ไฮโดรเจน: องค์ประกอบสำคัญ
จอห์น เอส. ริกเดน 20รับ100 สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด: 2002 288 หน้า $28, £19.50, €28 ไฮโดรเจน — องค์ประกอบที่มีมากที่สุดในพื้นที่ห้วงอวกาศ ซึ่งก่อตัวเป็นเมฆก๊าซขนาดใหญ่ (บนสุด) — ถูกใช้ในนาฬิกา maser ดังที่แสดงด้านบนโดย Daniel Kleppner (ขวา) และ Norman Ramsey (ตรงกลาง) เครดิต: J. HESTER & P. SCOWEN; มหาวิยาลัยแห่งรัฐแอริโซนา/NASA
เป็นการยากที่จะหาไอคอนที่ดีกว่าสำหรับการลดลงมากกว่าอะตอมไฮโดรเจน มีคนกล่าวไว้ตามที่ John Rigden เล่าในHydrogen: “การเข้าใจไฮโดรเจนคือการเข้าใจธรรมชาติทั้งหมด” ที่นี่เขาให้หลักฐานมากมายเพื่อสนับสนุนข้อความฟุ่มเฟือยนี้ อะตอมที่มีบทบาทสำคัญในการสร้างทฤษฎีสำคัญโดย Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger และ Paul Dirac ไม่ต้องพูดถึงในควอนตัมอิเล็กโตรไดนามิกส์เชิงสัมพันธ์ แน่นอนว่าเป็นสถานที่พิเศษในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ ไฮโดรเจนเป็นส่วนประกอบส่วนใหญ่ที่รู้จักในจักรวาล และการแผ่รังสีของไฮโดรเจนได้บอกเรามากมายเกี่ยวกับกาแล็กซีและจักรวาลของเรา และไฮโดรเจนมีบทบาทสำคัญในนาฬิกาอะตอมและเรโซแนนซ์แม่เหล็ก อะตอมดังกล่าวต้องการเล่าเรื่องของมัน และที่นี่ริกเดนทำหน้าที่เล่าเรื่องได้อย่างน่าชื่นชม
Rigden บรรยายเหตุการณ์รอบ ๆ การค้นพบที่มักถูกมองข้ามในห้องเรียน เขาอธิบายว่าความคลั่งไคล้ของพีทาโกรัสทำให้โยฮัน เจ. บาลเมอร์ค้นพบสูตรเชิงประจักษ์สำหรับความยาวคลื่นของไฮโดรเจนได้อย่างไร และค่าคงที่ของโครงสร้างละเอียดเกิดขึ้นได้อย่างไรจากทฤษฎีที่ล้มเหลว – ความพยายามของอาร์โนลด์ ซอมเมอร์เฟลด์ในการผสมผสานแบบจำลองบอร์และทฤษฎีสัมพัทธภาพของบอร์ นี่เป็นหนึ่งในความล้มเหลวครั้งใหญ่ในวิชาฟิสิกส์ และดูเหมือนว่าจะขัดแย้งกับคติพจน์ของไอน์สไตน์ที่ว่าพระเจ้านั้นบอบบางแต่ไม่มุ่งร้าย
ไฮโดรเจนมีความสำคัญ
อย่างยิ่งในรายงานของริกเดนเกี่ยวกับเหตุการณ์ที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียในนิวยอร์กในช่วงปีทองของอิซิดอร์ที่ 1 ราบีระหว่างปี ค.ศ. 1930 ถึง พ.ศ. 2493 Rabi พยายามวัดโมเมนต์แม่เหล็กของโปรตอนโดยปรับปรุงวิธีลำแสงโมเลกุลที่เขานำมาสู่ สหรัฐอเมริกาจากห้องทดลองของ Otto Stern ในฮัมบูร์ก ในปีพ.ศ. 2480 ความพยายามนี้มีผลสูงสุดในการประดิษฐ์เครื่องเรโซแนนซ์แม่เหล็กด้วยลำแสงโมเลกุล ซึ่งเปิดโลกใหม่ให้กับสเปกโทรสโกปีและเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดการพัฒนา เช่น เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์
เป็นการยากที่จะประเมินค่าสูงไปผลกระทบของการประดิษฐ์นี้ ทั้งทางตรงและทางอ้อม การทดลองในช่วงแรกนำโดยนักศึกษาบัณฑิตรุ่นเยาว์ นอร์มัน เอฟ. แรมซีย์ ระบุว่าดิวเทอรอน (นิวเคลียสของดิวเทอเรียม) มีโมเมนต์สี่เท่า หลักฐานแรกสำหรับกองกำลังนิวเคลียร์ที่ไม่ใช่ส่วนกลางก่อให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมากในฟิสิกส์นิวเคลียร์
การทดลองอื่นเปิดเผยว่าโครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์ของไฮโดรเจนไม่เห็นด้วยกับค่าที่ทำนายโดยทฤษฎีดิรัก การแก้ไขความคลาดเคลื่อนนี้เป็นแรงบันดาลใจให้ Julian Schwinger กำหนดเวอร์ชันของไฟฟ้ากระแสสลับควอนตัม การวัดการเปลี่ยนแปลงของ Lamb ด้วยไมโครเวฟของ Willis Lamb ซึ่งทำขึ้นในห้องปฏิบัติการใกล้เคียง ได้ให้หลักฐานเพิ่มเติมที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ว่าทฤษฎี Dirac นั้นไม่เพียงพอ และวิธีการเรโซแนนซ์แม่เหล็กของ Rabi มีส่วนทำให้เกิดการค้นพบเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์โดย Edward M. Purcell และ Felix Bloch และ maser และ laser โดย Charles H. Townes, Arthur L. Schawlow และคนอื่นๆ
Rigden อธิบายวิธีการใช้นาฬิกาอะตอมไฮโดรเจน maser สำหรับการนำทางในห้วงอวกาศ การระบุตำแหน่งทั่วโลก และในห้องปฏิบัติการรักษาเวลา เขาบรรยายล่วงหน้าเป็นล้านเท่าในด้านความแม่นยำของสเปกโตรสโกปีโดย Theodor W. Hänsch ในการศึกษาไฮโดรเจนที่ยิ่งใหญ่ของเขา ภารกิจนี้เป็นแรงบันดาลใจให้เกิดการประดิษฐ์หวีความถี่ของ Hänsch ซึ่งเป็นเทคนิคการปฏิวัติใหม่สำหรับการวัดความถี่แสง ผลกระทบของการประดิษฐ์นี้เพิ่งเริ่มสัมผัสได้ ความก้าวหน้าอีกประการหนึ่งที่เร็วเกินไปสำหรับหนังสือเล่มนี้คือการสร้างอะตอมของแอนติไฮโดรเจนที่ CERN ห้องปฏิบัติการยุโรปสำหรับฟิสิกส์อนุภาคใกล้เจนีวา เรื่องราวของไฮโดรเจนยังไม่จบสิ้น
ไฮโดรเจนมุ่งเป้าไปที่ทั้งสาธารณะและนักศึกษาฟิสิกส์ ไม่ได้พยายามเก็บรายละเอียดในระดับ Inward Boundของ Abraham Pais (Clarendon Press, 1986) และไม่ได้หมกมุ่นอยู่กับการเก็งกำไร ตัวอย่างเช่น ลัทธิการลดลงมีแนวโน้มที่จะสูญเสียความโดดเด่นในศตวรรษหน้าหรือไม่ ส่งผลให้ ไอคอนของอะตอมไฮโดรเจนที่จะลดน้อยลงเป็นเพียงแค่ความอยากรู้อยากเห็น แต่ขนาดที่เป็นมิตร สไตล์ตรงไปตรงมา ภาพประกอบจำนวนมาก และคำพังเพยที่มีสาระล้วนทำให้การอ่านมีส่วนร่วม 20รับ100
