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与α粒子和γ射线不同,β粒子携带的能量并非固定不变,而是在一定的范围之内连续分布。
我们用枪来打个比方。
如果发射子弹的能量确定不变,那么每颗子弹都会以同样的速度从枪口射出。
绝不会出现以下这样的情况:第1颗子弹以中等速度射出,第2颗子弹以高速射出,第3颗子弹的速度则太慢了,以至于它刚一出枪口,就掉在了地上。
然而,小电子子弹在β衰变时,就是以这种不可能的方式射出的。
这无疑使物理学家们对查德威克的实验结果感到莫名其妙。
当然,β粒子的行为可能并没有什么特别之处。
或许在逃逸之前,这些β粒子像弹球机里滚动的弹球一样在原子内部来回弹跳,撞击了多个电子,并将一部分能量转移给了其他电子。
然而,1927年,这种可能性被剑桥大学的查尔斯·德拉蒙德·埃利斯(CharlesDrummondEllis)和威廉·阿尔弗雷德·伍斯特(WilliamAlfredWooster)的实验排除了。
[72]β粒子仍然是未解之谜。
事实上,这个有难度的问题反倒激起了玻尔的兴趣。
尼尔斯·亨利克·戴维·玻尔,量子理论的创立者之一,也是20世纪继爱因斯坦之后最伟大的物理学家之一。
在考虑β粒子之谜时,玻尔对物理学的基石之一——能量守恒定律——提出了质疑。
能量守恒是指能量既不能被创造,也不能被消灭,只能从一种形式转换为另一种形式。
玻尔认为,在原子世界中,也许能量的转换并不遵循守恒定律。
我们再回到泡利,当时他是苏黎世联邦理工学院的物理学家,对泡利来说,能量守恒就像暴风雨中波涛汹涌的大海里的救生筏,放弃它是绝对不可想象的。
“玻尔完全走错了路。”
他说。
但是,如何解开β粒子之谜呢?
那时泡利正经历着其一生中最糟糕的一年。
两年前的1927年11月,他的母亲在被其父亲抛弃后而自杀了,这件事对泡利造成了重大影响。
1929年5月,他退出了天主教会——毫无疑问,泡利觉得他被上帝抛弃了。
此后,在1929年12月23日,泡利与来自柏林的凯思·德普纳(K?theDeppner)结婚了。
当时德普纳23岁,比泡利小6岁,是一名卡巴莱[1](cabaret)歌舞演员。
德普纳遇到泡利时已经和一位名叫保罗·高尔德芬格(PaulGoldfinger)的药剂师在约会了,而且在他们婚后,德普纳和这位药剂师也一直保持着关系,她甚至都没和可怜的泡利住在一起。
泡利曾这样告诉一位朋友,他的婚姻是“松散型的”
。
[73]
德普纳最终选择离开泡利,跟另外一个男人生活在一起,这令泡利伤心不已,但更让泡利感到羞辱的,是那个男人的身份伤害了他作为一流科学家的自尊心。
“要是跟一位斗牛士跑了,我还能理解,”
他向朋友们抱怨道,“她怎么会看上这么个不起眼的药剂师!”
[74]
婚姻的不如意导致泡利开始酗酒,还养成了吸烟的习惯。
[75]“我根本无法很好地与女人相处,”
他绝望地写道,“恐怕我不得不忍受这一点,但忍耐也是有限度的,也不容易忍着。
我有点担心,随着年龄的增长,我会越来越孤独。”
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