德國(guó)物理學(xué)家，斯特恩（ottostern，1888——1969），以

1、德國(guó)物理學(xué)家，施特恩（Otto Stern，1888——1969），以表彰他在發(fā)展分子束方法上所作的貢獻(xiàn)和發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子的磁矩。,1943年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主,學(xué)習(xí)歷程,O.施特恩1888年生于德國(guó)的索勞（今波蘭的佐里），他是富裕的糧商O(píng).施特恩和E.施特恩夫婦5個(gè)孩子中的最長(zhǎng)者。在確定自己的專業(yè)之前，他探索過(guò)好幾個(gè)領(lǐng)域。例如，他聽(tīng)過(guò)索末菲的理論物理課程，也聽(tīng)過(guò)拉梅爾（O.Lummer）和普林格希姆（E.Pringsheim）的實(shí)驗(yàn)物理課

2、程。玻爾茲曼、克勞修斯和能斯托關(guān)于熱力學(xué)的著作似乎對(duì)施特恩產(chǎn)生了影響，使他在布雷斯勞大學(xué)專門搞起物理化學(xué)來(lái)了。1906年開(kāi)始學(xué)習(xí)物理化學(xué)，1912年在布雷斯勞大學(xué)獲博士學(xué)位。,初出茅廬,施特恩后來(lái)說(shuō)他自己是個(gè)“做實(shí)驗(yàn)的理論家”。從1912～1919年，他的科學(xué)活動(dòng)主要是做理論工作，而從1919～1945年則主要是做實(shí)驗(yàn)工作。就理論這一方面，他受到了愛(ài)因斯坦的影響。在布拉格，施特恩做了愛(ài)因斯坦的博士后助手，1913年他又隨愛(ài)因斯坦到了蘇黎

3、世。在這里，他又受到了愛(ài)侖菲斯特和勞厄的影響，并略受玻恩的影響。服役歸來(lái)后，1919年他在法蘭克福開(kāi)始與玻恩一起工作。在這段時(shí)間內(nèi)，施特恩發(fā)表了幾篇關(guān)于統(tǒng)計(jì)力學(xué)問(wèn)題的論文。,施特恩后來(lái)興趣轉(zhuǎn)到分子束方法。1921年他剛剛完成用銀原子束檢驗(yàn)麥克斯韋分子速度分布的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)分子束方法是一種認(rèn)識(shí)自由粒子性質(zhì)的有效手段，于是就打算用銀原子束通過(guò)非均勻磁場(chǎng)，從原子束的偏轉(zhuǎn)找尋空間量子化的證據(jù)。空間量子化的概念是索末菲1916年為了描述氫原子在外

4、磁場(chǎng)和外電場(chǎng)作用下的行為而引入量子理論的?？臻g量子化可以滿意地描述斯塔克效應(yīng)和正常塞曼效應(yīng)，然而一直沒(méi)有人能夠以實(shí)驗(yàn)演示空間量子化的的存在。,明確目標(biāo),在這以前索末菲已經(jīng)預(yù)言，對(duì)于某些原子，例如氫原子、堿金屬原子或者銀原子，應(yīng)該有磁矩，并且若將它們置于磁場(chǎng)中，這些原子的磁矩只能有兩種取向：其軸和磁矩與磁場(chǎng)平行或反平行。施特恩認(rèn)識(shí)到，分子束實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟诮?jīng)典理論和量子理論之間作出明確的選擇：如果經(jīng)典理論是正確的，那么一細(xì)束銀原子在通過(guò)一非均勻

5、磁場(chǎng)時(shí)，只應(yīng)該變寬；但如果空間量子化理論正確的話，那么原子束就將分裂為互相分離的兩束。,擺在施特恩面前的是難以克服的實(shí)驗(yàn)難題。正好這時(shí)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家蓋拉赫來(lái)到了法蘭克福。蓋拉赫正打算用分子束方法檢驗(yàn)鉍原子的磁性。兩人見(jiàn)面，施特恩向蓋拉赫宣傳用非均勻磁場(chǎng)分析原子磁矩的可能性與驗(yàn)證空間量子化的意義，極力勸說(shuō)蓋拉赫和自己合作，終于取得了蓋拉赫的信任，由此開(kāi)始了他們之間的多年合作。,不可多得的合作者,實(shí)驗(yàn)的困難主要來(lái)自真空系統(tǒng)，因?yàn)樵邮鴮?shí)驗(yàn)對(duì)真

6、空的要求相當(dāng)特殊，為了獲得自由飛行的原子束，要在真空中加熱，并保持高度真空，這本身就是相互矛盾的；再有，原子束裝置的一頭是高溫，另一頭卻要進(jìn)行冷卻，以便讓原子束凝聚在接收板上。這樣一來(lái)，用于真空系統(tǒng)的玻璃器皿極易炸裂。一旦炸裂，則前功盡棄。所幸蓋拉赫以高度負(fù)責(zé)的精神投入實(shí)驗(yàn)工作，實(shí)驗(yàn)人員日夜守候在真空系統(tǒng)前，每次取樣，一般要經(jīng)過(guò)4～8 h的濺射。才能有足夠的銀原子積沉。 經(jīng)過(guò)許多嘗試和改進(jìn)，他們?nèi)〉昧丝臻g量子化存在的確鑿證

7、據(jù)。他們發(fā)表了5篇論文論述了這一工作，這使施特恩在全球聲譽(yù)鵲起。,艱難的嘗試,1921年，施特恩被任命為羅斯托克大學(xué)理論物理副教授；1923年，他成為漢堡大學(xué)物理化學(xué)教授和實(shí)驗(yàn)室主任，在那里，他著手組建有影響的分子射線研究實(shí)驗(yàn)室。在漢堡，無(wú)論在理論上還是實(shí)驗(yàn)上，施特恩和泡利都是一對(duì)密切的合作者，加之N.玻爾、P.愛(ài)侖菲斯特以及其他一些人頻繁的訪問(wèn)，使他們繼續(xù)獲得巨大的成功。施特恩從電子到原子和分子，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證支持了德布羅意1923～1

8、924年間提出的粒子的波動(dòng)性假設(shè)。施特恩確定了質(zhì)子磁矩的數(shù)值，出乎意料地它是狄拉克所預(yù)言的二或三倍。,第二次巨大的突破,1922年施特恩到漢堡大學(xué)建立的一個(gè)研究分子束的研究所規(guī)模并不很大，但它卻是分子束研究的中心，在國(guó)際上有巨大影響。很多這方面的研究課題都是從這里開(kāi)始的，并通過(guò)人員的交流和互訪，擴(kuò)散到其他國(guó)家。從這里開(kāi)始，分子束技術(shù)形成了一套獨(dú)特的方法，在近代物理學(xué)的發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。運(yùn)用它不但驗(yàn)證了分子速度分布律；實(shí)現(xiàn)了分子束的磁