骄傲带来的苦果：密立根与康普顿关于宇宙射线本质的争论论文

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1、骄傲带来的苦果：密立根与康普顿关于宇宙射线本质的争论论文【内容提要】本文较详尽地讨论了1932年前后，美国物理学家R.A.密立根和A.H.康普顿之间关于宇宙射线本质的争论，并对密立根的失误作了初步一分析。【关键词】密立根/康普顿/争论【正文】1932年12月底，美国物理学会在新泽西州大西洋城(AtlanticCity)召开了一次令全国瞩目的会议，它之所以令人瞩目是因为在这次会议上，两位诺贝尔物理奖获得者密立根和康普顿将要就宇宙射线的本质进行一场决定胜败的争论，由于新闻界在这之前已经对这场争论作过许多挑逗人们兴

2、趣、好奇心和相当夸张的报导，所以参加这次会义的人达600多人.freelan)测定的结果：e=4.03×10-10esu。2他们的文章被卢瑟福注意到了，他立即对密立根的工作给以肯定，并提出改进办法，卢瑟福这时已经获得了诺贝尔奖，是世界著名学者，他的肯定使密立根大为振奋，促使他进一步改进自己的实验。经过几年的努力，密立根在1917年宣布：e的精确值为(4.770±0.005)×10-10esu。3从此以后，国际上决定采用密立根测定的数据作为电子电荷这一基本常数的国际标准，而且时间达10年之久。1912年，密立根

3、又开始第二项具有重大意义的科学研究：用实验彻底检验爱因斯坦的光电效应方程。开始，密立根并不是想证实爱因斯坦的理论是正确的，恰恰相反，是想证实它是错误的；但到1915年，他在经过多次努力之后，竟意外地发现：“我工作的时间越长和我排除错误的来源越彻底，我发现（爱因斯坦）方程能够更好地预言观察的结果。”4密立根不仅意外地发现他已经用实验证实了爱因斯坦方程的每个细节都有效，而且他还成功地测定了一个重要的基本常数：普朗克常数h。1923年，为了“表彰他在基本电荷和光电效应方面所做的工作”，密立根荣获诺贝尔物理学奖。在结

4、束了光电效应的研究之后，密立根又于1919年闯入了一个陌生的研究领域：宇宙射线。虽然这时密立根已是50多岁的人，然而他雄风犹存，宝刀不老，在这个领域里他继续取得了许多有重要价值的成就。但他没有想到，在这个耗费了他整个后半生精力的领域里，他受到了年轻一代物理学家的挑战，而且，在这一挑战面前，他遭到了许多非议，得到一个毁多于誉的下场。2.宇宙射线研究的缘起1912年，在维也纳镭研究所工作的奥地利物理学家赫斯(V.F.Hess,1883-1964)把一个载人的气球升起5000米的高空，结果发现在该高度处的辐射强度竟

5、为地面的9倍，因此赫斯认为应该提出一种新的假说：“这种迄今为止尚不为人知的东西主要在高空发现……它可能是来自太空的穿透辐射。”5但许多物理学家怀疑赫斯的测量，并继续认为这种大气电离作用不是来自太空，而是起因于地球物理现象，例如组成地壳的某种物质发出的放射性。为了解决这种辐射的来源，密立根和玻温(I.S.Boicrays)6。根据密立根的测定，他同意当时大多数人的观点，认为宇宙射线是一种高频电磁辐射，其频率远高于X射线，是后者平均频率的1000倍。在密立根看来，这种射线的穿透力既然比最硬的γ射线还强许多，当然不

6、会由带电粒子组成。密立根和许多物理学家的这种看法，不是没有道理的。因为，如果假定宇宙射线真像阴极射线那样的带电粒子流，那它能穿透相当于6英尺厚度铅块的穿透力，将使这些粒子具有当时难以想像的高能量，还有，如果假定宇宙射线由光子（即电磁辐射的量子）组成，那么宇宙射线在辐射到地球上时，其飞行路线将不受地磁的影响；相反，如果宇宙射线是由带电粒子组成，则它将肯定受到地磁场的影响，飞到高纬度地区的宇宙射线带电粒子将多于低纬度的地区，即有“纬度效应”(latitudeeffect)，而密立根的测量发现，宇宙射线来自四面八方

7、，不受太阳和银河系的影响，也不受大气层或地磁纬度的影响7。1928年3月6日，在加利福尼亚研究协会(InstituteAssociate)的一次会议上，密立根据他对宇宙射线的测量和观点提出了他的宇宙学理论和“原子构造理论”(atombuildingtheory)。8密立根和卡末隆(G.H.Cameron)在测量宇宙射线的“深度－电离曲线”(depth-ionizationcurve)时发现，宇宙射线中光子的能量可以分成3组，每立方米水中的吸收系数分别是0.35，0.08和0.04。根据阿斯顿(F.azatla

8、n停泊更换仪器，仪器换好后，在离开Mazatlan的第二天才又开始读数，这就是说，有两天多航程中根本没有测量；更糟糕的是“新系统的常数是估计的”，也就是说新仪器是不可靠的！由Mazatlan到巴拿马的航行中，仪器显示的读数没有纬度效应，到巴拿马后内赫要给密立根发一封电报，这可让内赫十分为难：“我说什么好呢？密立根是从不违背他苏格兰祖先荣誉的人，他尽可能简洁地指示着我，我决定发一封电报，说没有纬度效应