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爱因斯坦的原子论

这篇文章正是1905年爱因斯坦发表在同一期《物理学年鉴》上的三篇文章之一。这三篇文章,任何一篇都可以确立他在那个时代科学上的地位。一篇是介绍狭义相对论的,内容大都在本书的范围之外;另一篇是关于光与电子相互作用的,后来被认为是关于现在我们称之为量子力学的一流科研工作,因此爱因斯坦获得了1921年的诺贝尔奖;第三篇文章是关于自从1827年就迷惑科学家的现象的理论解释。这个解释证实了原子的真实性,这是任何理论文章都无法做到的。

爱因斯坦后来说当时他的主要目标是“发现了具有有限尺寸原子存在的事实”。这个目标也许标志着现在他的工作的重要性。爱因斯坦发表这些文章期间,他正在波恩的一个专利事务所做一名专利审查员,当他结束正规的教育时,他那另类的物理方法使他无法得到一个学术职务,专利局的工作正适合他。他的逻辑头脑使他有能力从大量专利申请中清理出有价值的新发明,他熟练的工作技巧给他省下了大量的时间,可以考虑物理问题,即使是工作时间也不例外。他的一些想法是关于80年前的英国植物学家托马斯·布朗的观点。布朗发现当用显微镜观察浮在水面上的花粉时,看到花粉颗粒似乎在作不规则弹跳运动,这种不规则的运动现在称为布朗运动。爱因斯坦证明这种运动虽然是随机的,却遵循一定的统计规律,如果花粉受到如波尔兹曼和麦克斯韦所描述的那种在气体或液体中运动但看不见的微观粒子的不断冲击的话,其运动恰好就是这种形式。现在看看这篇文章带来多么不可思议的冲击吧。你和我都已习惯了原子观点,可以马上看出花粉被看不见的粒子所冲击,这些粒子一定是运动的分子或原子。但在爱因斯坦指出这点之前,那些受人尊敬的科学家们仍有余地去怀疑原子的真实性;到这篇文章出现以后,他们就无法怀疑了。就像苹果落地这件事实一样,解释起来很简单,就这么显而易见,可是为什么80年前没有这种解释呢?

有讽刺意味的是,这篇论文是在德国发表(发表在《物理学年鉴》上)的。因为正是主要由于德国领先的科学家如恩斯特·马赫(Ernst Mach)及威廉·奥斯瓦尔德(Wilhelm Ostwald)对分子运动论的反对才使波尔兹曼感到自己做的一切是在荒野中呐喊。实际上,到20世纪初已有很多事实能够说明原子的真实性,虽然严格说来这些事实都是间接证据;英国和法国的科学家们比其德国的同行更拥护原子论,正是英国人J·J·汤姆逊在1897年发现了电子,现在我们知道它是原子的组成成分之一。 8c7hGLmN2ciPNVxF+BnRC0/80kjPJ+ruIg9CwIh4hL3KvjM2699SUy5jV2Y3PUQK

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