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量子物理史画
作者 曹天元
主播 彭林海
第一集
我们的故事得从一八八七年的德国小城卡尔斯鲁厄讲起
美丽的莱茵河从阿尔卑斯山区缓缓流下
在山谷中辗转向北
把南方温暖湿润的风带到了这片土地上
他本应该是法德两国之间的一段天然边界
但十六年前
雄才大略的俾斯麦通过一场漂亮的战争击败了拿破仑三世
攫取了核
对岸的阿尔萨斯和洛林
也留下了法国人的眼泪和我们课本中那震撼人心的最后一刻的故事
和阿尔萨斯隔阂相望的是巴登邦
神秘的黑森林从这里延展开去
孕育着德国古老的传说和格林兄弟那奇妙的灵感
卡尔斯鲁厄就安静的躺在森林与大河之间
无数辐射状的道路如蛛网般收据
指向市中心那座著名的十八世纪的宫殿
这是一座特别安静祥和的城市
据说啊
它的名字本身就是由城市的建造者卡尔和安静如何一次所组成
对于科学家来说
这里实在是一个远离尘世喧嚣
可以安心做研究的好地方
现在
海因里希
鲁道夫
赫兹就站在卡尔斯鲁厄大学的一间实验室里
专心致志的摆弄他的仪器
那时候赫兹刚刚三十岁
新婚燕尔
也许不会想到
他将在科学史上成为和他的老师亥姆霍尔兹一样鼎鼎有名的人物
不会想到他将和汽车大王卡尔
本茨
也就是咱们熟知的奔驰的创始人一起
成为了这个小城的骄傲
现在
他的心思只是完完全全的倾注在他的那套装置上
赫兹给他的装置拍了照片
不过在这个十九世纪八十年代
照相的网木铜板印刷技术刚刚发明不久
还没普及呢
以至连当时最好的科学杂志啊
物理学记事都没能把它们印在论文里面
不过在我们今天节目的封面图里面你就可以看到啊
赫兹的装置是很简单的
它的主要部分呢
是一个电火花发生器
由两个大铜球作为电容
并通过铜棒连接到两个相隔很近的小铜球上
导线从两个小球上延展出去
缠绕在一个大感应线圈的两端
然后又连接到了一个梅丁格电池上
将这套古怪的装置连成了一个整体
赫兹全神贯注的注视着那两个几乎紧挨在一起的小铜球
然后合上了电路开关
顿时
这电的魔力开始在这个简单的系统里面展现出来
无形的电流穿过了装置里面的感应线圈
并开始对铜球电容进行充电
赫兹冷冷的注视着它的装置
在心里想象着电容两端电压不断上升的情形
在电学的领域攻读了那么久
赫兹对自个儿的知识呢
是有充分信心的
他知道
当电压上升到两万伏左右
两个小球之间的空气就会被击穿了
电荷就可以从中穿过
往来于两个大铜球之间
从而形成一个高频的震荡回路
但是他现在想要观察的不是这个
果然
过了一会儿
随着细微的啪的一声
一束美丽的蓝色电花爆开在两个铜球之间
整个系统形成了一个完整的回路
细小的电流束在空气中不停的扭动
绽放出幽悠的荧光来
火花是稍纵即逝
因为每一次的震荡都伴随着少许能量的损失
使得电容两端的电压很快又降到了击穿值以下
于是啊
这个怪物养精蓄锐
继续充电
直到再次恢复饱满的精力
开始另外一场火花表演为止
赫兹更加紧张了
他跑到了窗口
将所有的窗帘都拉上
同时又关掉了实验室的灯
让自己处在一片黑暗之中
这样一来
那些火花就显得格外的醒目和刺眼
赫兹揉了揉眼睛
让他们更为习惯于黑暗的环境
他盯着那串间隙的电火花
还有电火花旁边的空气
心里面想象了一幅又一幅的图景
他不是要看这个装置如何产生火花短路
他这个实验的目的是为了求证那虚无缥缈的电磁波的存在
那是一种什么样的东西啊
他看不见摸不着
到那个时候为止啊
谁都没见过
验证过他的存在
可是赫兹对此是坚信不疑的
因为他是麦克斯韦理论的一个预言
而麦克斯韦理论啊
这个呀
他在数学上简直完美的像一个奇迹
仿佛是上帝之手写下的一首诗歌
这样的理论
很难想象它是错误的呀
赫兹吸了一口气
又笑了
哼
不管理论怎样无懈可击
他毕竟还是要通过实验来验证的呀
他站在那儿看了一会儿
在心里面又推想了几遍
终于确定了自己的实验是无误的
如果麦克斯维是对的话
那么每当发生器火花放电的时候
在两个铜球之间就应该产生一个震荡的电场
同时引发一个向外传播的电磁波
赫兹转过头去
在不远处放着两个开口的长方形铜环
在接口处也各镶了一个小铜球
拿着电磁波的接收器
如果麦克斯韦的电磁波真的存在的话
那么它就会飞越空间
到达接收器
在那里赶上一个震荡的电动势
从而在接收器的开口处也同样的激发出电火花来
实验室里面静悄悄的
赫兹一动不动的站在那儿
仿佛他的眼睛已经看见了那无形的电磁波在空间穿越
当发生器上产生火花放电的时候
接收器是否也同时感生出火花来呢
赫兹睁大了双眼
他的心跳的快极了
铜环接受器突然显得有点异样
赫兹简直忍不住要大叫一声
他把自个儿的鼻子凑到了铜环的前面
明明白白的看见
似乎有微弱的火花在两个铜球之间的空气里越过
是幻觉
还是心理作用
不 都不是
一次 两次 三次
贺兹看清楚了
虽然他一闪即逝后代
上帝呀
千真万确
真的有火花正在从接收器的两个小球之间穿过啊
而整个接收器却是一个隔离的系统
既没有连接电池
也没有任何的能量来源
赫兹不断的重复着放电过程
每一次火花都听话的从接收器上被激发出来
在赫兹看来
世上简直没有什么能比他更加美丽了
良久
终于
这赫兹揉了揉眼睛
直起腰来
现在一切都清楚了
电磁波真真实实的存在于空间之中
正是他激发了接收器上的电火花
他胜利了
成功的解决了这个八年前由柏林普鲁士科学院提出的悬赏问题
不过啊 当然
这个赫兹没有领到奖金
因为这个问题太难了
没有人能完成这挑战所以呢
这个悬赏当时在一八八二年就失效了
那么
在赫兹成功解决这个问题的同时
麦克斯韦的理论也胜利了
物理学的一个新高峰
电磁理论终于被建立起来
伟大的法拉第为他打下了地基
伟大的麦克斯韦建造了他的主体
而今天
他伟大的赫兹为这座大厦封了顶
赫兹小心的把接收器移到了不同的位置
电磁波的表现和理论预测的分毫不差
根据实验数据
赫兹得出了电磁波的波长
把它乘以电路的震荡频率
就可以计算出这电磁波的前进速度
这个数值在可容许的误差内
恰好等于三十万公里每秒
也就是光速
麦克斯维惊人的预言得到了证实
原来这电磁波一点儿都不神秘
我们平时见到的光
就是电磁波的一种
只不过这普通光的频率正好落在了某一个范围内
而能够为我们的眼睛所感觉到罢了
无论从哪一个意义上来说
这都是一个了不起的发现
古老的光学终于可以被完全包容于新兴的电磁学里面
而光是电磁波的一种的论断
也终于为争论已久的光本性的问题下了一个似乎是不可推翻的定论
电磁波的反射
衍射和干涉实验很快就做出来了
这些实验进一步的证实了电磁波和光波的一致性
无疑是电磁理论的一个巨大成就
赫兹的名字终于可以被闪光的镌刻在科学史的名人堂里
虽然他英年早逝
还不到三十七岁就离开了这个奇妙的世界
然而
就在那一年
一位在伦巴底度假的二十岁意大利青年读到了他关于电磁波的论文
两年后
这个青年已经在公开场合进行了无线电的通信表演
不久
他的公司成立
并成功拿到了专利证
到了一九零一年
赫兹死后的第七年
无线电报已经可以穿越大西洋
实现两地的实时通信了
这个来自意大利的年轻人
就是古格列尔莫
马可尼
与此同时啊
德国的波波夫也在无线通信领域做了同样的贡献
他们掀起了一场革命的风暴
把整个人类带进了一个崭新的信息时代
如果赫兹身后有知
他又将作何感想呢
但是我觉得呀
这个赫兹只会对此置之一笑
为什么
他是那种纯粹的科学家
把对真理的追求当做人生最大的价值
恐怕就算他想到了电磁波的商业前景
也不屑去把它付诸时间
也许
在美丽的森林和湖泊间散步
思考自然的终极奥秘
在秋天落叶的校园里和学生探讨学术问题
这才是他的真正人生吧
今天呢
他的名字已经成为了频率这个物理量的单位
被每个人不断的提起
可是啊
说不定他还会嫌我们打扰他的安宁呢
无疑
赫兹就是这样一个淡泊名利的人
一八八七年十月
基尔霍夫在柏林去世
亥姆霍兹强烈的推荐赫兹成为那个教授职位的继任者
但赫兹拒绝了
也许在赫兹看来
柏林的喧嚣并不适合他
亥姆霍兹肯定了解自个儿学生的想法
写信勉励他说
一个希望与众多科学问题搏斗的人
最好啊
还是远离大都市
只是赫兹没有想到
他的这个决定在冥冥中忽然改变了许多事情
他并不知道
自己已经在电磁波的实验中亲手种下了一个幽灵的种子
而顶替他去柏林任教的那个人
则会在一个命中注定的时刻
把这个幽灵从沉睡中唤醒过来
在那之后
一切都改变了
在未来的三十年间
一些非常奇妙的事情会不断的发生
彻底的重塑整个物理学的面貌
一场革命的序幕已经在不知不觉中悄悄拉开
而我们的宇宙
也即将经受一场暴风雨般的洗礼
从而变得更加神秘莫测
光怪陆离
震撼人心
哎
但是
我们还是不要着急
一步一步的走
耐心的把这个故事从头讲完
您刚才收听到的是由磨铁图书出品的精品有声书上帝制头子嘛量子物理史话
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