1921年诺贝尔物理学奖

《1921年诺贝尔物理学奖》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、1921年諾貝爾物理學獎1921年諾貝爾物理學獎¾¾對理論物理學的貢獻1921年諾貝爾物理學獎授予德國柏林馬克斯．普朗克物理研究所的愛因斯坦(AlbertEinstein，1879―1955)，以表彰他在理論物理學上的發現，特別是發現了光電效應的定律。眾所周知，愛因斯坦是二十世紀最傑出的理論物理學家。愛因斯坦最重要的科學貢獻是在1905年建立了狹義相對論。然而在頒發1921年諾貝爾物理學獎時，卻只字不提相對論的建立。諾貝爾委員會特別申明，授予愛因斯坦諾貝爾物理學獎不是由於他建立了相對論，而是“為了表彰

2、他在理論物理學上的研究，特別是發現了光電效應的定律”。諾貝爾物理學獎委員會主席奧利維亞(Aurivillus)為此專門寫信給愛因斯坦，指明他獲獎的原因不是基於相對論，並在授獎典禮上解釋說：因為有些結論目前還正在經受嚴格的驗證。這件事敘述了二十世紀初，人們對待新的科學觀念是何等的保守。當然，即使是只限於光電效應定律的發現，愛因斯坦也是早就該獲得最高的科學嘉獎的。量子假說是普朗克在1900年根據黑體輻射的實驗和理論作出的大膽嘗試。這是物理學發展史中的一個里程碑。但是他的量子概念只限於輻射的發射和吸收。愛因

3、斯坦是在他的基礎上，把量子概念進一步發展成為光量子理論。愛因斯坦總結了光學發展中微粒說和波動說兩種理論長期爭論的歷史，認為光能量的不連續分布不但可以解釋黑體輻射的規律，也應能解釋光致發光、紫外光產生陰極射線(即光電效應)、電離現象等實驗事實。1905年，他在“關於光的產生和轉化的一個試探性觀點”一文中(原文的一頁如圖21－1)，提出了這一理論，認為光輻射的能量是一單位一單位地集中在光子(或光量子)上，光子的能量是E=hν，式中ν是光的頻率，h是普朗克常數。愛因斯坦根據能量守恆原理，得：eV=hν—W，

4、其中e為電子電荷，V為截止電壓，eV等於電子逸出金屬表面的最大動能，W為電子逸出金屬表面需作的功。這個方程就叫愛因斯坦光電方程。在這個方程中不出現光的強度，可見電子的最大速度與光強無關。這個方程不但解釋了截止電壓，而且還預言截止電壓與頻率的線性關係。然而這個線性關係在1905年愛因斯坦發表論文時，還沒有人從實驗得到過，因為要測量不同頻率下純粹由光輻射引起的微弱電流並不是一件容易的事。一方面是由於理論沒有得到實驗的驗證，另一方面，雷納德（P.Lenard第72頁1921年諾貝爾物理學獎）的觸發假說佔了上

5、風，更重要的是，古典理論的傳統觀念束縛了人們的思想，因此，愛因斯坦的光量子理論和光電方程長期沒有得到普遍承認。甚至相信量子概念的一些著名物理學家都反對他，就連能量子假說的提出者普朗克自己也持否定態度，認為愛因斯坦走得太遠了。為了檢驗愛因斯坦的光電方程，實驗物理學家開展了全面的實驗研究。主要困難在於電極表面有接觸電勢差存在，氧化膜也會影響實驗結果。只是經過許多人長期的研究，才逐漸克服這些困難。直到1914年，密立根作出了關鍵性的實驗，精確可靠地對愛因斯坦的光電方程進行全面的驗證。只是到了這個時候，愛因斯

6、坦的光電效應理論才得到科學界的普遍接受。愛因斯坦建立相對論雖然沒有列入1921年諾貝爾物理學獎的成果之中，但是世人早已普遍把這項成果看成是愛因斯坦最偉大的科學貢獻。當然，這也是由於愛因斯坦善於批判地繼承前人的遺產所作出的創造性成果。應該說，在愛因斯坦之前，物理學已經為相對論的問世準備了必要的條件。首先是馬克士威的電磁理論。這個理論不但把電學和磁學統一為一體，而且還預見到了電磁波的傳播速度等於光速。其次是光學實驗，19世紀後半葉，光速的精確測定為光速的不變性提供了實驗依據。然而，這個結論卻與力學中的伽利

7、略變換相抵觸。以邁克爾遜-莫雷實驗為代表的以太漂移實驗和其它許多實驗得到互相矛盾的結果。為解決這些矛盾，勞倫茲在1892年一方面提出了長度收縮假說，用以解釋以太漂移的零結果;另一方面發展了動體的電動力學。他假設以太是絕對靜止的，從他的電磁理論推出了菲涅耳曳引係數。隨後，又在1895年與1904年先後建立一階與二階變換理論，他力圖使電磁場方程適用於不同的慣性坐標系。然而儘管他的理論能夠解釋一些現象，(例如能解釋為什麼探測不到地球相對於以太的運動)，但卻是在保留以太的前提下，採取修補的辦法，人為地轉載入了

8、大量假設，致使概念繁瑣，理論龐雜，缺乏邏輯的完備性和體系的嚴密性。法國著名科學家潘卡瑞對勞倫茲理論起過積極作用。他在1895年就對用長度收縮假說解釋以太漂移的零結果表示不同看法。他提出了相對性原理的概念，認為物理學的基本規律應該不隨坐標系變化。他的批評促使勞倫茲提出時空變換的方程式。1904年潘卡瑞正式表述了相對性原理。他在一次演說中講道:“根據這個原理，無論對於固定的觀察者還是對於正在作等速運動的觀察者，物理定律應該是相同的。因此沒有任何實驗方法可以用