而對玻爾來說,他的朱砂痣則是“能量守恒定律”。
從查德威克測量出原子核在貝塔衰變的過程中,產生的電子具有連續能譜,和二體衰變過程中能量、動量守恒的預言有矛盾開始,玻爾就質疑起能量守恒和動量守恒這兩個的經典物理學中顛撲不破的物理定律。
后來玻爾和他的助手克拉默斯,還有從美國到哥本哈根訪問的大學生斯萊特,三個人聯手發表了一篇題目叫做《輻射的量子理論》的論文,里面提出了一個理論,后來用他們三個人的姓氏首字母命名,被稱作是bks理論,簡而言之,說的就是能量和動量在單個粒子微觀相互作用過程中沒必要守恒,只需要在宏觀的統計層面上保持守恒即可。
到后來美國芝加哥大學的康普頓利用能量守恒和動量守恒解釋了伽馬射線散射的這一現象,但同時比喻要用到愛因斯坦提出來的光量子,也就是黃的粒子說。
為了反對這種說法,堅持不認為光是一種粒子的玻爾舊事重提,又提了一遍中心思想是能量和動量不守恒的bks理論,算是暫時安慰住了因為堅持波動說而感到惶恐的眾多物理學家們。
但是后來,康普頓利用自己所拍攝的云室照片,清晰無誤地記錄下來了反沖電子和散射出來的伽馬射線的軌跡,在微觀層面上同樣證明了能量守恒和動量守恒,用不容置疑無可辯駁的實驗現象,徹底否定了玻爾和他的bks理論。
雖然在康普頓效應這里經歷了學術研究上的一次慘痛的失敗,但這件事情并沒有讓玻爾心服口服,能量和動量不守恒的這個想法也沒有在玻爾的心中徹底熄滅,而是仍然保留了一點微弱的火光。
到了后來,這縷火光又遇到了能讓它重新熊熊燃燒起來的柴火,有人對貝塔衰變的能譜做了更為精確的測量,這次測量的實驗結果再次證實了一件事情,那就是原子核的貝塔衰變能譜并非理論群預期的分立譜,而是逐漸衰減的連續譜。
分立譜能夠成立,是基于兩個假設,一是貝塔衰變會釋放出一個較輕的原子核和一個電子,二是反應前后的能量和動量守恒。
所以想要解釋實驗所觀測到的連續能譜的話,就必須要放棄其中的一個假設。
這個實驗做出來之后,讓玻爾心中的死灰復燃,再次扛起了“能量和動量不守恒”的這面大纛。
于是在接下來的時間里,玻爾在四處的演講當中,時刻都在提醒物理學家們,能量守恒定律不一定適用于壓原子的單一反應過程。
然后玻爾就再一次被打臉,這次出面否定他的是他的一個學生,一向以語言犀利愛諷刺人而著稱的泡利。
玻爾給他的好學生泡利寫了一封信,介紹了自己舊事重提的觀點,并認為如果確認能量不守恒的話,就能解釋在當時還是一個未解之謎的太陽為什么能發光這個問題。
泡利在給玻爾寫的回信當中一反常態,面對自己曾經的老師,他并沒有像往常一樣出言挖苦,而是很心平氣和地說玻爾提出來的理論不正確,僅僅是在理論層面上,逐一證明這件事而已。
到后來泡利自己又提出來了一種新的假設,建立在否定上述的第一條假設的基礎上。
他認為在貝塔衰變這一過程當中,除了會釋放一顆電子,一顆較輕的原子核之外,同時還會釋放出一種靜止質量為零、電中性同時又是光子的其他的新粒子,從而會分走一部分能量,所以才出現了能量虧損。
但因為這種新粒子和其他物質的相互作用很弱,以至于實驗室里的儀器很難探測到。
新粒子、電子還有反沖的原子核的能量總和仍然是一個定值,所以在貝塔衰變當中,能量守恒定律依然成立,只是因為新粒子和電子獲得的能量比例能夠靈活互相變化,所以貝塔衰變產生的電子,其能量譜線才是連續的而不是分立的。
因為是電中心的粒子,所以泡利把這種未知的新粒子,暫且命名為了“中子”。
在查德威克發現中子之后,泡利的“中子”又被費米給改名,最終確定了它未來的名字——中微子。
到了1956年,泡利和費米預言當中的中微子用于在核反應堆中的逆向貝塔衰變過程中得到了證實,玻爾人為的能量和動量不守恒的假說終于被證實是錯誤的,是這位偉大物理學家學術生涯當中的一個小污點。
小居里夫婦在利用阿爾法粒子轟擊鈹產生的“鈹射線”,繼續轟擊石墨而產生了能量和理論值不相符的質子時,同樣也想到了那位北歐物理學巨擘玻爾曾經提出來的能量和動量可能在微觀層面上不守恒的這個假設。
雖然康普頓效應的實驗證實,在他的那伽個伽馬射線散射的實驗中,能量和動量是守恒的。
但這并不代表,在其他的微觀物理學過程里,能量和動量依然守恒,說不定他們這次在“鈹射線”的實驗里,就發現了一個反例。
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