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1700966700 斯图尔特、贝克和阿维德森的测量结果都指向了g=2,这一共同的结论使得绕轨电子的简单模型遭遇了深刻的困扰。欧洲物理学家中的重要人物们苦苦思考着电子物理学的意义,这一点在1921年索尔维物理学会议的探讨中展露无遗。会上德哈斯就自己的最新实验做了报告,洛伦兹、理查森和拉莫尔亦参与到了讨论中。
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1700966702 同巴奈特一样,德哈斯也屈服于这一诱惑:重新拿出了早先的非可信数据,同他的最终数据一起提出。谈及同爱因斯坦的实验时,德哈斯这样回忆道:“我们在实验中得到的2m/e值是g=1.4和1.0。1.0几乎完全等同于标准值g=1.00,由此我们相信,1.4这一值的‘过大’是由实验误差引起的。”[9]德哈斯报告中的前一个值1.4是爱因斯坦和德哈斯在1915年论文中曾明确舍弃的实验组中的数据。在展示了计算和观察到的光标记的双重挠度后,二人有充分理由不再对实验的2m/e值进行计算。正如他们所清楚记载的一样,为了满足理论计算中指定的条件,有必要对磁化作用进行瞬间换向。在他们的首次实验中情况并非如此。事实上,二人实验之所以重复进行确实主要是由这一因子引起的。在将1.0和1.4这两个g值数据片段置于同样位置时,德哈斯并未对他的早期实验进行如实阐述。他的这一平等对待可能正反映了这一说服性的增强:斯图尔特、贝克和阿维德森可能是正确的。
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1700966704 热烈的讨论并未能解决问题。理查森辩称,可以通过重提庞加莱(Poincaré)的陈旧观点来解释g=2:电子的真实结构为环状物体的自转,而非绕轨运动。据拉莫尔推测,正核可能是凭借着某种未知的原理来应对这一问题,德哈斯认为这一说法是“强迫性的”。基于洛伦兹正直的性格特点,他承认即使由效应得出的g值为1,同理论预期完全一致,但鉴于并无“令人满意的(铁)磁性理论”,因此若欲阐明铁制物体中发生现象背后的机理,仍然具有相当的难度。[10]
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1700966706 在索尔维物理学会议会后,德哈斯又发表了两组新的数据集,其中g值的平均数分别为1.55(1921年3月)和1.11(1921年7月)。他做出了这样的解释:
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1700966708 本报告中引用的其他作者发现的e/m值是标准值的双倍(g因子的2倍)。于我而言,我认为效应的准确值本身仍然有待确定。即便如此,所有观察者所发现的e/m值都是过大的。因此,部分的转矩消失了,并未被观察到。报告中呈现了这样的看法:高速旋转的正核可以消减部分的转矩。但是我认为这样的假设有些牵强,可能性较低;相反,我认为,若理论的基础是无懈可击的,则其他隐藏的运动也必须纳入到考虑中。[11]
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1700966710 在柏林举行的学会讨论中,爱因斯坦复述了德哈斯对接受性越来越广泛的g值2的不满,敦促这些伟大的测量者们解决这一问题:“难道我们不能在这里对于旋磁效应进行研究吗?g因子的值仍然没有得到确定的答案。”[12]
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1700966712 在1920年10月,斯图尔特、贝克和阿维德森的实验结果均已发表后,巴奈特完成了一篇简短的报告,解释了其早期研究工作不完善的原因。在这一事后分析中,使用铜质样本代替了早前实验中使用的铁棒。由于铜并非铁磁体,因此任何磁场均不可能是由“真正的”旋磁效应引起。虽然如此,巴奈特仍发现铜确实会产生磁场,他将这一现象归因于涡电流(由施加的磁场变化而产生的物体中电流感应)产生的特有磁场。若将涡电流添加到旋磁磁场中,则g值将显得更小。“两种方法(1915年的电流计方法和1917年的磁力计方法)得到的结果之所以不一致,其中至少有部分原因很可能就在于此(涡电流)。”[13]基于目前对背景的控制,一切都得到了校正:
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1700966714 所有的测试棒均给出了g值2,而非1或其他值。由此再次表明了正电的效应,或者表明了效应中仅仅涉及到负电,但是对于引发磁性的运动而言,m/e的值较已知实验中确定的值更小。[14]
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1700966716 那年晚些时候,巴奈特又重复表达了这些主张。[15]
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1700966718 1922年,巴奈特准备将新研究的相关文章投稿给《美国国家研究委员会会刊》(Bulletin of the National Research Council),在文章中他着重强调了1915年获得的研究结论(g=2.3和2.0)。在修正主义史的另一方面,巴奈特1917年的研究结果很快就消失了,“1917年我们使用磁力计完成了对钢、钴和镍的研究,和以前一样获得的g值为负,其平均值处于之前获得的钢的g值与该值的二倍之间”。[16]简而言之,g值在1和2之间。
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1700966720 为了解释2这一新的(毋宁说是旧的)g值结果,巴奈特搁置了爱因斯坦的绕轨电子理论,而援引了沃尔德马尔·福格特(Woldemar Voigt)和马克斯·亚伯拉罕(Max Abraham)的理论。亚伯拉罕认为,若使电子携带的电荷均匀分布与球体表面上,而后仅从电动力学角度计算质量,则L/M这一比值与直径相当于g=2条件下旋转运动中的m/e相等。对于体积中分布着电荷的自旋电子而言,g=5/14。根据这些启发性的数据,巴奈特做出了这样的推论:①正电子或“磁子”处在旋转状态中;②亚伯拉罕提出的两种旋转电子中的一种是这一效应的原因;或③元凶是一种与绕轨电子不同的新型磁子。虽然巴奈特的报告中并无自己的研究结论,但他完全确信自己最初的(与斯图尔特、阿维德森和贝克一致的)研究结果是正确的,而1917年的研究结果则相反。
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1700966722 1918年巴奈特开始工作于卡内基研究所地磁学研究室,1922年起他与研究室负责人路易斯·鲍尔(Louis Bauer)陷入了不和。其中的一个原因在于,巴奈特全心投入于对自己之前实验的细微改进,这触怒了鲍尔。鲍尔向研究所负责人约翰·C.梅里安姆(John C.Merriam)报告称,在将近一年半的时间里,“巴奈特一直对尽早完成实验抱有希望”,但是“很明显,他的心绪和身体状况不佳,以至于单凭自己……无法确定是否应该结束实验,并对已获得的结果感到满意”。[17]与此同时,巴奈特的实验室助手也抱怨说,巴奈特仅仅将机械操作性和日常性的事务交予他处理,或者“在实验进行中,不让他参与任何观察或归纳处理的工作”。[18]仪器制造者也开始因为难以满足巴奈特改进装置的要求而感到绝望。直到1922年11月,仪器制造者将七分之一的时间都用在了巴奈特的实验上。最终,实验室副主管约翰·亚当·弗莱明(John Adam Fleming)写信给鲍尔,建议仪器制造商不再支持巴奈特的研究。
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1700966724 在我看来,在当下使用的装置中,巴奈特博士试图攻克的那些机械困难是由根本的机械缺陷引起的……即便对它们进行暂时改进……调节的效果很可能也不是永久性的,在扩展型、具有可靠性的系列观察中可能也是无法保持长久的。[19]
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1700966726 1924年,巴奈特离开了卡内基的实验室,在一定程度上也是这种种压力的结果。他来到了加州理工学院,使用之前旧的装置仪器继续进行研究(见图2.14)。当年5月,巴奈特和他的夫人莱利娅·杰弗逊·哈维·巴奈特(Lelia Jefferson Harvie Barnett)通过对实验误差的详尽探讨,完成了对巴奈特效应的大量研究。从研究文章中的部分标题可以看到他们对系统误差的谨慎态度:
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1700966731 图2.14 20世纪20年代早期巴奈特的装置。巴奈特使用并改进了这一装置,用于测试旋转引起的磁力效应,由此,他开始了在华盛顿卡内基研究所的工作,后来在1923至1925年间他又在加州理工学院继续进行研究。来源:Barnett and Barnett,“New Researches,”Proc.Am.Acad.Arts Sci.60(1925):148.
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1700966733 39. 磁力较低磁体的涡电流效应
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1700966735 40. 气流对底座板的影响
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1700966737 43. 磁力计热效应的消除
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1700966739 47. 轴颈摩擦热效应引起的磁化误差
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1700966741 51. 转子轴向位移的误差
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1700966743 53. 汤姆逊推斥效应的误差
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1700966745 54. 机械干扰的误差
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1700966747 55. 顺时针和逆时针速度不等引起的误差
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1700966749 巴奈特夫妇不愿再次被错误的结果蒙骗。在进行了159组观察后,他们给出了最准确的g值1.89,精确到2%。[20]
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