1902 年諾貝爾物理獎:你是電、你是光,你們解開電磁的神話—《物理雙月刊》

文/余海峯|馬克斯.普朗克地外物理研究所博士後研究員

第二屆諾貝爾物理獎於 1902 年頒發。這一年共有兩位得主平均分享物理獎,他們是勞倫茲(Hendrik Lorentz)和塞曼(Pieter Zeeman)。

在 19 世紀之前,電現象和磁現象被認為是兩種不同的現象。在 19 世紀,法拉第(Michael Faraday)和馬克士威 (James Maxwell)成功把電、磁與光三種現象一同解釋。法拉第定律是描述電磁感應的經驗定律、馬克士威方程可以推導出所有電磁現象。實驗物理學家與理論物理學家聯手破解大自然的奧秘。

馬克士威方程不單止包含了所有電磁現象,更導出了一個結論:有一種能夠在真空中傳播的振動,其傳播速度恰好等於光速。然後,赫茲更用實驗證明了電磁波的確存在,電磁與光效應從此結合。

勞倫茲:提出解釋電磁現象的電子論

%e6%b4%9b%e5%80%ab%e8%8c%b2

洛倫茲。圖/nobelprize.org

然而,究竟電磁波是由什麼產生的?勞倫茲提出,有一種細小的帶電粒子在物質裡面。當這些帶電粒子流動時就會產生電流;當它們來回振動時就會產生一個隨時間改變的電場,根據法拉第定律這就會感應產生相應的磁場。而改變的電場和磁場,正正就是馬克士威方程所預言的電磁波,也解釋了觀察到的光的偏振現象。勞倫茲認為這些細小帶電粒子就是電子。

法拉第當年一直研究磁場對光的影響,他發現了磁場能夠改變光的偏振平面,稱為法拉第效應。可是法拉第生前的最後實驗──研究磁場如何影響發光源──以失敗告終。

塞曼:發現磁場會分裂光譜線

%e8%b3%bd%e6%9b%bc

塞曼是個實驗物理學家。塞曼發現了在磁場的影響之下,原子光譜發射線會分裂成更多更細緻的光譜線。這個實驗顯示原子之中的確有細緻的結構,驗證了洛倫茲的電子理論。圖/nobelprize.org

這個任務最後被塞曼完成了。相對於勞倫茲這個理論物理學家塞曼是個實驗物理學家。塞曼發現了在磁場的影響之下,原子光譜發射線會分裂成更多更細緻的光譜線。這個實驗顯示原子之中的確有細緻的結構,驗證了勞倫茲的電子理論。他們二人對於電磁與光現象的貢獻為他們帶來了 1902 年的諾貝爾物理獎。

現在這個磁場分裂光譜線的現象被稱為塞曼效應。塞曼效應被廣泛應用在天文學,天文學家能藉觀察來自遙遠天體的光譜線的塞曼效應,計算出天體的磁場強度。而勞倫茲電子理論,也與我們在之後介紹到愛因斯坦時將會討論的光電效應有密切關係。

在科學裡,當理論和觀察結合時,往往能夠帶來豐碩的成果。在電、磁、光三個現象的統一裡,透過法拉第、馬克士威、洛倫茲與塞曼這些科學巨人,人類得以解開大自然奧秘的一小部分。


38%e5%8d%b7%e7%ac%ac6%e6%9c%9f001

 

本文摘自《物理雙月刊》38 卷 12 月號 ,更多文章請見物理雙月刊網站


華人世界第一堂系統性地方創生課程

泛科學院《風土經濟學》線上課全台首賣

如何運用在地文化的元素,打造出獨一無二的「體驗經濟」? 洪震宇老師累積 10 年走訪各地的實務經驗,梳理出一套將在地風土文化資產轉化成地方特色產業「風土經濟學」模式。 想要投入鄉村振興、文化創意、地方創生的人,這是最值得投資的一門課!➡️ http://bit.ly/35tCFO5


泛科學院獨家新課募資 限量5折預購 🚀

【兒童基礎財商養成-家長篇:10堂課搞懂兒童理財教育】

孩子從 3 歲開始知道錢有支付的功能,5 歲之後孩子想要的東西越來越多。財商(FQ)即生活,這堂由泛科學院與布萊恩兒童商學院攜手共同企劃「兒童基礎財商養成-家長篇」線上課程,以家長的視角理解如何與孩子溝通金錢觀念!➡ http://bit.ly/2kMxsOV

關於作者

物理雙月刊

《物理雙月刊》為中華民國物理學會旗下之免費物理科普電子雜誌。透過國內物理各領域專家、學者的筆,為我們的讀者帶來許多有趣、重要以及貼近生活的物理知識,並帶領讀者一探這些物理知識的來龍去脈。透過文字、圖片、影片的呈現帶領讀者走進物理的世界,探尋物理之美。《物理雙月刊》努力的首要目標為吸引台灣群眾的閱讀興趣,進而邁向國際化,成為華人世界中重要的物理科普雜誌。

網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策