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吴有训与光的波粒二象性

来源:网络资源 2009-09-01 20:56:27

[标签:物理 物理教材]

 

吴有训教授是闻名国际的物理学家,是我国近代物理学的先驱,是中国物理学会的创始人之一.  ?1897年4月2日吴有训教授诞生于江西省高安县黄沙岗乡石溪村,1977年11月3日病逝于北京.吴教授1920年毕业于南京高等师范学校,1921年末赴芝加哥大学并随康普顿教授从事物理学研究,1926年获博士学位后回国.

 ?吴有训教授在物理学研究方面的卓越贡献是他用精湛的实验技术,精辟的理论分析,无可争议地证实了康普顿效应,为光的波粒二象性提供了充分的证据.

 ?1850年法国科学家傅科用高速旋转镜法测出光在水中速度小于在空气中的速度,从而否定了牛顿的光的发射论,光的波动论得到了物理界的公认.但到了1905年,爱因斯坦发现黑体辐射、光电效应等现象无法用波动论来解释,于是爱因斯坦在普朗克能量子假设的基础上提出光量子假说,认为光的能量在空间中不是连续分布的,而是表现为粒子性,每个粒子的能量为hν(h为普朗克常量,ν为光的频率),这种粒子叫做光量子,后称为光子.可是爱因斯坦的光量子假说长期得不到多数物理学家的承认,直到1922年康普顿通过X射线放射实验发现康普顿效应以后,物理学界才普遍接受了光量子理论.

 ?高频率的X射线被轻元素中的电子散射后波长随散射角的增加而增加,这一现象称为康普顿效应.按照经典的电动力学理论却不能解释这一现象,如果把这一过程看作是光子与电子碰撞的过程,这一现象就可以得到完满的解释.

 ?康普顿将能量守恒和动量守恒同时应用于光子对自由电子的散射过程,得到下列公式

 ?Δλ=λ′-λ=(h/mc)(1-cosθ).

式中λ及λ′为入射光和散射光的波长,θ为散射角,m为电子的质量.

 ?早在1923年吴有训就和康普顿一起从事X射线光谱的研究,几乎从一开始,他就参与了康普顿的伟大发现.在那新的物理学(量子力学)即将诞生的岁月里,康普顿和吴有训,在他们的钼Kα射线经过一系列轻元素散射后的反常谱线的实验里,已经看到了物理学新纪元的曙光.

 ?1924年吴有训与康普顿合著《经过轻元素散射后的钼Kα射线的波长》一文,发表在“Proc.Nat.Acad.Sci.”上,1926年吴有训单独发表了“在康普顿效应中变线与不变线的能量分布”及“在康普顿效应中变线与不变线的强度比率”两篇论文,它们都发表在美国的“Phys.Rev.”上.这些实验结果以雄辩的事实,无可置疑地证实了康普顿效应.康普顿的发现很快为举世公认,1927年康普顿获得了诺贝尔物理学奖金.

 ?康普顿和S.K.Auisor在其所著的《X射线的理论及实验》一书中,对吴有训教授的工作给予了很高的评价,全书在19处引用了吴有训的工作成果,特别是吴有训的一张被15种元素所散射的X射线光谱图,康普顿把它和自己于1923年得到的石墨的所散射的X射线光谱图并列,作为当时证实其理论的主要依据.1958年美国麻省理工学院R.D.Evans教授在一篇论述康普顿效应的发现和发展的论文(Handbuch der Physik Band ⅩⅩⅣ,1956,P218~297)中也列举了吴有训的工作成果,特别是上述极关键的15种不同元素的X射线散射光谱图.由此可见吴有训在证明光的粒子性方面做出了重要贡献,难怪国内外一些物理教科书,将康普顿效应称作康普顿?吴有训效应.

 ?吴有训教授在用实验证明光的量子性方面的卓有成效的工作,说明中国人是有聪明才智的,是勤奋而有创造力的.他那科学的态度,献身的精神将激励我们在新的历史时期去攀登去搏击.

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