书名: 爱因斯坦的错误：天才的人性弱点【爱因斯坦也会不断犯错吗？叛逆、自大、懒惰、风流……爱因斯坦还有另一面？】 (幻象·新未来书系)
作者: [美]汉斯·C.欧翰年
书号: 9787513347136
格式: EPUB
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出版: 新星出版社
作者分类: [美]汉斯·C.欧翰年
Title sort: 爱因斯坦的错误：天才的人性弱点【爱因斯坦也会不断犯错吗？叛逆、自大、懒惰、风流……爱因斯坦还有另一面？】 (幻象·新未来书系)
日期: 26 9月 2022
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出版日期: 5月 2022
修改日期: 26 9月 2022
大小: 0.49MB
语言: 中文
19世纪末，物理学家们生活在一种幸福的错觉状态中。他们认为大部分的物理学大问题都解决了，剩下的仅仅是一些次要的细节。马克斯·普朗克16岁从慕尼黑中学毕业时，向两位教授请教是从事有关音乐还是物理方面的职业，音乐家对他说：“如果你不得不问，去学习别的东西吧！”物理学家敦促他找一份不同的职业，因为物理学上所有有价值的东西都已被发现，只有几个微不足道的缺口有待填补。1在《自述》中，爱因斯坦描述了当时物理学家的普遍信念：“开始时（假如有这样的开始）上帝创造了牛顿运动定律以及必需的质量和力。这就是一切；此外一切都可以用演绎法从适当的数学方法发展出来。”2[1]可是到了1899年，物理学家们肯定想知道上帝、牛顿定律或他们的数学方法是否有问题。以太和光速的长期令人烦恼的问题仍未得到解决——直到1905年，爱因斯坦才解决了这一问题。物理学家们还面临着另一个尖锐的问题，那就是研究炽热的发光物体所释放的辐射热或热辐射，例如，炉子中的热煤块、铁匠的锻造炉中的铁或窑中的陶器。
物理学家们在40年前第一次对这种热辐射产生了兴趣，当时他们认识到热力学定律对这种热辐射的发射方式有严重限制。对于只有一个小孔才能进入空腔的物体——例如，热的、封闭的炉子边的小孔——热力学定律要求从孔中产生的辐射完全与空腔的材料无关。不管这个空腔是用铁、砖、陶器还是梅森瓷衬里的，它完全没有区别：发出的热辐射取决于空腔的温度，而不是别的。因此，这种辐射的公式是一个普适定律。
这种热辐射称为空腔辐射或黑体辐射。（后一个名字来源于一种特殊情况：当这样一个空腔是冷的时候，这个孔看起来是绝对黑色的，比你能想象到的任何黑色油漆都要黑。你可以很容易检查到这一点，取一个封闭的纸板箱，在它的一侧做一个小孔；这个孔将看起来漆黑，无论其内部的颜色如何。）物理学家们渴望发现黑体辐射的普适定律，因为他们期望它能揭示一些关于辐射和物质的行为的基本见解。
这种运动早在很久以前就在小物体的悬浮液中被注意到了，如浸入水中的花粉粒。它被称为布朗运动（Brownian motion），以英国植物学家罗伯特·布朗（Robert Brown）的姓氏命名，他在19世纪20年代就详细描述过这种运动。在布朗之前，这种运动通常被归因于花粉的某种“生命力”，但布朗否证了这一观点，因为他向人们展示了小颗粒的非生物材料——如金、银或者水银颗粒——的行为方式也一样。几位物理学家提出，这种解释是在原子和分子通过碰撞传递给颗粒的舞蹈运动中找到的，但在缺乏定量计算的情况下，这一解释仍然存在争议。
爱因斯坦认识到，不可见的分子运动与可见的布朗运动之间的联系，可以为分子提供直接的观测证据。他进一步用统计方法计算布朗运动。根据动理学理论，水分子在室温下的平均速度约为600米每秒，但花粉颗粒的质量比水分子的质量大得多，具有较低的速度——直径为1/1000毫米的花粉颗粒的平均速度应为几毫米每秒。这个速度不能被直接观察到，因为在几分之一秒内，花粉颗粒将被周围水分子的影响所阻止，然后这些影响会在其他方向随机改变花粉颗粒的运动。因此，速度不会保持不变到足够长的时间来被测量。
然而，虽然粒子在任何给定的方向上都没有可直接探测到的速度和稳定的运动，但它有“之”字形的舞蹈运动，逐渐使它偏离起始点越来越远。有点像一对舞伴在拥挤的舞池上的动作，当这对舞伴不试图朝着任何选择的方向前进时，只是利用了可用的随机出口。
爱因斯坦计算出，这种舞蹈运动会导致一粒花粉在一分钟内徘徊约1/100毫米，4分钟内2/100毫米，9分钟内3/100毫米，等等（距离与时间的平方根成正比，而不是与时间成正比，因为颗粒有时会后退几步，从而抵消它的一些进展）。虽然这些距离很小，但用显微镜观察颗粒时，它们可以很容易被测量，爱因斯坦建议实验者尝试这样的测量。爱因斯坦指出，由一小粒表现为布朗运动的平均距离与阿伏伽德罗常量有关，因此，对这一距离的测量可以精确地确定阿伏伽德罗常量。他以一句哀伤的话结束了论文：“但愿有一位研究者能够立即成功地解决这里提出的对热理论［动理学理论］关系重大的这个问题！”35[25]
