塞曼效应毕业论文

1896年，荷兰物理学家塞曼使用半径10英尺的凹形罗兰光栅观察磁场中的钠火焰的光谱，他发现钠的D谱线似乎出现了加宽的现象。这种加宽现象实际是谱线发生了分裂。随后不久，塞曼的老师、荷兰物理学家洛仑兹应用经典电磁理论对这种现象进行了解释。他认为，由于电子存在轨道磁矩，并且磁矩方向在空间的取向是量子化的，因此在磁场作用下能级发生分裂，谱线分裂成间隔相等的3条谱线。塞曼和洛仑兹因为这一发现共同获得了1902年的诺贝尔物理学奖。1897年12月，普雷斯顿()报告称，在很多实验中观察到光谱线有时并非分裂成3条，间隔也不尽相同，人们把这种现象叫做为反常塞曼效应，将塞曼原来发现的现象叫做正常塞曼效应。反常塞曼效应的机制在其后二十余年时间里一直没能得到很好的解释，困扰了一大批物理学家。1925年，两名荷兰学生乌仑贝克()和古兹米特()提出了电子自旋假设，很好地解释了反常塞曼效应。应用正常塞曼效应测量谱线分裂的频率间隔可以测出电子的荷质比。由此计算得到的荷质比数值与约瑟夫·汤姆生在阴极射线偏转实验中测得的电子荷质比数量级是相同的，二者互相印证，进一步证实了电子的存在。塞曼效应也可以用来测量天体的磁场。1908年美国天文学家海尔等人在威尔逊山天文台利用塞曼效应，首次测量到了太阳黑子的磁场。1912年，帕邢和拜克（E．E．A．Back）发现在极强磁场中，反常塞曼效应又表现为三重分裂，叫做帕邢－拜克效应。这些现象都无法从理论上进行解释，此后二十多年一直是物理学界的一件疑案。正如不相容原理的发现者泡利后来回忆的那样："这不正常的分裂，一方面有漂亮而简单的规律，显得富有成果；另一方面又是那样难于理解，使我感觉简直无从下手。"1921年，德国杜宾根大学教授朗德（Landé）发表题为：《论反常塞曼效应》的论文，他引进一因子g代表原子能级在磁场作用下的能量改变比值，这一因子只与能级的量子数有关。1925年，乌伦贝克与哥德斯密特"为了解释塞曼效应和复杂谱线"提出了电子自旋的概念。1926年，海森伯和约旦引进自旋S，从量子力学对反常塞曼效应作出了正确的计算。由此可见，塞曼效应的研究推动了量子理论的发展，在物理学发展史中占有重要地位。洛伦兹在物理学上最重要的贡献是发展了经典电子论。1878年，他发表了光与物质相互作用的论文，把以太与普通的物质区别开来，认为以太是静止的，无所不在，而普通物质的分子则都含有带电的谐振子；在这个基础上，他导出了分子折射率的公式（即洛伦兹－洛伦茨公式）。1892年，他开始发表电子论的文章，他认为一切物质的分子都含有电子，阴极射线的粒子就是电子，电子是很小的有质量的刚球，电子对于以太是完全透明的，以太与物质的相互作用归结为以太与物质中的电子的相互作用。在这个基础上，1895年他提出了著名的洛伦兹力公式。另外，1892年他研究过地球穿过静止以太所产生的效应，为了说明迈克耳孙一莫雷实验的结果，他独立地提出了长度收缩的假说，认为相对以太运动的物体，其运动方向上的长度缩短了。1895年，他发表了长度收缩的准确公式，即在运动方向上，长度收缩因子为 。1899年，洛伦兹讨论了惯性系之间坐标和时间的变换问题，并得出电子质量与速度有关的结论。1904年，他发表了著名的洛伦兹变换公式和质量与速度的关系式，并指出光速是物体相对于以太运动速度的极限。洛伦兹1853年7月18日出生于荷兰的阿纳姆，少年时就对物理学感兴趣并且熟练地掌握多门外语。1870年洛伦兹考入莱顿大学，自数学、物理和天文。1875年获博士学位。1877年，莱顿大学聘请他为理论物理学教授，其时洛伦兹年仅23岁。他在莱顿大学任教长达35年。1911年－1927年间洛伦兹多次担任索尔维会议主席。在国际物理学界享有崇高的名望。此外，洛伦兹在经典物理学的许多领域里也有很深的造诣，在热力学、物质分子运动论和引力理论等方面，都有过贡献。洛伦兹受到爱因斯坦、薛定谔和其他很多物理学家的尊敬，爱因斯坦就曾说过，他一生中受洛伦兹的影响最大。

19世纪以前，人们一直认为电、磁、光是毫不相关的自然现象。

步入19世纪，科学家法拉第、麦克斯韦把电、磁、光现象放在一起解释；赫兹则用实验证明了电磁波的存在，电、磁与光效应从此结合起来。

发现阴极射线后，西方物理学家全力研究它的本质。到19世纪70年代，对阴极射线的本质认识，他们之中存在两种截然不同的看法：英国科学家克鲁克斯等认为它是带负电的粒子流，德国物理学家赫兹等认为它不过是电磁波产生的辐射物。

两派之间发生过激烈的讨论。

荷兰物理学家 亨得里克·安顿·洛伦兹 也加入到这场讨论中。经过深入研究，他得出如下结论： 阴极射线是由比原子更小的微粒振动产生的，这种微粒存在于任何物体的原子之中，而发光现象即与这种微粒振动相关，这种微粒进行振动后会产生电场和磁场，只要改变电场或磁场的方向，光线也会发生偏移。

可是，这些先进的理论在当时完全站不住脚。一则，著名科学家法拉第生前研究过磁场对光源的影响，但以失败告终，后来几乎无人研究；二则西方科学界一直认为，物体是由原子构成的，原子就像一个小得不能再小的玻璃实心球，无法打开。

洛伦兹偏不信邪。他决心用自己的强项——理论研究，来证明原子是可分的。 他于1870年进入莱顿大学，受天文学教授弗雷德里克·凯瑟影响，对理论物理学产生浓厚的兴趣。

1878年1月25日，他就任莱顿大学理论物理学教授。此后近20年时间，他的理论研究包括阴极射线的本质，解释电、磁、光的关系等，紧跟时代潮流。

经过理论研究，洛伦兹发现物体的原子里有带负电的微粒，这些微粒由于围绕原子核运动产生电场。根据法拉第的实验推断，运动的微粒也会产生磁场。原子核自转产生电场和磁场，与负电微粒相互制衡形成了原子磁场。

“当光源经过原子磁场时，它原子里的微粒振动将发生改变，光源的谱线一定会加宽或分裂。” 洛伦兹经过反复推理，得出这样的结论。

物理学的发展，离不开理论与实践的结合。尽管洛伦兹从“虚”的理论方面证实原子里有带负电的微粒，那 怎么才能通过“实”的实验方面来证明理论呢？

正当他为此苦恼不堪时，他的学生—— 彼得•塞曼 出现了。

塞曼也是荷兰人。1865年5月24日深夜，荷兰泽兰小岛上的拦海大坝决堤。一条无舵无桨的小木船上，一位中年产妇在撞击中，痛苦地生下塞曼。

塞曼小学时成绩平平，中学毕业考试物理成绩居然没有及格。 母亲用塞曼出生的故事对其进行感化，他于是刻苦攻读，进入代尔夫特中学。

在这里，塞曼遇到了比他大12岁的海克·卡末林·昂内斯。后来获诺贝尔物理学奖的昂内斯聪明好学，给塞曼留下极深的印象。

塞曼通过不懈努力终于考上了莱顿大学。 他1890年大学毕业后留校，并有幸成为物理学教授洛伦兹的学生兼助手。

作为洛伦兹的助手，塞曼最高兴的事儿莫过于可以继续研究 磁光克尔效应 。 磁光克尔效应是指光线射入磁体会发生偏转的现象 ，因1877年由英国科学家约翰·克尔发现而得名。

研究3年后，塞曼完成了关于磁光克尔效应的博士论文。后来，他受聘为莱顿大学的讲师，暂时离开了洛伦兹的实验室。

1896年，塞曼被开除了，起因是他不听莱顿大学实验室主管的安排，悄悄进行光谱线磁场分裂的实验。 他把光源放在很强的磁场里，结果发光体的光谱发生变化，谱线一分为三。 塞曼平静地把实验过程和结果写成论文提交给荷兰皇家艺术与科学院，然后离开莱顿大学。

当年10月31日，洛伦兹在皇家艺术与科学院开会时偶然间发现塞曼关于光谱研究的论文，大为震惊。

两天后的星期一早上，他把塞曼请到办公室。 塞曼详细叙述了关于光谱实验的过程，洛伦兹仔细聆听后表示，磁场中光谱发生变化的根本原因是原子中带负电的微粒振动。

由于洛伦兹的强力推荐，塞曼的实验引起西方科学界的重视。

他的实验首先证明了原子内部具有细致的结构，并非“不可再分”，这是对洛伦兹关于“原子里有带电微粒”的最好支持。

其次，实验证实了洛伦兹关于 “磁场中发出的光会发生偏振” 的理论。这也意味着电、磁、光可以相互影响。后世科学家把 磁场分裂光谱的现象称为 塞曼效应 。

作为著名的磁光效应，塞曼效应使世人对物质的原子、光谱等有了更多了解，被誉为继X射线之后物理学最重要的发现之一。 为了表示对塞曼的纪念，科学界把月球背面的一座环形山命名为“塞曼”。

塞曼效应可用于测量星球的磁场，海尔等美国天文学家在威尔逊山天文台用塞曼效应首次测量到了太阳黑子的磁场。物理学家汤姆逊则用塞曼效应来测量谱线分裂的频率间隔，把原子中带负电的微粒称为电子，还用数据证实了电子的存在。汤姆逊因此获1906年诺贝尔物理学奖。

1902年12月10日下午16：30，瑞典斯德哥尔摩皇家音乐学院大礼堂里座无虚席。第二届诺贝尔奖颁奖典礼在此举行。

在严肃的乐曲中，各国获奖者分别领取了奖牌、证书和奖金。轮到塞曼上台时，只见他胸前没有戴花，而是挂着一个五六寸大的金制相框，相片上是他去世的母亲。他每次领奖都会挂着这个相框，以示对母亲的尊重。这已成为诺贝尔奖史上的一段佳话。

从诺贝尔物理学奖颁奖典礼回来的洛伦兹，也因此受到世人的尊敬和爱戴。由于他提出原子中存在电子的理论，所以 被尊称 为经典电子论的创立者 。

后来，他的名字在物理学上被用作学术名词，比如 洛伦兹-洛伦兹公式、洛伦兹力、洛伦兹分布、洛伦兹变换 等。

爱因斯坦在科学研究中，把洛伦兹变换用于力学关系式，这才有著名的狭义相对论。

1928年2月4日，洛伦兹在荷兰的哈勒姆市逝世。葬礼当天，荷兰全国电话中止3分钟，以示哀悼。公认的新一代物理学领袖、著名科学家爱因斯坦发来悼词，称洛伦兹是“我们时代最伟大、最高尚的人”。

再后来，为纪念洛伦兹的巨大贡献，荷兰政府从1945年起把他的生日（7月18日）定为一年一度的“洛伦兹节”。

洛伦兹从理论上创立经典电子论，塞曼则用实验证明了电子的存在，师生两人共同分享了1902年度诺贝尔物理学奖。

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原标题：没有这个理论做基础，我们可能看不到爱因斯坦的相对论......