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解時,他們那些青年人很快就覺得自己已經明白了,但是教授們卻要問東問
西,非把每一個細節弄清楚不可。因此青年人覺得教授們有點頭腦遲鈍,但
是他們也知道,教授們有很慎重、很可靠的判斷力。因此青年人們說,當你
去找導師談一個問題時,起初你可能要費很多時間去說服他,但是他一旦點
了頭,你就可以很有信心地去開展自己的工作了。
當時物理學中一個熱門課題是低壓氣體的放電現象。人們企圖透過這種
現象的研究來探明原子、分子內部的結構和運動。因此,剛開始時,瓦爾堡
指定給弗蘭克的課題也是這方面的研究。但是弗蘭克很快發現,氣體放電過
程太複雜,不容易分析出真正基本的規律來。他認為應該在儘可能單純的條
件下來探索粒子的運動。於是他改換了課題,開始研究起電的“遷移率”來。
他採用了盧瑟福的辦法,即適當調節交變電壓的強度和頻率以觀察電子恰恰
能夠到達放電營正極時的情況。他用這種辦法得到了一些新的規律,發現電
子和一些惰性氣體原子之間只有很小的作用力。1906 年,弗蘭克以他關於電
子遷移率的論文獲得博士學位。
1911 年,弗蘭克獲得了大學授課資格,後於1916 年被任命為柏林大學
講師,於1918 年升為副教授。
從1911 年開始,弗蘭克和剛獲得博士學位的赫茲進行了合作,一起研究
了電子和原子的“彈性碰撞”。據說赫茲曾經說過,弗蘭克既不僅僅是一個
實驗物理學家,也不僅僅是個理論物理學家,因為他主要是從事的實驗工作,
但是他有很清楚、很敏銳的理論頭腦,實驗中的許多新想法都是他提出來的。
從後來弗蘭克和艾耳薩塞的那段交往,赫茲的這種評價應該說是很恰當的且
並無阿好之嫌。
當他們剛開始進行自己的實驗研究時,人們對於各種原子的“電離電勢”
還包有很不明確的看法。許多人認為,原子的電離電勢和原子的種類無關,
一律是大約10 伏特。因此,弗蘭克——赫茲實驗的原始目的,其實是要比較
準確地測定之一電離電勢的值,而且他們甚至把測得的4。9 伏特錯誤地理解
為原子的電離電勢。現在許多教科書上關於這種實驗的解釋,是經過後來的
分析才確定下來的。
1914 年第一次世界大戰爆發,德國的許多科學工作都陷於停頓,弗蘭克
也和許多別的青年人一樣參了軍。儘管他完全不是一個能夠適應軍隊生活的
人,他還是上了前線,而且後來得到了“鐵十字勳章”。據說當指揮一隊士
兵操練時,他在喊了“立正”的口令以後,又客氣地補充說:“請你們立正”。
這個故事充分反映了弗蘭克的和善性格。不久以後,弗蘭克就在俄國戰線上
患了痢疾。他病得很重,甚至不能自己活動了。多虧一位好軍醫的特殊照顧,
他才請準了假,被送回家中養病。在養病期間,他初步接觸了玻爾的理論,
但是起初他還沒有想通,以致直到1916 年他還認為自己的實驗“否定了”玻
爾的理論。
事實上,早在1915 年8 月間,玻爾就撰寫了《論輻射的量子論和原子的
結構》一文,文中按照他自己的理論觀念來正確地詮釋了弗蘭克——赫茲實
驗。玻爾指出,測得的419 電子伏,不是原子的“電離電勢”而是相鄰定態
之間的能量差,而在實驗中觀察到的電離現象也並不是電子撞擊的直接後果
而是一種次級效應。後來這舌一結論也得到了獨立的實驗證實。
玻爾的再詮釋是十分自然的,毫無牽強附會之處。這種再詮釋進一步顯
示了玻爾理論的力量。同時,也只有經過這樣的再詮釋,弗蘭克——赫茲實
驗的真實意義才得到充分的顯示,而這種實驗也立即成了光譜學以外關於定
態的存在的唯一的、最直接的實驗證明。因此,在他的諾貝爾受獎演說中,
弗蘭克曾經提到“我們在一個領域中經歷的
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