时,自然而然就想到了这个实验,把它做出来并写成论文的话,应该是目前最应景的一篇了。
果然,在听了陈慕武的想法之后,卢瑟福两眼放光:“好,好,就做这个实验,写这篇论文!等索尔维会议一结束,我们回到卡文迪许实验室,我就让卡皮察立刻给你安排.”
卡皮察已经当上了磁学部的助理负责人已经一年,陈慕武这个实验要用到磁场,找他正好是专业对口。
“主任,”陈慕武想起来第一天朗之万和他说的话,“会议结束之后,我还想请几天假,从比利时顺路去一趟德国,拜访一下普朗克教授和爱因斯坦博士。
当初我的第一篇论文能够发表,这两位前辈对我也有很大的帮助.”
卢瑟福想都没想,就拒绝了陈慕武的口头请假条:“没时间!想和他们见面,以后机会还多的是,但是,你这个实验不赶快做的话,很可能就被别人捷足先登。
“毕竟今天在会场里,已经有很多人都听到了的想法,虽然他们现在可能一时半会儿还没反应过来,但等回去之后,只要他们之中有一个人也想到了你这个点子,并抢先一步做了实验的话,那你可就前功尽弃了.”
他话说的很激动,可能是想到了二十多年前,自己的论文被居里夫妇和贝克勒尔抢先发表了的那一次。
陈慕武知道卢瑟福并不是独断专横,而是很耐心地和他自己讲了道理。
这样看来,本次德国之旅的打算应该是泡了汤。
也不知道下次和德国的普朗克还有爱因斯坦见面会是什么时间?
总不能是三年之后的下一届索尔维会议吧?
跟着卢瑟福重新走进会议现场,回到座位上的陈慕武,提笔给爱因斯坦写了一封信,告诉他自己本想着去柏林拜访,但因为突发事件要赶回卡文迪许实验室里做实验,只能等下次有缘再见。
陈慕武打算把这封难得没用打字机写出来的亲笔信交给朗之万,请他代为转交给爱因斯坦。
……
在会议上宣读完论文之后,陈慕武就觉得自己此行已经完成了既定的所有任务。