首頁 科學與近代世界

第八章 量子論

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相對論引起了人們的極大關注,它雖十分重要,但卻不是近來主要引起物理學界興趣的論題。這個地位無疑地被量子論占據了。這個理論中有趣的地方在於,根據這種說法,某些可以漸增漸減的效應實際上都是以一些明確的跳躍方式增減的。這好像是說,你能每小時走三英裏或四英裏,但卻不能走三英裏半。

上述效應牽涉分子受到碰撞時被激發的發光現象。光是由電磁場中的振動波組成的。當一個完整的波經過既定的一點時,那一點上的一切東西便又恢複了原狀,準備接受隨之而來的下一個波。你不妨設想一下大海裏的波,數一數一個接著一個的波峰。在一秒之內通過既定的一點的波的數量就是這一波動體係的頻率。具有確定頻率的光波體係就相當於光譜中的一定顏色。當一個分子被激發時,它便以幾種確定的頻率振動。換句話說,分子振動有一套確定的方式,而每一個方式都有一個確定的頻率。每一種振動方式都能在電磁場中激起與它本身頻率相同的波。這些波帶走了振動的能量,所以,當這些波形成之後,分子也就失去了激發的能量,隨著波就停止了。因此,分子可以輻射出具有一些確定顏色的光,也就是說,可以輻射出具有確定頻率的光。

你們也許會認為,每種振動方式都可以被激發到任何強度,因之,這種頻率的光便可以帶走任何量的能量。但事實並非如此,似乎有一種最小量的能量是不能被再分的。這情形好比下列情形:一個美國人用美金付款時,無法把分幣再分成更小的單位來支付他所獲得的最小分量的貨物。分幣就相當於最小量的光能,獲得的貨物就相當於激發原因的能量。這種激發原因要麽就強到能得到一分錢的能量的發射,要麽就根本得不到任何能量的發射。在任何情況下,分子都隻能發射整分幣數的能量。我們可以用一個英國人來解釋一個更深層級的特征。這個英國人用英國貨幣來付款,他所使用的最小的單位是便士,便士的價值與分幣是不同的。非常粗略地估計,一便士事實上相當於半分幣左右。在分子中,不同的振動方式具有不同的頻率。我們不妨把每一種方式都比作一個國家。將一種方式比作美國,將另一種比作英國。有一種方式隻能輻射整分幣數的能量,故而一分幣的能量便是它所能付出的最小量;另一種方式隻能輻射整便士數的能量,故而一便士的能量便是它所能付出的最小量。此外,我們也可以找出一個法則來計算一種方式中的一分幣的能量與另一種方式中的一便士的能量的相對價值。這一法則簡單得連小孩都能明白:每個最小錢幣的能量所具有的價值與該方式的頻率嚴格成比例。根據這一法則來比較便士與分幣,一個美國人的頻率將約為一個英國人的頻率的兩倍。換句話說,一個美國人在一秒之內所做的工作約為一個英國人的兩倍。這是否與兩國人的美好性格對應,就留給大家來判斷了。我還要提出一點,太陽光譜的兩端都被認為有一定作用。有時人們需要紅光,有時則需要紫光。