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主题:【原创翻译】《量子》----第二部·男孩物理 -- 奔波儿

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家园 【原创】《量子》----第七章·自旋博士(3)

玻恩所采用的数学技术在当时对大多数物理学家而言还属于未知领域,而他却籍此不但成功地解决了一系列问题,而且使自己在1914年获得了柏林大学的助理教授(Extraordinary Professor)职位。在第一次世界大战爆发前夕,德国的科学中心又迎来了一位新人----爱因斯坦。由于有着共同的音乐爱好,俩人很快就结下了坚实的友谊。战争爆发后,玻恩应召入伍。他先是在空军干了一阵子无线电方面的工作,接着在又在陆军进行火炮研究,并渡过了余下的战争岁月。但幸运的是,因为他的驻地离柏林很近,他能够经常参加大学组织的学术讲座,出席德国物理协会的会议,并光临爱因斯坦家里的音乐会。

战后,在1919年的春天,马克斯·冯·劳厄,作为法兰克福大学的正教授(Ordinary Professor),建议玻恩和他调换一下工作。劳厄由于发现了X射线被晶体散射的现象而获得了1914年的诺贝尔奖,他当时想和普朗克一起工作,而普朗克是劳厄以前的导师,也一直被他视为自己的偶像。在爱因斯但的“当机立断”的建议之下,玻恩接受了这一工作调换,这意味着他终于获得了正式的教授职位,并拥有了学术上的独立性。但过了还不到两年,他又迁往哥廷根大学,执掌该大学的理论物理研究所。尽管这个研究所当时仅仅只有一件小小的房间,一位助教,和一位兼职秘书,但是玻恩决心要把这个豪不起眼的所在发展起来,并能和慕尼黑大学的索末菲的研究所并驾齐驱。在他的工作列表中最优先的一项工作就是把沃尔夫冈·泡利召唤到手下,在他看来,泡利是“近些年来在物理研究领域涌现出来的最伟大的天才”。玻恩过去曾经做过一次这样的尝试,但失败了,因为当时泡利想呆在慕尼黑那儿完成他的博士学业。但这一次,他如愿以偿。

“W·泡利现在成为了我的助教;他聪慧异常,而且能力超强”,玻恩在写过爱因斯坦的信中说道。但不久,他发现他雇佣的这位助手喜欢自行其是。尽管泡利可能非常出色,但是他把太多的时间用来苦苦思索,而且他经常干到深夜,很晚才入寝。玻恩11点要教一堂课,每次如果他没法亲自出席,而想让泡利来代课时,他就会让女仆在10点半喊泡利起床来,否则这堂课就会泡汤。

其实从一开始,他就明白泡利不过是名义上的“助教”。尽管泡利狂放不羁而且从不守时,但玻恩后来承认他事实上从泡利那儿学习了很多东西,而他能教给这位“婴儿神童(infant prodigy)”的东西却屈指可数。1922年的四月,泡利告辞前往汉堡大学当助教,这让玻恩很难过。泡利喜欢喧嚣热闹的大都市的夜生活,而在哥廷根这座小小的大学城,生活平静如水,这让泡利很不适应,但这并不是他迅速离开的唯一原因。泡利相信自己的物理直觉,凭此,他在处理任何物理问题的时候都能进行逻辑严密的学术探索。然而,玻恩却偏爱数学思考,并籍此来引领自己寻找答案。

两个月之后,即1922年的六月,泡利又回到哥廷根,他是来参加玻尔所做的那次有名的系列讲座的,这也是他第一次与这位著名的丹麦人会面。泡利给玻尔留下了很深刻的印象,因此玻尔邀请他给自己当助手,工作是将他正在进行的一些学术文章翻译成德文发表。这个工作邀请让泡利有些吃惊。“身为一个年轻人,我别无选择,只能回答说:‘在您所要求的学术能力方面,我基本不担心自己会有什么麻烦,但是要去学习丹麦语这样的外国语言却有些超出我的能力’我在1922年的秋天去了哥本哈根,在那儿我发现,其实这两点我都错了。”他后来发现,这次经历揭开了他人生的“崭新一页”。

除了给玻尔做助手,泡利在哥本哈根还花了大量的精力研究“反常(abnormal)”塞曼效应,而对于这种异常现象,利用玻尔----索末菲模型无法进行解释。当原子处在较强的磁场中时,原子的频谱线会出现分裂。洛仑兹对此很快就给出了答案,他利用经典物理理论就可预测出一条谱线会分裂成两条或者三条线,这种现象被称为“正常(Normal)”塞曼效应,而玻尔的原子模型却无法对其作出解释。幸运的是,索末菲引入了两个新的量子数,成功挽救了玻尔模型,经过他修正过的模型一样可以解释这种谱线分裂现象。利用这一系列新的定理,当电子从一个轨道(或能级)跃迁到另一个时,这三个新的量子数,即n,k和m可以确定轨道的大小、形状及其方向。然而,祝贺的声音尚未尘埃落定,人们就发现在氢原子的谱线中,红色的α线分裂程度比预期的要小。接着,人们发现一些谱线实际分裂成四条,而不是所预计的两条或三条,这简直是雪上加霜。

第七章·自旋博士(4)

通宝推:五藤高庆,

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