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《斯特恩与盖拉赫 一只劣质卷烟是如何帮助重新规划原子物理的》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、斯特恩与盖拉赫:一只劣质卷烟是如何帮助重新规划原子物理的BretislavFriedrichandDudleyHersbach(中国科学院物理研究所曹则贤译)(本文原载于Physicstoday,December2003,美国物理学会授权翻译转载)“ReprintedwithpermissionfromPhysicsToday,December2003,Copyright2003,AmericanInstituteofPhysics.”提要:斯特恩-盖拉赫实验的故事揭示了坚韧的品格、意外与运气有时候是如何以碰巧正确的方式组合
2、的.斯特恩-盖拉赫于1922年在德国法兰克福进行的关于空间量子化的演示是量子物理传奇时代最杰出的经典实验之一。恐怕没有任何其它实验能像它那样因其概念的优雅简洁而经常被引用,并且从该实验还派生出了关于量子科学全新的知识景观与大量的实际应用。然而,即便是在原子物理学家的圈子里,今天也很少有人知晓有关该实验的历史趣闻,这些趣闻添加了故事的戏剧性色彩,使得相关的教训或教益更显凝重。故事里值得提及的有一副温暖的床铺,一只劣质卷烟,一封及时的明信片,一场铁路大罢工,还有给予了斯特恩(Stern)和盖拉赫(Gerlach)慷慨回报的大自然
3、的神秘小把戏。斯特恩和盖拉赫利用磁场分裂银原子束的成功震惊了、鼓舞了也困惑了量子理论的先驱者们,其中几位曾认为观测空间量子化的企图是幼稚的、愚蠢的。从斯特恩-盖拉赫实验以及利用空间量子化分离量子态的这一关键概念衍生出来的物理研究是花样繁多的,包括核磁共振,光学泵浦,激光,原子钟,比较直接的发现有兰姆移动和触发了量子电动力学研究的电子磁矩的反常增量,等等。探测原子核、蛋白质乃至星系,为身体和大脑造影,读取CD中的数据,扫描杂货店里的条形码或者人类基因里的碱基对,这些活动所用的工具都是基于空间量子化了的量子态之间的跃迁。最近,法
4、兰克福大学的一个实验物理中心以斯特恩-盖拉赫命名(图1)。借着参加庆典的机会,我们重新编排了一下一只劣质卷烟的故事,这是斯特恩40年前亲口告诉笔者之一(Herschbach)的。这里我们简单介绍一下两人先前的足迹以及促成两人合作的当时物理学的困境。我们还将描述斯特恩-盖拉赫实验在电子自旋被发现前后的荣辱变迁,同时报道烟雾是如何引导人们制作“回到未a)1来”沉积物探测器的。受法兰克福大学的纪念匾额上把他们分别放在分子束分裂实验示意图两侧的启发,我们也提请读者思考一下这两位杰出科学家后来的人生轨迹---因为希特勒上台,两位走向了
5、不同的人生道路。从苏打水到原子束b)斯特恩1912年获得Breslau大学物理化学博士学位。其博士论文a)Backtothefuture,由RobertZemeckis1985年制作的关于时间机器的科幻题材电影-译者注b)波兰城市Wroclaw的德语名称—译者注是关于高浓度二氧化碳在各种溶剂中,也就是广义的苏打水,的渗透压方面的研究。他自豪的父母支持他到任何他喜欢的地方去从事博士后研究.在一种冒险精神驱动下,他成了那时在布拉格的爱因思坦(Einstein)的2第一个学生,他们通常都是在一个暗娼窑子隔壁的咖啡馆里讨论问题。爱因
6、思坦不久到苏黎世任职,斯特恩也随行到了那里,担任物理化学的c)私立讲师。受爱因思坦的熏陶,斯特恩对光量子,原子,磁学和统计物理产生了兴趣.但是,玻尔的异乎寻常的原子模型让斯特恩大为吃惊。在该模型d)1913年提出后不久,斯特恩和他的同事冯.劳厄(vonLaue)曾誓言“如果3玻尔的扯淡最后被证明为正确的话,我们这辈子就不做物理”。1914年爱因思坦移居柏林,斯特恩改到法兰克福大学任理论物理私立讲师。不久,第一次世界大战爆发。但即使是身在兵中服役,斯特恩依然作出了许多重要的工作,包括一项不成功但却是开创性的实验-即通过扩散分离
7、质量数为2的氢同位素。战后,斯特恩回到了法兰克福,担任理论物理研究所玻恩(Born)教授的助手,在那里开始了他的漫长的分子束研究历程(图2)。此前他已了解到法国人丢努瓦耶(Dunoyer)在1911年成功地通过向真空中喷流的方式获得了钠‘分子射线’。斯特恩完全被这个实验的“简洁与直观”所倾倒,他意识到这“能够使我们用宏观工具测量中性的原子或分子束…从而c)Privatdozent,德语国家获得博士学位后有资格申请教授但尚无教席的人担任此职。过去担任此职的人可以从听课学生的人头费获得一定补贴,故名。现仍有此职称,由获得博士学位
8、后,并获得专门授课资格(Habilation,一般需做两年的专门研究并通过审查)的人担任。其资历、位置和学术成就比我国一般意义上的教授职称要高。---译者注d)一般中文物理文献中误译成劳厄,但按理应将姓的贵族标识“von”一同译出,如计算机科学的先驱冯.诺伊曼。--译者注4在证明和演示理论
