主题：【原创翻译】《量子》----第一部·量子 -- 奔波儿

对那些持反对观点的人和喜欢讽刺挖苦者，要想让他们在两种争锋相对的理论中做出最终抉择，有一个法子，那就是用实际观测结果说话，特别是那些用这两种理论会得到不同的预测结果的实验。1850年，在法国做的一些观测显示光在致密物体（例如玻璃和水）中运动的速度比在空气中要慢。这个结果与光波理论的理论预测相吻合；如果根据牛顿的光粒子理论，光在致密物体中的速度则是要快得多，显然这是违背实际结果的。但是，问题依旧存在：如果光是一种波，那么它的物理特性何如？下面，该詹姆士·克拉克·麦克斯韦（James Clark Maxwell：1831～1879）和他的电磁理论闪亮登场。

麦克斯韦于1831年诞生于爱丁堡，他是一位苏格兰地主的儿子，注定要成为十九世纪最伟大的理论物理学家。在他15岁的时候，麦克斯韦就正式发表了一篇几何学论文，探讨椭圆的轨迹。1855年，麦克斯韦发表了一篇天文学论文，在文中他认为土星的光环并非是固态的，而是由若干较小的且破碎的物质组成，凭借这篇论文，他荣获了剑桥大学的亚当斯奖学金（Adams Prize）。1860年，基于气体是由无数运动中的分子组成这一认识的分子运动学理论发展到了它的极致，而麦克斯韦是使这一理论功德圆满的那几个人之一。但是，他最伟大的成还是电磁理论。

1819年，丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特（Hans Christian Orsted：1777～1851）发现当有电流通过导线时，会引起磁针偏离。一年以后，法国科学家弗朗索瓦·阿拉戈（Franois Arago：1786～1853）发现带电的导线会像磁石一样吸引铁屑。距此不久，他的同胞安德烈-马里·安培（André-Marie Ampère：1775～1836）发现如果让电流同方向流过两个互相平行的导线，这两根导线会相互吸引；反之，如果让电流反方向通过这两根线，则它们会彼此相斥。这些实验反映出电流能够产生磁场，基于这样的认识，杰出的英国实验物理学家米歇尔·法拉第（Michael Faraday：1791～1867）突然产生一个灵感，他想看看是否可以通过磁场反过来产生电流。他将一个一块磁铁反复插入和拔出于一个线圈，结果线圈中产生了电流；当他把磁铁停止在线圈中时，电流随即消失。

大家都知道，冰、水和汽是H2O的三种不同状态。与此类似，麦克斯韦在1864年证实了电和磁不过是同一种现象（即电磁）的不同表现状态而已。利用四个简洁的数学方程，麦克斯韦清晰地阐述了电和磁之间的相互关系。通过这四个简单的方程式，他将电和磁统一在一起。路德维希·玻尔兹曼看到这组公式以后，他在第一时间就意识到麦克斯韦取得了一项非凡的成就，并引用歌德的诗句赞美“难道是上帝留下了这些印记？”利用自己的公式，麦克斯韦做出了震撼世界的预测，即电磁波是以光速在以太中传播的。如果他的预测是正确的，那么（以同样速度传播的）光应该也是一种电磁辐射。但电磁波真的存在吗？如果它们确实存在，那么它们的传播速度真的就一定是光速吗？麦克斯韦在有生之年内没有能够看到他的预测被实验证实。1879年11月，麦克斯韦因癌症去世，年仅48岁。而在这同一年中，爱因斯坦也降临人世。又过了快十年之后，即在1887年，海因里希·赫兹通过实验发现了“光电效应”，从而确立了麦克斯韦这一将电、磁和光联系在一起的理论作为19世纪最伟大的学术成就名彪史册。

赫兹在论文中阐述了他的发现“在我看来，试验结果确信无疑地证明，所有那些对光、热辐射以及电磁运动是否存在的怀疑都可以被扔到垃圾堆了。从此刻起，我坚信我们应该充分利用这些概念，在光学和电学的研究上披荆斩棘。”但具有讽刺意味的是，虽然赫兹通过这些实验发现了光电效应，但却也为爱因斯坦提供了一个在他看来是错误的概念，即“光量子”。爱因斯坦的光量子所挑战的光波学说，在赫兹眼中，早已是一个很严密而完美的理论。无数事实均成功证实光是一种电磁辐射，在这种情况下，让物理学家们抛弃这一共识，而去接受爱因斯坦的光量子学说，这简直是痴人说梦。很多人认为光量子学说荒诞不经。毕竟，光量子的能量是由光的频率决定的，而频率却应该是与波，而不是什么空间中传播的能量块联系在一起。

第二章·专利奴隶（15）

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