阿瑟·康普顿

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阿瑟·康普顿
Arthur Compton
Time Cover Arthur H Compton.jpg
以阿瑟·康普顿作封面的《时代》杂志
出生 1892年9月10日
美国俄亥俄州伍斯特
逝世 1962年3月15日
美国加利福尼亚州伯克利
国籍 美国
研究領域 物理
任职於 明尼苏达大学
圣路易斯华盛顿大学
芝加哥大学
母校 伍斯特学院
普林斯顿大学
博士導師 Nobel prize medal.svg欧文·理查森
H·L·库克
博士學生 温斯顿·H·博斯蒂克
罗伯特·S·尚克兰
著名成就 康普顿效应
康普顿波长
康普顿偏移
獲獎 拉姆福德奖(1926年)
Nobel prize medal.svg 诺贝尔物理学奖(1927年)
休斯奖章(1940年)
富兰克林奖章(1940年)

阿瑟·霍利·康普顿Arthur Holly Compton,1892年9月10日-1962年3月15日),美国物理学家,1927年诺贝尔物理学奖获得者[1],曾任圣路易斯华盛顿大学校长。

早年[编辑]

阿瑟·康普顿1892年出生于美国俄亥俄州伍斯特的一个学术世家。父亲伊莱亚斯·康普顿是伍斯特大学(现为伍斯特学院)的院长。[2]阿瑟·康普顿后来进入这个大学学习。他的大哥卡尔·泰勒·康普顿也就读同一所大学,并且同样成为物理学家,后来曾担任麻省理工学院的校长。二哥威尔逊·H·康普顿是一名外交官,曾任华盛顿州立学院(现为华盛顿州立大学)校长。

康普顿1913年取得伍斯特大学学士学位,1914年和1916年分别取得普林斯顿大学硕士博士学位。毕业后,康普顿先后在明尼苏达大学短暂执教一年、到匹兹堡一家公司当工程师两年、到剑桥大学研究员一年。1920年,他成为圣路易斯华盛顿大学的物理教授,1923年转到芝加哥大学[2]

康普顿1918年开始研究X射线散射。1922年,他发现X射线对自由电子发生散射时,光子的能量减少,而波长变大。这一发现被称为“康普顿效应”或“康普顿散射”,后来又被他的研究生吴有训进一步证实。由于这项成就,康普顿被授予1927年诺贝尔物理学奖。[1][2]之後他的研究又轉向宇宙射線的探討。在全球數千不同位置度量果顯示,宇宙射線的強度受到地球磁場強度的影響,也提供確證,宇宙射線含有帶電粒子。

1934年,康普顿担任美国物理学会会长。[2]

康普頓效應[编辑]

康普頓最重大的貢獻是康普頓效應及解釋。 1919~1920年間,康普頓去英國在。J.J.湯姆孫和E.盧瑟福的指導下以訪問學者的身份在卡文迪什實驗室工作,他進行了γ射線的散射實驗,發現用經典理論無法解釋實驗結果。回國後他用單色X射線和布喇格晶體光譜儀作實驗,通過從不同角度在靶周圍測量散射互射線波長,發現散射波中含有波長增大的波,該現象就是著名的康普頓效應。康普頓指出:散射應遵從能量守恆和動量守恆定律,出射X射線波長變長證明了X射線光子帶有量子化動量。1922年,他採用單個光子和自由電子的簡單碰撞理論,對這個效應做出了滿意的理論解釋。康普頓效應是近代物理學的一大發現,它進一步證實了愛因斯坦的光子理論,揭示出光的二象性,從而導致了近代量子物理學的誕生和發展;另一方面康普頓效應也闡明了電磁輻射與物質相互作用的基本規律。因此,無論從理論或實驗上,它都具有極其深遠的意義。康普頓因此獲得1927年度諾貝爾物理學獎。中國物理學家吳有訓在康普頓實驗室做了大量實驗,取得了令人信服的實驗根據,排除了學術界對康普頓理論的異議,為康普頓的工作做出了寶貴的、不可多得的貢獻。1930~1940年這10年中,康普頓致力於宇宙線的研究,發現了逆康普頓效應。該效應在天體物理中有重要意義。


战时活动[编辑]

1941年,康普顿与美国科学研究与发展办公室主任万尼瓦尔·布什以及回旋加速器的发明者欧内斯特·劳伦斯一起,接管了发展原子弹的计划。康普顿负责其中的“S-1委员会”。这个委员会的任务是研究的属性以及制造方法。1942年,康普顿指定罗伯特·奥本海默为委员会的首席理论专家。委员会的工作在1942年夏天被美国军方接管,并成为曼哈顿计划的一部分。

1940年的一次会议,左二为康普顿

在第二次世界大戰爆發初期,由於其聲望高而被邀出面領導冶金實驗室。此屬於芝加哥大學的實驗室曾協助引導美國科學界的力量致力於發展原子彈。1941年12月7日,日本偷袭珍珠港之后,康普顿得到资助,在芝加哥大学研究,并且参与了一项目标为在1945年1月制造出世界上第一颗原子弹的计划。他在一九四二年至一九四五年之間,擔任芝加哥大學物理系教授,負責治金原子計劃,這個計劃英文名字叫做Metallugical Atomic Project,發展原子連鎖反應,為放射原子能打下根基,他可以說是原子能科學的先鋒。 这项计划后来未在预定日期达成,但仅晚了6个月。康普顿的实验室表面上被冠以“冶金实验室”的名称,目标是建造可将铀转变为鈽的连锁反应堆,并设计原子弹。1942年12月,在芝加哥大学的斯塔格体育场,冶金实验室一组由恩里科·费米领导的科学家成功实现了世界上第一个核反应堆的第一次持续的核连锁反应。整个战争期间,康普顿一直扮演着重要的科学顾问和管理者的角色。他曾在1942年担任美国科学促进会的会长。[2]

圣路易斯华盛顿大学时期[编辑]

战争结束后不久,康普顿于1946年回到圣路易斯华盛顿大学,成为该大学的第9任校长。

在康普顿的任内,圣路易斯华盛顿大学于1952年正式在本科生中废止了种族隔离制度,又委任了第一名女教授。由于战争结束后大批退伍军人回到美国,圣路易斯华盛顿大学也在当时达到创纪录的注册学生数。康普顿在科学界的声望和人脉帮助他为该大学招来许多知名的科研人员。尽管如此,后来有历史学家批评康普顿在该大学实现种族融合的过程过于缓慢,使这所大学成为圣路易斯主要的高等院校中最晚向非洲裔美国人开放的一所。[3]

康普顿在1953年辞去校长职务,但仍保留教职,直到1961年退休。

自由意識[编辑]

康普頓是一位少數的科學家一起和哲學家們提出了一個兩階段模型的自由意志。其他包括詹姆斯,恩克爾,卡爾波普爾,亨利Margenau,丹尼爾丹尼特。 1931年,康普頓倡導人類自由思想的基礎上發明了量子不確定性和概念增擴微觀量子事件帶來的機會來宏觀世界。 反應的批評,他思想的直接原因作出我們行動的機會,康普頓澄清了兩個階段的性質,他的想法刊載在1955年大西洋月刊的文章。首先是隨機事件有可能的範圍內,然後加入一個決定性因素,在行為的選擇。 一組已知的物理條件不充分的指定正是即將舉行的活動將be。.These條件,因為它們可以被稱為,定義一個範圍,而不是從可能的事件,其中一些特定的事件會發生。當一個自由練習通過他的行為是自己的選擇時,他加入一個因素未提供的物質條件,因而他自己決定什麼會發生。那他這樣做是只知道自己的人。從外面可以看到他的行為只是在工作的物理定律。它是內在的知識,他其實是在做什麼,他打算這樣做,告訴他自己的演員,他是免費的。“ 一九三三年,他應北卡羅納州立大學所請,發表三篇演講,總題是「科學的人文意義」(The Human Meaning of Science),後來又由該大學的出版社於一九四○年印行,在該書第三講裡,說明他信有上帝的理由,他說:「現代科學集中其全力,發展科學的技術,和改善人類生活的工具。到現在為止,人類的食品增多了,住的房屋,比較舒適了,穿的衣服更有量的進步了。交通的工具,更快速,更舒服了…人類生活的工具,確實是改善得多了,但人類在他們為自己所造成的物質文明裡,生活得滿意嗎?若是不滿意的話,怎樣才能滿意呢?我 們這些從事科技的弟兄們,固然沒有答案,就是那些從事政治經濟的賢達,也沒有找到出路。」這位美國物理學家提出個人的經歷,以解釋他的觀點,他說,他曾於一九二○年為法遣,於是自製了一架礦石的收音機,但不久他就不使用了,因為廣播節目的內容不值得一聽。

他相信這精密而有規律的「大時鐘」(宇宙)是由具理智的上帝設計的,故他對於科學研究有這樣的看法:「科學的思想需要有一個運行全宇宙的,偉大而又統 一的原理,做為他們基本的概念,科學家沒有這樣的原理,怎麼能將科學研究 中所得各項單一的知識,組織成為一個系統呢?」面對科學與宗教的衝突,他 說:「科學會引起宗教家對上帝概念上的修正(因為他們可能會誤會了造物主的 本意),宗教則可以填補科學不能帶來的空缺,在過渡階段,科學和宗教會有緊 張的關係,但一條船不肯冒著風浪怎麼能到達對岸呢?不肯面對這樣現實的人 (不論科學或宗教哪一方面),我們稱他是科學的懦夫,是宗教的罪人。」

荣誉与纪念[编辑]

除了诺贝尔物理奖以外,康普顿还先后获得过拉姆福德奖(1926年)[4]休斯奖章(1940年)[5]富兰克林奖章(1940年)[6]等奖项。

为纪念这位物理学家,有多项事物以其名字命名。月球上的康普顿环形山的命名是为了纪念阿瑟·康普顿和他的兄长卡尔·康普顿。圣路易斯华盛顿大学的物理研究大楼也以其名字命名。芝加哥大学有学生宿舍楼被称为康普顿宿舍。康普顿在芝加哥的旧居被列入美国国家历史古迹。美国国家航空航天局大型轨道天文台计划中的伽玛射线天文卫星命名为康普顿伽玛射线天文台

著作[编辑]

  • Compton, Arthur (1918). "American Physical Society address (Dec 1917)", Physical Review, Series II.
  • Compton, Arthur (1923). "A Quantum Theory of the Scattering of X-Rays by Light Elements", Physical Review, 21(5), 483 – 502.
  • Compton, Arthur (1935). The Freedom of Man, New Haven: Yale University Press.
  • Compton, Arthur (1940). The Human Meaning of Science, Chapel Hill: University of North Carolina Press.
  • Compton, Arthur (1956). Atomic Quest, New York: Oxford University Press.
  • Compton, Arthur (1967). The Cosmos of Arthur Holly Compton, New York: Alfred A. Knopf; edited by Marjorie Johnston
  • Compton, Arthur (1973). Scientific Papers of Arthur Holly Compton, Chicago: University of Chicago Press; edited by Robert S. Shankland.

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 The Nobel Prize in Physics 1927. 诺贝尔基金会. [2009年1月1日] (英文). 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Biography. 诺贝尔基金会. [2009年1月2日] (英文). 
  3. ^ (英文)Amy M. Pfeiffenberger, "Democracy at Home: The Struggle to Desegregate Washington University in the Postwar Era," Gateway-Heritage (Missouri Historical Society), vol. 10, no. 3 (Winter 1989), pp. 17-24.
  4. ^ Past Recipients of the Rumford Prize. 美国艺术科学院. [2009年1月2日] (英文). 
  5. ^ Hughes archive winners 1989 - 1902. 皇家学会. [2009年1月2日] (英文). 
  6. ^ Arthur Holly Compton. 富兰克林研究所. [2009年1月2日] (英文). 

外部链接[编辑]