不止是牛頓,蘋果與光的故事

2020-11-22 冷月的環球之旅

在因眾多革新而熠熠生輝的1917年,阿爾伯特·愛因斯坦的一個天才想法使他成為20世紀最偉大的科學家,也是有史以來最偉大的兩位科學家之一。

他看見一個蘋果落下,想起了另一位最偉大的科學家——艾薩克·牛頓——曾讓同樣的事件「結出碩果」,即發現了萬有引力的存在。也就是說,牛頓明白了是地球通過讓蘋果落下,將這個蘋果拉向自己,同時也將月球拉向自己,令其在軌道上運行。

顯然,愛因斯坦得出同樣的結論是毫無意義的,因為牛頓已經捷足先登了。不過他卻有了另一個同樣驚人的發現,證明蘋果實在是歷史的一位出色主角。對此,夏娃、帕裡斯、白雪公主和威廉·退爾,還有艾倫·圖靈、甲殼蟲樂隊、史蒂夫·沃茲尼克和賈伯斯的故事的講述者早已知曉。

愛因斯坦的故事則是這樣的:如果將一個蘋果向上拋出,它會上升到一定高度又重新落回地面,就像一部廂式電梯。不過,假如在這一軌跡的最高點,蘋果碰到了樹枝,碰落了另一個蘋果,則兩個蘋果會以相同的速度平行下落。當然,接觸必須發生在蘋果的上升速度剛好為零時,否則碰撞的力量會更大,那麼兩個蘋果碰撞後的運動軌跡就如同兩隻撞球了。

愛因斯坦知道,當一個光子從一個受激電子附近通過時,會發生相同的情況,受激電子會走向一條能量較低的軌道,並產生一個與該光子平行運行的相同光子,這種現象被稱為光子的「受激發射」。這一觀點一直只是一種猜測,直到1951年,一位名叫查爾斯·湯斯的年輕人發現,在絕對條件下,愛因斯坦所猜測的現象可能會連續發生。

也就是說,一個光子激發釋放出另一個光子,然後它們又會去激發另外兩個光子,以此類推,產生了「受激輻射的光放大」,英文縮寫為「aser」。若被放大的是微波,那麼獲得的就是「maser」(微波激射器),湯斯於1954年生產了它;10年後,因為這一發現,他與在俄羅斯做同樣研究的尼古拉·巴索夫和亞歷山大·普羅霍洛夫一起贏得了諾貝爾物理學獎。

而若被放大的是光線,則會得到雷射,即一束連續的光線,它與普通光線的區別好比行進中的有序軍隊與混亂的人群之差別。第一個製造出雷射的還是湯斯,他與自己的學生,也是後來的連襟阿瑟·肖洛一起於1958年取得了成功。這一次,因為湯斯早已諾獎加身,1981年的諾貝爾物理學獎便頒給了肖洛與尼古拉斯·布隆伯根,以表彰他們將雷射應用到光譜學中的成就。

我有幸在幾年前林道召開的一次諾貝爾獎會議中遇見了湯斯。他向我講述了他大學裡的兩位同事(伊西多·拉比和波利卡普·庫施,均為諾獎得主)曾經如何試圖說服他放棄自己的研究,因為在兩人看來,這項研究不可能成功。他們認為湯斯只是在浪費系裡的經費,而他們才能更好地利用這些錢!

但數月後,當湯斯正在授課時,他的助手氣喘籲籲地衝進教室,大喊:「成功了,成功了!」那堂課中斷了,好讓教授和學生去參加第一道激微波的首映禮。很快微波激射器就在市場上大獲成功,因為它比當時已有的擴大器強百倍。此後這一研究領域產生了十幾位諾獎得主和無數的相關應用。

然而在技術層面以外,雷射可能還保留了更多的驚喜,因為受雷射線的釋放與細菌分裂之間存在一種明顯的相似性:例如前者的吸收對應著後者的死亡。誰知道另一個蘋果,或許還是個爛了的,不會成為激勵物理學與生物學之間某個新發現誕生的關鍵呢?

相關焦點

  • 牛頓的蘋果 | ①故事是真是假?
    大家都聽說過牛頓蘋果的故事,牛頓看到蘋果落下而發現萬有引力的故事是大家都耳熟能詳的。英國在紀念牛頓《自然哲學的數學原理》一書出版三百周年的文集時,書的封面也用的是一個蘋果。牛頓家鄉的蘋果樹也被移栽到世界各地的許多著名學術機構。李克強總理在談到科技創新的時候也提到了這個故事,他說:「創新成果往往不是『計劃』出來的。
  • 蘋果砸中牛頓的故事是真的嗎?
    此前,他就對重力問題有了模糊的認識,這時候,一個蘋果掉在地上,打斷了他的思緒。」確實有蘋果,但並沒有砸到牛頓的頭上。那麼蘋果與萬有引力定律的發現有沒有關係呢?斯蒂克利接著寫道:「牛頓開始探究,為何蘋果總是垂直地落向地面?為什麼蘋果不會斜著落下或飛向天空?……很顯然,這是因為地球的引力在牽引蘋果。牛頓由此發現了萬有引力定律。」這就是牛頓與蘋果及萬有引力定律之間關係的故事梗概。
  • 牛頓被蘋果砸的故事到底是真是假?
    一起來看看牛頓和蘋果的不解之緣。牛頓與蘋果的故事(圖1)大家耳熟能詳。英國紀念牛頓《自然哲學的數學原理》300 周年文集的封面用的就是一個蘋果。牛頓家鄉的蘋果樹還被移栽到世界各地的許多著名學術機構。例如《那些誤導我們的教科書故事——牛頓根本沒被蘋果砸》這樣說:「關於牛頓和他的蘋果是伏爾泰編的,據說他是聽牛頓的侄女說的,當然牛頓的所有手稿中沒提到那個蘋果。」
  • 「牛頓的蘋果」原版故事上網與公眾見面
    新華社電 幾乎所有人都知道牛頓被一個蘋果打中頭而發現萬有引力的故事。那麼,這個廣為流傳的故事的真實性又如何呢?英國皇家學會日前將牛頓的朋友兼傳記作者威廉·斯蒂克利的手稿放到網上,人們可以親自閱讀這個原版故事。 斯蒂克利在手稿中有這樣一段描寫:「飯後,天氣變暖和了,我們到花園中喝茶,正好在一些蘋果樹的樹蔭下。他告訴我說,萬有引力的思想就是在同樣的環境裡出現在他腦海中的。當時他正在沉思,而一個蘋果剛好落下。於是他想,為什麼蘋果總是垂直落到地上呢?」
  • 牛頓和蘋果的故事是伏爾泰瞎編的?
    一天牛頓在樹下乘涼,忽然一個蘋果從樹上掉了下來,正好落在牛頓身邊,牛頓對此產生了思考,蘋果為什麼不往天上飛,為什麼不往兩邊飛,而是往下掉呢?於是,牛頓就發現了萬有引力。牛頓真是個天才!牛頓家的蘋果樹也跟著牛頓聲名大噪,被移植到了世界的各個角落。蘋果也因為和牛頓捆綁cp,成為水果中的排面。
  • 牛頓被蘋果砸到的故事真的存在嗎?
    大家都知道牛頓與蘋果落地的故事。這個故事說,牛頓20多歲在鄉下莊園裡生活的時候,有一次坐在蘋果樹下思考問題,這時突然有一個蘋果從樹上落下來,使牛頓一下子想出了萬有引力定律。  這個故事非常有趣,只可惜其真實性很值得懷疑。牛頓生前從來沒有人聽到過這個故事,牛頓一死這個故事就冒出來了。而把這個故事傳播到全世界的是法國大文豪伏爾泰。
  • 「牛頓的蘋果」原版故事將上網與公眾見面
    新華網倫敦1月18日電 (記者 黃堃)幾乎所有人都知道牛頓被一個蘋果打中頭而發現萬有引力的故事。那麼,這個廣為流傳的故事的真實性又如何呢?英國皇家學會日前將牛頓的朋友兼傳記作者威廉斯蒂克利的手稿放到網上,人們可以親自閱讀這個原版故事。
  • 首次全面公布牛頓被蘋果砸中那一刻的故事真相
    我們都知道牛頓和蘋果的故事。整個經典物理對世界的理解,基本上就建立在牛頓這棵蘋果樹下,一個蘋果對一個腦袋的衝擊。但其實這背後還有許多故事和不少主人翁。而且,如果有歷史回放和逐幀播放功能,我們就能清楚地了解到,牛頓並不是因為被蘋果砸到而產生靈感,從而發現了萬有引力的。
  • 牛頓的蘋果,到底是真是假?
    最早把這個故事寫下來發表的,不是英國人,而是法國哲學家伏爾泰。他在牛頓逝世那年(1727年)寫的一篇文章中提到,牛頓在他的花園裡散步的時候,看到一個蘋果從樹上掉下來,第一次想到了引力理論。當時伏爾泰雖然人在倫敦,但是並沒有見過牛頓,所以他不是從牛頓那裡聽說的這個故事。1733年,伏爾泰再次提到這個故事,但是只是泛泛地說牛頓看到了一個果實從樹上掉下。
  • 牛頓——人類之光
    艾薩克·牛頓,一位偉大的科學家,他與蘋果的故事幾乎成為了全球兒童科學啟蒙的經典。我小時候,就是聽著這個故事長大的,同時開始了對世界和科學的探索與學習。隨著年歲漸長,牛頓這兩個字的含義在我腦海中也日漸豐滿。
  • 蘋果砸中牛頓的故事是假的,為什麼小學老師還要這樣教?
    蘋果砸中牛頓的故事是假的,為什麼小學老師還要這樣教?上小學的時候,老師會在課堂上給大家講蘋果是如何砸中牛頓的頭,然後啟發他的靈感,讓他發現了地心引力。如果你的態度不夠嚴肅,也許會提出質疑,結果很可能被老師責罰。
  • 子彈說 | 不靠譜的名人故事(二)牛頓與蘋果樹~
    我們每個人從小都聽過很多名人的故事。從阿基米德的浴缸到伽利略的斜塔,還有牛頓的蘋果和瓦特的茶壺。這些故事給他們增添了許多神奇的光環,也讓這些名字更加家喻戶曉、婦孺皆知。直到1814年,牛頓的傳記作者布魯斯特還親眼見到了它,只不過這棵傳奇的蘋果樹已經嚴重腐朽了。牛頓蘋果樹的嫡系後代我們暫時把蘋果樹的命運放到一邊,繼續回到這個耳熟能詳的故事:1666年,牛頓還在家鄉躲避瘟疫的時候,偶爾看到一個蘋果樹落在地上,於是引發了他的思考,最終得出了萬有引力理論。
  • 牛頓的蘋果如何落地——萬有引力定律
    這架望遠鏡至今被作為珍品保存在英國皇家學會,上面標著「牛頓爵士親手所造的世界上第一架反射望遠鏡」的字樣。由於反射望遠鏡的發明,牛頓被提名為英國皇家學會的候補會員。不久,於1672年1月,又被推選為正式會員。牛頓的第一篇論文《關於光和色的新理論》就是這一年在《皇家學會哲學雜誌》上發表的。在這篇論文中,不僅總結了他在光學方面所進行過的實驗結果,更為重要的是提出了光的本質問題。
  • 牛頓被蘋果砸到發現萬有引力定律的故事是編的?我們都被蒙在鼓中
    在我們學習的物理課本中有專門講解萬有引力知識的章節,這個偉大的科學發現就是那位被稱為「百科全書」的英國全才牛頓,拋開嚴肅的課本知識不談,關於他發現萬有引力定律是有一個家喻戶曉的小故事的。相信很多人都聽過蘋果砸牛頓的事情。說有一天牛頓在一顆果樹下休息,這時候熟透了的蘋果掉了下來砸中了他的腦袋,於是他恍然大悟,得出了震驚世界的科學理論,大家把這個理論叫做萬有引力定律。雖然理論是真實存在的,但是真的是因為被蘋果砸中而發現的麼?
  • 牛頓的蘋果,究竟是真是假?
    牛頓被蘋果砸中腦袋而發現了萬有引力定律的故事,是我們小時候最熟悉的故事之一,但如今它的真實性卻越來越讓人懷疑。牛頓的蘋果到底是真是假?牛頓真的是發現萬有引力第一人嗎?
  • 為什麼只有牛頓發現了萬有引力?那隻蘋果如何引發牛頓探索科學?
    另一個是賈伯斯的蘋果,他創造的蘋果電器,激起人們對於其產品的瘋狂,成為一個巨大的財富市場,有力地攫取著消費者的財富。還有一個就是今天所要說的掉在牛頓頭上的蘋果,牛頓因這個蘋果產生靈感,領悟出萬有引力定律,奠定了人類經典力學的基礎,也成為了膾炙人口的故事。
  • 牛頓蘋果之外,還有與貨幣的故事
    我們還記得上學時的課本裡有:牛頓坐在蘋果樹下,蘋果砸在了他的頭上,然後他就發現了」萬有引力「的故事,我們都知道牛頓同學長大了成了著名的科學家,很少知道這位牛頓同學還是名偉大的金融學家
  • 蘋果砸牛頓也是假的?我們小時候都被騙了
    蘋果砸牛頓也是假的?我們小時候都被騙了我們小時候聽過很多勵志的故事,比如囊螢映雪、蘋果砸牛頓、瓦特看到燒開的水壺後發明了蒸汽機。然而,這些故事都有可能是假的。這是怎麼一回事呢?下面將一個個分開解答。有天夜裡,他從夢中醒來,透過窗縫看到了雪映過來的光,於是他穿好衣服,拿出了書到外面,利用雪反射的光來刻苦讀書。後來,他靠這種刻苦的精神,學識突飛猛進,官至御史大夫。
  • 牛頓的蘋果 | 真的還是假的?(上)
    牛頓被蘋果砸中腦袋而發現了萬有引力定律的故事,是我們小時候最熟悉的故事之一,但如今,它的真實性卻越來越讓人懷疑。這個故事到底是真是假?牛頓真的是發現萬有引力的第一人嗎?一起來看看牛頓和蘋果的不解之緣吧~/ 牛頓蘋果的故事是假的嗎?
  • 那個蘋果並未砸中牛頓
    這就是那個著名的蘋果。斯蒂克利接下來記述道:「牛頓開始探究,為何蘋果總是垂直地落向地面?為什麼蘋果不會斜著落下或飛向天空……很顯然,這是因為地球引力在牽引蘋果。牛頓由此發現了萬有引力定律。」     「任何故事都不能百分之百確定為真實。」