歷史 物理

1924年諾貝爾物理獎:曼內‧西格巴恩(Karl Manne Georg Siegbahn)

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撰文者:余海峯 博士(物理雙月刊 副總編輯,費米伽瑪射線太空望遠鏡研究團隊成員)
發文日期:2017-10-16
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  • 「如果說我看得比較遠,那是因為我站在巨人的肩膀上。」牛頓曾經用這句話比喻科學發現並非一個人的功勞,而是建立在眾人前人的成果之上。1924年諾貝爾物理奬得主曼內‧西格巴恩(Karl Manne Georg Siegbahn)就是個非常好的例子。
     
    圖片 1
    [曼內‧西格巴恩的諾貝爾獎官方照片。]
     
    西格巴恩發現了原子的M-series和N-series發射光譜。自倫琴(1901年諾貝爾物理奬得主)發現X射線這種肉眼看不見的高能量射線之後,人類漸漸學會利用這種輻射來探索自然。當范勞厄(1914年諾貝爾物理奬得主)用晶體中的原子證明X射線是電磁波動之後,X射線晶體學誕生了。

    這門學問利用X射線的波動性質探研晶體結構,使布拉格父子(1915年諾貝爾物理奬得主)發現物質中的粒子原來有著各種不同的排列。這使用到X射線散射(或稱繞射,在原子尺度下無甚區別)特性,如果已知X射線的能量(波長)就能計算出晶體中原子間距,亦能反過來計算出X射線的波長。

    巴克拉(1917年諾貝爾物理奬得主)發現從原子中發射出來的發射光譜,有K-series和L-series兩種。這些發射光譜的譜線間的規律,令科學家得以一窺原子的結構。愛因斯坦(1921年諾貝爾物理奬得主)以光電效應證實了普朗克(1918年諾貝爾物理奬得主)的光量子假設,使波耳(1922年諾貝爾物理奬得主)藉以改進盧瑟福(1908年諾貝爾化學奬得主)的原子模型,科學家能夠利用原子的發射光譜計算出這樣的原子模型裡的電子軌道。

     
    圖片 2
    [西格巴恩的電子軌道結構和命名符號,取自西格巴恩的諾貝爾獎講座。]
     
    西格巴恩發現的M-series和N-series是比K-series和L-series能量更低的X射線發射光譜。由此,科學家得知原子的電子軌道間有著精細結構。西格巴恩更發明了沿用至今的發射光譜譜線命名符號,使用西格巴恩符號去描述發射光譜變得非常方便,電子從哪個軌道之間躍遷就能夠一目了然,有利日後原子物理的研究發展。
    人類從普朗克的光量子論,到布拉格父子、巴克拉、西格巴恩等人的實驗而了解到原子結構,經歷不過幾十年時間。然而,這一切科學知識其實都建築在千多年人類科學探索路上的每一個科學家之上。我們學習科學之時,亦應謹記這一點。


     
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