第二百五十五章 人在康桥，挥了挥衣袖，招来一朵乌云（下）
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“？” 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cao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、三硼酸锂铯晶体等等。 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。 如果再往前追溯，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。 咻—— 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。 它允许透过某一电矢量振动方向的光，同时吸收与其垂直振动的光，即具有二向色性。 也就是dλ/λ=cosθdn/n。 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(cos2Θsin2Θ)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： “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日他在书房中看书时逝世，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佬，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？ 答案自然是只能等，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。