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第二百五十五章 人在康桥,挥了挥衣袖,招来一朵乌云(下)

“?”

看着一脸神秘兮兮的徐云。

法拉第下意识的便朝他的手上看去。

只见此时此刻。

徐云摊平的掌心处,赫然放着一枚透明晶体。

这枚晶体约莫有绿箭金属盒装薄荷糖大小,透光性很高。

此时这枚晶体已经被打磨成了长方形的模样,两头尖中间均匀,外观有些类似肛塞。

法拉第伸手摸了摸它几下,体悟了一番磨砂感,判断道:

“这是......水晶?”

徐云摇了摇头,十个人有九个看到这玩意儿会误认成水晶,解释道:

“法拉第先生,这是我托威廉·惠威尔院长准备的材料,叫做非线性光学晶体。

“它可以用于辅助光线的变频,我们一共准备了七块,具体的作用您很快就能知道了。”

非线性光学晶体。

这是后世光学实验室中非常常见的一种设备。

它的用途和光栅类似,可以对光线进行倍频、和频、差频之类的变频操作。

不过后世的非线性光学晶体大多是人工设计合成的,发展过程和激光有着巨大的关联。

例如三硼酸锂晶体、三硼酸锂色晶体等等。

1850年的科技水平还远远没达到那种技术层级,因此徐云选择的是由天然晶体进行加工,方法比较原始。

好在剑桥大学作为这个时代世界最顶尖的大学之一,校内在晶体原石方面多少有些储备。

几个小时忙活下来。

实验室的工具人们还是赶工出了几枚磷酸二氢钾晶体。

不过再原始的非线性光学晶体,在变频方面的效果也还是要比三棱镜优秀上不少,对得起它的难度。

至于非线性光学晶体的作用嘛.......

自然就是为了接下来的表演了。

随后徐云将这枚非线性光学晶体交给老汤,让他按照自己的要求去放置调试。

自己则思索片刻,对法拉第道:

“法拉第先生,您是半导体方面的专家,所以应该知道,电荷脱离金属板的速度与电压强度是呈现正相关的,对吧?”

徐云的这番话在后世看来可能存在一些表述上的问题,但在电子还未被发现的1850年,这个描述反而很好令人理解。

只见法拉第点了点头,肯定道:

“没错。”

他在1833年研究究氯晶笼化合物的时候曾经发现过这个现象,并且用电表测试过相关结果。

后来另一位JJ汤姆逊能发现电子,和拉法第的研究手稿也有一定关联。

当然了。

如果再往前追朔,那得一直上拉到库伦那辈,此处便不多赘述了。

徐云进一步问道:

“也就是电压越大,电荷脱离的速度越快,对吗?”

“没错。”

徐云见说打了个响指,预防针已经差不多到位了:

“那么法拉第教授,您觉得光电效应中接收器上出现的火花,和什么条件有关联呢?”

“接收器上的火花?”

法拉第微微一愣,稍加思索,一句话便脱口而出:

“当然是光的强度了。”

徐云嘴角微微翘了起来,追问道:

“所以和光的频率没有关系,是吗?”

法拉第这次的语气更加坚定了,很果断的摇了摇头,说道:

“当然不会有关系,频率怎么可能影响到火花的生成?”

周围包括斯托克斯在内,围观的教授也纷纷表示了赞同:

“当然是和光强有关系。”

“频率?那种东西怎么会和火花挂上钩?”

“毫无疑问,必然是光强,也就是振幅引起的火花。”

“所以有没有人要看我老婆的泳衣啊.......”

在法拉第和那些教授看来。

虽然他们还不清楚为什么发生器上有光发出,接收器就会有同步的火花出现。

但很明显。

接收器上火花的出现条件,一定和光的强度有关系。

也就是光的强度越大,火花就会越强。

因为经典理论里面的波是一种均匀分布的能量状态,而电荷(电子)是被束缚在物体内部的东西。

想要把它打出来,需要给单个电荷足够的能量。(后面一律用电荷来代替电子,因为1850年的认知只有电荷)

按照波动说的理论来分析。

光波会把能量均匀分布在很多电荷上面,也就是电荷持续接受波的能量然后一起跳出来。

等到了1895年左右。

科学界还对于这块会加入平面波函数,以及周期势场中的bloch函数尝试解释。

甚至在徐云来的2022年。

有些另辟蹊径的学者,还在光子和电子的散射过程中引入了波恩-奥本海默近似:

他们在实际计算中取近似的前两项,最后通过末态电子波函数,从而得到光电效应。

然而丝毫不解释整个过程要用概率幅来描述的原因,也是挺神奇的。

上辈子徐云在和某期刊担任外审编辑的朋友吃饭时还听说,有些持有以上观念的民科被逼急了,甚曾经说出“只要你运气好就能成功”这种话......

总而言之。

在法拉第等人的固有观念里。

接收器上火花能否出现,一定和光强呈现正相关,和频率扯不上半个便士的关系。

徐云对此也没过多解释,而是等待着老汤将非线性光学晶体调试完毕。

十分钟后。

老汤朝徐云打了个手势,说道:

“罗峰,晶体已经照你的要求固定好了。”

徐云朝他道了声谢,招呼法拉第等人来到了设备独立。

此时的非线性光学晶体已经被架在了反射锌板的折射点上,并且随时可以根据需要进行转动。

徐云先是走到固定光学晶体的一侧,根据上头标注的记号进行起了微调校对,确定光线能顺利被折射到接收器上。

一分多钟后。

徐云站起身,朝法拉第道:

“法拉第教授,现在晶体已经调试完毕,线路方面一切正常。”

“接下来你们看到的折射光,将会是波长在590到625x10-9次方米的橙光。”

光的波长早在1807年就由托马斯·杨计算出了具体数据,只是由于纳米这个单位还要等到1959年,才会由查德·费恩曼提出。

因此此时光的波长的计量描述,还是用十的负几次方米来表示。

另外但凡是物理老师没被气死的同学应该都知道。

光的波长越短,频率就越高。

红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。

以上从左到右波长逐渐降低,频率依次升高。

拉法第虽然仍旧搞不清徐云为什么执着于光频,但还是配合着点了点头:

“我记住了,你继续吧,罗峰同学。”

徐云见说重新走到了发射器边,按下了启动键。

休——

电压再次从零开始升高。

1伏特....

100伏特....

300伏特.....

1000伏特.....

然而令法拉第等人意外的是。

当电压上升到第一次的两万伏特时,发生器上例行出现了电火花,但接收器上却是.....

毫无动静。

很快,电压再次升高。

2.2万伏特......

2.3万伏特......

众所周知。

光的强度和功率有关,在电阻不变的情况下,功率又和电压有关。

也就是p=u·u\/R,电压越高,功率就越高。

然而当发生器的电压增幅到2.8万伏特的时候,接收器上依旧没有任何火化出现。

看着表情逐渐开始凝重的法拉第等人,徐云又朝小麦招了招手。

很快。

小麦拿着一个凸透镜走了上来。

化身过迪迦的朋友应该都知道。

在正常情况下,增加光强的原理基本上只有三种:

减小光束立体角,减小光斑尺寸,或者提高光的能量。

其中凸透镜,便是第一种原理的衍伸应用。

也就是通过折射将光线汇聚的更细,从散乱凝聚成一团,从而达到增加光强的效果。

随后徐云从小麦手中接过秃头境,架在一个类似后世直播支架的设备上,移动到了反射板前。

在凸透镜的聚光效果下。

发生器上的电火花溅跃出的光线被汇聚成了一小条,量级再次得到了一轮强效的提升。

如果折算成单纯的功率,此时溅跃出的光线量级大约等同与五万伏特左右的电压效果。

然而......

反射板上依旧如同鲜为人同学做大学物理题一样,其上空无一物。

见此情形。

原本认为不会再出意外的拉法第不由有些站不住了。

只见他快步走到反射板边,想要检查是不是光学晶体将光线折射到了其他方位。

然而无论他怎么校正晶体,接收器上依旧是没有任何电火花出现。

可是.....

这怎么可能呢?

6了不下三十次,再怎么非酋.....

额,等等?

法拉第忽然想到了什么,目光隐隐的瞥向了人群中的塔图姆·奥斯汀。

难道是这位嚷嚷着要种西瓜和棉花的黑人同学的缘故?

没记错的话。

这位黑人同学来自莫桑比克,是部落的下一任酋长,因此才能受到良好的基础教育......

而就在法拉第心思泛动之际。

一旁的徐云估摸着火候差不多了,便让小麦撤去凸透镜。

关闭电源,重新调试起了光学晶体。

这一次他选择的目标,是另一枚走离角为40°左右的天然级联晶体。

至于自准性反正笨蛋读者们也不知道是啥...咳咳,由于比较难测同时加之时间有限,所以徐云也就没去深入计算。

反正在这种实验条件下,自准性能在80%以上就行了。

总之这枚晶体可以反射的是蓝光,也就是波长在440—485纳米之间的光线。

调试完毕后。

徐云再次返回发生器边上,按下了开关。

电压依旧是从零上升。

过了小半分钟。

啪!

发生器上例行出现了一道电火花,而令法拉第等人呼吸停滞的是......

接收器上居然也跟着出现了一道火花!

作为当世顶尖的物理学家,法拉第等人怎能意识不到这代表着什么?!

然而这还没完。

只见徐云再次一招手,小麦哼哧哼哧的便拿着几枚偏振片走了上来,交到了徐云手里。

颠了颠掌心的偏振片,徐云的表情略微有些微妙。

说起偏振片的用途,想必很多同学都不陌生。

它允许透过某一电失量振动方向的光,同时吸收与其垂直振动的光,即具有二向色性。

也就是dλ\/λ=。

其中n是有梯度变化的折射率,源于不同介质间流场速度会发生梯度变化,n=1\/√(1-u2\/c2)。

说人话就是在自然光通过偏振片后,透射光基本上成为平面偏振光,光强减弱1\/2。

按照历史轨迹。

后世实验室中常用的偏振片要到1908年,才会由海对面的兰德制作出来。

但在这个副本中,由于波动说没有像原本时间线中那样被长期打压,甚至还反超了微粒说一头。

因此与波动说有关的许多小设备,都提前了许多时间问世。

根据徐云在《1650-1830:科学史跃迁两百年》中了解到的信息。

42年前,也就是1808年。

在马吕斯验证了光的偏振现象后没多久,偏振片就首次诞生了。

虽然此时的偏振片远远没有后世那么精细,但在还未涉及到微观世界的19世纪早期,还是能支撑起绝大多数实验要求的。

一直以来,它都是被用于支持光的的波动说——因为只有横波才会发生偏振嘛。

但今时今日。

这个小东西在自己的手中,又将成为证明微粒说的工具之一.......

世间万物,有些时候就是这么神奇。

徐云这次准备的是由三个偏振片组合成的混合系统,第一块与第三块偏振化方向互相垂直,第一块与第二款偏振化方向互相平行。

同时第二块偏振片以恒定的角速度w,绕光传播方向旋转。

自然光通过偏振片p1之后形成偏振光,光强为I1=I\/2。

同时根据马吕斯定律,通过p3的光强为I3=Icos2Θ。

由于p与p3的偏振化方向垂直。

所以p与p2的偏振化方向的夹角为Φ=π\/2-Θ, I=I(1-cos4wt)\/16。

再根据马吕斯定律。

I=Icos2Φ=I3sin2Θ=I(2Θ)2

所以通过p3的光强为= I(sin22Θ)\/8 =I(1–cos4Θ)\/16。

cos4Θ=-1时,通过系统的光强最大。

这个系统省去了徐云手动降低光强的麻烦,计算过程很简单,也非常好理解。

接着徐云将偏振片系统放到锌板前,深吸一口气,退回了原位。

很快。

在偏振组合的作用下。

发生器溅跃出来的光线强度得到了削减,周期最低甚至达到了1\/16。

但令法拉第等人哑口无言的是......

无论偏振组合旋转到什么地步,哪怕光强被缩小了十余倍不止,接收器上依旧有电火花出现!

啪啪啪。

看着面前跃动的电光,法拉第忽然脸色一白,嘴中斯哈一声,一把捂住胸口,大口的开始喘起了气。

一旁的斯托克斯最先发现了他的异常,连忙扶住他的肩膀,额头瞬间布满了细密的汗珠,喊道:

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“法拉第先生,您没事吧?校医呢?校医在哪里?”

见此情形。

发生器边上的徐云也是心头一颤,一步窜到了法拉第面前:

“法拉第先生!法拉第先生!”

直到此时,徐云才回想起了被自己忽略的一件事:

法拉第有很严重的冠心病。

1867年8月25日他在时逝世,后世非常主流的一种看法便是他突发了心绞痛。

更关键的是.....

今天考虑到开学典礼人多眼杂,室内温度也不利于硝酸甘油保存,徐云便将硝酸甘油留在了宿舍里头,没有带在身上。

眼下这么一位科学巨匠如果因为自己的缘故突发意外,他真的可以说是罪比孙笑川了。

不过令徐云紧绷的心弦微微一松的是。

法拉第先是拧巴着脸朝他摆了摆手,飞快的从胸口取出了一个小瓶子。

颤颤巍巍的倒出了一枚药片,塞进舌下,闭着眼睛含服了起来。

过了一分钟左右。

法拉第脸色逐渐变得红润,呼吸也恢复了正常。

他先是看了眼斯托克斯:

“多谢你了,斯托克斯教授,我没事。”

随后不等斯托克斯回答,便轻轻推开搀扶,静静的走到接收器前,凝视着一簇簇短暂而耀眼的火花。

这位目前物理界最强的大老,此时的目光前所未有的凝重。

眼下的情况清晰的说明了一件事:

在一定频率以内,光电效应和光强无关。

只要光频不足,光强拉到天上去也没用。

而只要达到了特定频率,哪怕光强再小,现象依旧会正常发生。

这无疑是违逆现有科学体系的一种情况,光的波动说完全无法对它进行解释。

因为波动理论描述光的能量是连续的,及光强...也就是振幅越大,光能越大,光的能量与频率无关。

同时在用弱光照射接收器时,发生器上应该有能量积累过程,不会瞬时生成电火花。

这就好比一列动车,入口的人流量不大,便代表着旅客尚未到齐。

而按照规则,列车必须要满员才能发动,那能怎么办呢?

答桉自然是只能等,等人全到了才能发车。

但眼下光电效应的现象,却相当于旅客只到了一两位,列车就发动了.......

至于微粒说......

法拉第沉思片刻,很快便想到了一些解释思路:

当光粒子照射到金属上的时候,它的能量可以被金属中的某个电荷全部吸收,电荷的动能立刻增大并不需要积累能量。

如果电荷的动能足够大,能克服金属内部对它的吸力。

那么就可以离开金属的表面形成电火花......

但这样一来。

许多以波动说为基底的理论,在正确性上就存在疑问了。

甚至如果细究下去的话,哪怕是现有的微粒说,其实也不太能支撑起光电现象的解析。

这相当于现有的物理大厦被挖了一处跟脚,虽然没有完全坍塌,但已经出现了倾斜的现象。

想到这里。

法拉第抬头看了眼夜空。

此时的夜空如同一片黑幕,只有零星的光点点缀其上。

1850年11月7日。

一位华夏人轻轻的出现在了剑桥大学。

他挥了挥衣袖,没有引来一船星辉,而是唤来了一朵乌云。

波光里的电火花,在所有人的心头荡漾。

那榆荫下的一潭,不是清泉,是氯化银和氟硅酸的混合溶液。

夏虫也为之沉默,因为现在是冬天。

沉默,是今晚的康桥。

而实际上。

徐云带来的震撼,远远不止这么简单......

毕竟作为给法拉第吓出心绞痛的补偿,为他圆个人生遗憾不过分吧?

至于小麦嘛。

对唔住了,我系穿越者.......

........

注:

有同学反馈老法容易看成法老,我也被带进去了...所以以后还是叫法拉第吧。