他“歪打正著”地證明了物質波假說

失之東隅,收之桑榆。

他“歪打正著”地證明了物質波假說

姓名:戴維遜

簡介:戴維遜是美國物理學家,電子衍射的實驗發現者之一。1881年10月22日出生於伊利諾斯州的布盧明頓,1958年2月1日於弗吉尼亞州的夏洛茨維爾逝世,卒年77歲。

名言:科學研究與寫作、繪畫完全一樣,一定要黑白分明,一定要一清二楚,一定要一看就懂,一聽就懂。

中國有句古語:失之東隅,收之桑榆。這句話用來形容一些科學發明過程再恰當不過。有很多科學發現就是所謂的歪打正著。科學家在做試驗或思考的時候意外達到了另一個沒有想到的目標,可能其他的人也遇到了類似的情況,但只有極少數人注意到而且進行了深入的思考,於是,得到了意想不到的新收穫。

戴維遜證明物質波假設的經過並獲得諾貝爾獎便是這樣的一個例子。戴維遜當時是美國貝爾電話實驗室裡的研究員,他和助手長期從事電子轟擊金屬的實驗,他們試圖通過實驗研究從高真空中鎳板上撞出電子流。

一天,戴維遜和助手像往常一樣做實驗,他們兩人聚精會神地查看資料,突然耳邊傳來一聲巨響,他們嚇壞了,趕緊跑去看個究竟,只見一個用來裝液態空氣的瓶子掉到地上摔碎了。頓時裡面的空氣開始氣化跑出來,散滿在實驗室裡。戴維遜心裡暗暗叫道:“遭了!”原來,他們實驗用的金屬靶子為了防止氧化都是放在真空的環境下的,這下空氣無孔不入,也鑽進了真空系統,只見原本好好的金屬靶子鈍鎳板頓時就被氧化了,他們的表面形成了一層氧化膜,這樣就不能就不能再當靶標使用了。

他們面面相覷,相互對著苦笑,只好連夜加班,把已經氧化的鎳板換下來加熱很長時間,然後又費力洗刷乾淨,費了九牛二虎之力才將氧化膜全部弄乾淨,然後又把鎳板裝回了真空系統裡。第二天,他們上班又開始做試驗,助手負責調整鎳板的角度,戴維遜扳動開關讓電流射向鎳板,但是,不知道怎麼回事,今天的電子束非常不聽話,不穩定。戴維遜發現電子束的強度隨著隨著鎳板的取向變化而變化,這種現象很象一束波繞過障礙物而發生的衍射。

但是電子是粒子怎麼會有波的性質呢? 這簡直太不可思議了。戴維遜疑惑了半天,又把這個實驗做了好幾遍,結果還是如此。他們也再沒管這個事兒就擱下了,這一擱就是兩年。

有一次戴維遜去英國訪問,遇到著名的物理學家玻恩,玻恩告訴他法國物理學家德布羅意已經提出電子具有波動性的“物質波”假說,但是還沒有人驗證過,這個的理論還只是假說。戴維遜想到自己試驗中的衍射圖樣也也就電子產生的,而衍射正是波的特徵。他匆匆辭別了朋友回到美國,連行李都來不及放就跑到實驗室重新做了擱置兩年的那個實驗,他發現實驗的結果與德布羅意的預言完全吻合。這樣,德布羅意的“物質波”假說就被實驗證實了。

那次液態氣容器瓶的破裂使得他“因禍得福”,經過對鎳板的加熱,鎳的內部結構就發生了變化,從無數小晶體變成了大塊的晶體,任何一種波經過晶體,都會產生週期性的變化。不過由於鎳板表面沒有發生任何變化,所以戴維遜他們一直也沒注意。

戴維遜因此榮獲了1937年度諾貝爾物理學獎。


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