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要不是他的推辞,中国获得诺奖要提前30年,他夯实了光的粒子性

作者:涅槃行者

众所周知,杨振宁和李正道获得了中国第一个诺贝尔奖。事实上,在他们之前,有两位具有世界级科学成就的中国科学家,物理学家吴有辰和赵忠轩。

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吴可以说是中国最好的物理学家,身高一米九的江西人被称为中国"最聪明的物理学家"。

他不仅有影响物理学领域的重大科学突破,而且也是中国物理学研究的"开山祖先",甚至杨振宁、李正道、邓家贤等众多物理学硕士都是他的学生。

如果不是他被提名诺贝尔导师奖,中国早30年就会获得诺贝尔物理学奖。

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康普顿分散

1926年,诺贝尔委员会将康普顿效应的发现列入了明年的物理学奖名单。

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亚瑟·霍利·康普顿

美国物理学家亚瑟·霍利·康普顿(Arthur Holly Compton)认为他的学生吴恩达做出了杰出的贡献,因此他决定同时提名吴佑获奖,但吴谦虚地认为自己是康普顿的学生,只是作为导师的助手,所以他敦促将自己的名字从获奖者名单中删除。

一年后,康普顿独自获得了1927年的诺贝尔物理学奖。

吴小晖本应是第一个获得诺贝尔奖的中国人,但遗憾的是,由于吴小晖的态度,他的名字没有出现在诺贝尔奖上。

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但令人欣慰的是,康普顿教授在他1926年出版的《X射线的理论与实验》(The Theory and Experiments of X射线)一书中高度评价了吴的工作。

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值得注意的是,康普顿教授使用了吴氏训练的15元素散射X射线光谱图,以及他自己的石墨散射X射线光谱,作为证实他的理论的主要依据。

那么康普顿效应是什么呢?

我们都知道光具有波粒二象性,但在上个世纪,许多科学家对这一结论提出了质疑。

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1900年12月14日,马克斯·普朗克在柏林物理会议上发表了一篇题为"正态光谱中能量分布定律的理论"的论文,并提出了能量子的概念。

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由此推导的普朗克公式与黑体辐射实验的光谱能量分布规律非常吻合,成功地解决了科学家在研究黑体辐射现象时遇到的难题。

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这种能量不连续性的想法也为粒子性打开了大门,即光的另一面,并为量子理论奠定了基础,普朗克因此获得了1918年诺贝尔物理学奖。

但该理论在当时很少被接受。这也预示着物理学的每一个新突破都将受到阻碍。

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上图:光子原理图;

然而,年輕的愛因斯坦(21歲)注意到了能量兒子的意義,他破土動力地提出,光在吸收和發射能量方面也是一部分,光本身是由一種不可分割的能量組成的,這些能量兒子應該被稱為光子。

爱因斯坦还写了一个公式:

Ek-h-W,即光电效应方程。

这个公式中的h是普朗克常数,光的频率,W表示逃逸,Ek是电子从金属吸引力中逃逸所需的功。

该配方为光的粒子性质奠定了坚实的基础。爱因斯坦还获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

因此,光的粒子性质已经可以通过普朗克的能量子和爱因斯坦的光电效应来证实。

然而,光子的概念在当时与剧本相去甚远,以至于一些物理学家认为能量和光电效应提供的证据是不够的。在"你给我另一个我可以相信的证据"阶段。

在康普顿效应之前,光的粒子性质有第三个最确凿的证据,可以完美地消除反对者的想法。

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好吧,根据经典的电磁理论,因为光是电磁波的传播,而光引起物质内部带电粒子的被动振动,振动的带电粒子从入射光中吸收能量并散射在其周围。

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根据爱因斯坦的光电效应公式hv-W-Ek,当光子撞击金属板表面时,它们自身的能量,除了克服逃逸之外,剩余的能量被转换成电子逃逸的能量。

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然而,到1918年,康普顿正在研究石墨对X射线的散射,结果发现在散射的X射线中,不仅存在波长等于原始波长的射线,而且还存在以原始波长生长的部分波。

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康普顿认为,当光子与电子碰撞时,光子也会将一些特殊能量传递给电子,假设光子与电子和质子等物理粒子一样,不仅具有能量,而且具有动量。

然而,爱因斯坦的光电效应方程只表明了光子和电子之间的能量守恒。

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康普顿基于这个想法计算了他的方程,并计算了散射前后的波长差,这与实验数据完全一致,证实了他的假设。

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康普顿的仔细思考进一步证实了光子和电子一样像粒子,并且遵循动量守恒定律。

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光电效应与康普顿效应的物理性质相同,两者都被光子和电子使用,但也有细微差别。

首先,入射光的波长不同:

入射光是可见光或紫外线的光电效应,如果是X射线,则是康普顿效应。

光子和电子相互作用的微观机制是不同的:

在光电效应中,电子从金属中吸收光的所有能量,在这个过程中只符合能量守恒定律,而康普顿散射是光子和电子之间的弹性碰撞,遵循相对论能量一站式守恒定律。

吴先生在验证康普顿效应方面发挥了重要作用。

1925年,康普顿正式公布了X射线散射光谱的实验结果,立即在美国和世界各地引起了物理学的轰动。

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布里奇曼

与此同时,哈佛大学著名物理实验家布里奇曼教授对康普顿效应做了许多实验,但未能产生预期的结果。

全国各地的物理学家都质疑康普顿效应的真实性。

吴某听说他走进实验室,再次核对了所有数据,做了三个实验,实验结果验证了康普顿效应的真实性。

吴决定用自己的行动来击退人们的疑虑。

第二天下午,吴在哈佛大学的讲台上。教室里挤满了来自世界各地的物理学家、学者和教授,他们轻蔑地等待着吴的补充演讲和实验结果的宣布。

另一方面,吴在为康普顿效应辩护时不紧不慢,也是有道理的。然后他当场进行了物理实验。最后,人们为他娴熟而精彩的实验为他鼓掌热烈。

从那时起,康普顿效应迅速获得了全世界的认可。

但很少有人知道,在此之前,吴曾被教导要验证康普顿效应,经常夜以继日地工作,忘记睡觉是司空见惯的事情。

经过大量的物理实验,吴在验证工作方面取得了很大进展。一,二...直到14个元素测试成功,吴某才在即将完成第十五个元素的测试时卧床不起。

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中国发行了吴攸天的邮票,上面印有他经过验证的光谱图

经过近两个月的治疗和休息,吴珂不顾体力不衰,进入了X射线散射,只用了三个月的时间就验证了十五种元素散射的X射线光谱,这成为康普顿教授证实其理论的主要依据。

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吴某于19世纪末出生于旧中国江西省高安县。

这个家大叔从云南回国,擅长文学史,还懂数学、正直、有见地,是吴某有培养的年轻老师和朋友。

吴启轩的教学对吴氏的训练非常广泛,既有新旧,讲汉语又讲数学,教学方法都是灌输和启发。

这样,吴小子就拥有了非常扎实的知识基础,也知道国家深水。

怀着崇高的理想,吴某毕业后在南京高等师范学校接受培训,并获得了留学生赴美留学的公费。他的导师是康普顿教授,他比他小五岁。

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自1923年以来,吴教授和康普顿教授一直在研究X射线散射光。

1924年,他和康普顿合著了《光元素散射的氡射线的波长》,引起了物理学界的高度关注。

1926年,吴发表了两篇论文,"康普顿效应中可变线和不变线的能量分布"和"康普顿效应中可变线和不变线的能量比"。

这些发现精确地证实了康普顿效应的客观存在。

吴还把15种元素散射的X射线光谱纳入了他的博士论文《论康普顿效应》(On the Compton Effect)。

这篇耸人听闻的论文,为中国赢得了很高的声誉,至今仍保存在芝加哥大学图书馆,是中国世界物理学史上光辉的一页。

在他的《X射线的理论与实验》一书中,康普顿引用了吴的工作,尤其是光谱图。康普顿将其与他在1923年获得的石墨散射的×射线光谱一起列为证实其理论的主要依据。

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令人印象深刻的是,康普顿教授认为,"康普顿效应"也可以称为"康普顿-吴训练效应"。此后,国内外一些物理教科书上,把"康普顿效应"称为"康普顿一吴训练效应",但吴某有训练要知道,总是谦卑而断然拒绝。

在接下来的几天里,康普顿教授想起了这位来自大洋彼岸的学生。他经常称赞吴彦祖的独特见解和实验天赋。

1961年12月,当年近70岁的康普顿教授得知,伍氏所学的学生杨振宁博士将回国探望家人时,他找到了杨振宁,请他代表吴振宁打招呼。

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次年1月,杨振宁博士回到祖国,将书交给了老师吴有辰,吴有辰在扉页上写道:

"一年前,泰晤士·康普顿教授问我老师发生了什么事,并说我的老师是他一生中最自豪的学生。

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回到家乡后,他一直致力于中国的体育研究和教育。即使在抗日战争的极端困难时期,在西南联大物理系训练的吴友还是培养了一大批优秀人才,杨振宁、李正道、朱光亚、邓家贤、陈方云等都是其中最优秀的。

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新中国成立后,吴曾任中国科学院副院长、数学化学系主任,全面负责国家科技发展和基础理论研究。

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在他的科学领导下,他不仅有勇气,而且有别人的远见。早在中华人民共和国成立之初,他就提出了早期成立的科学院计算机、半导体、电子等新科研院所的举措。

后来,这些研究所相继成立,为新中国的科技发展做出了突出贡献。

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1999年9月18日,在新中国成立50周年之际,国家授予"两弹一星"功勋科学家。在获奖的23位"二拍一星"获奖者中,有14位来自吴先生的门下。

看得见的智慧让人学习进步,谦逊让人名扬数千年!

吴老是我们钦佩的一个很好的例子。

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