他“歪打正着”地证明了物质波假说

作者:蝌蚪君综合来源:蝌蚪五线谱发布时间:2018-06-07

失之东隅,收之桑榆。

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姓名:戴维逊

简介:戴维逊是美国物理学家,电子衍射的实验发现者之一。1881年10月22日出生于伊利诺斯州的布卢明顿,1958年2月1日于弗吉尼亚州的夏洛茨维尔逝世,卒年77岁。

名言:科学研究与写作、绘画完全一样,一定要黑白分明,一定要一清二楚,一定要一看就懂,一听就懂。

中国有句古语:失之东隅,收之桑榆。这句话用来形容一些科学发明过程再恰当不过。有很多科学发现就是所谓的歪打正着。科学家在做试验或思考的时候意外达到了另一个没有想到的目标,可能其他的人也遇到了类似的情况,但只有极少数人注意到而且进行了深入的思考,于是,得到了意想不到的新收获。

戴维逊证明物质波假设的经过并获得诺贝尔奖便是这样的一个例子。戴维逊当时是美国贝尔电话实验室里的研究员,他和助手长期从事电子轰击金属的实验,他们试图通过实验研究从高真空中镍板上撞出电子流。

一天,戴维逊和助手像往常一样做实验,他们两人聚精会神地查看资料,突然耳边传来一声巨响,他们吓坏了,赶紧跑去看个究竟,只见一个用来装液态空气的瓶子掉到地上摔碎了。顿时里面的空气开始气化跑出来,散满在实验室里。戴维逊心里暗暗叫道:“遭了!”原来,他们实验用的金属靶子为了防止氧化都是放在真空的环境下的,这下空气无孔不入,也钻进了真空系统,只见原本好好的金属靶子钝镍板顿时就被氧化了,他们的表面形成了一层氧化膜,这样就不能就不能再当靶标使用了。

他们面面相觑,相互对着苦笑,只好连夜加班,把已经氧化的镍板换下来加热很长时间,然后又费力洗刷干净,费了九牛二虎之力才将氧化膜全部弄干净,然后又把镍板装回了真空系统里。第二天,他们上班又开始做试验,助手负责调整镍板的角度,戴维逊扳动开关让电流射向镍板,但是,不知道怎么回事,今天的电子束非常不听话,不稳定。戴维逊发现电子束的强度随着随着镍板的取向变化而变化,这种现象很象一束波绕过障碍物而发生的衍射。

但是电子是粒子怎么会有波的性质呢? 这简直太不可思议了。戴维逊疑惑了半天,又把这个实验做了好几遍,结果还是如此。他们也再没管这个事儿就搁下了,这一搁就是两年。

有一次戴维逊去英国访问,遇到著名的物理学家玻恩,玻恩告诉他法国物理学家德布罗意已经提出电子具有波动性的“物质波”假说,但是还没有人验证过,这个的理论还只是假说。戴维逊想到自己试验中的衍射图样也也就电子产生的,而衍射正是波的特征。他匆匆辞别了朋友回到美国,连行李都来不及放就跑到实验室重新做了搁置两年的那个实验,他发现实验的结果与德布罗意的预言完全吻合。这样,德布罗意的“物质波”假说就被实验证实了。

那次液态气容器瓶的破裂使得他“因祸得福”,经过对镍板的加热,镍的内部结构就发生了变化,从无数小晶体变成了大块的晶体,任何一种波经过晶体,都会产生周期性的变化。不过由于镍板表面没有发生任何变化,所以戴维逊他们一直也没有注意。

戴维逊因此荣获了1937年度诺贝尔物理学奖。

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