گوتینگن و فیزیک: فرانک، بورن، وپوهل (3)

سمینار‌های دیگری نیز بود و آزمایشگاه‌ها و جلسات تمرینی هم دایر شد که ما می‌توانستیم در آن‌ها مطالب را با ارشد‌های خود در میان بگذاریم. یکی از رویداد‌های عمدة، جلسة سخن‌رانی هفتگی فیزیک بود که مرتب تشکیل می‌شد و حدود هفتاد نفر در آن شرکت می‌کردند که در میان آن‌ها تقریباً همة استادان فیزیک، ریاضی‌دان‌ها، اخترشناسان، ژئوفیزیک‌دان‌ها، ژئوشیمی‌دان بزرگ گلدشمیت و بلور‌شناس جوان فریتز لاوز، اویکن شیمی ـ فیزیک‌دان و همکاران جوانش و غالباً کسانی نیز از مؤسسة آئرودینامیک پرانتل، که در آن زمان شهرتی پیدا کرده بود، حضور داشتند.
به نظر من در اینجا بود که نقش فرانک از همه‌جا محسوس‌تر شد. او همیشه روابطی بین کار سخن‌ران و سایر حوزه‌ها پیدا می‌کرد و با فروتنی ذاتی خود می‌کوشید تا مطالب را بفهمد و در عین حال بر آنچه سعی داشت بیاموزد اصرار می‌ورزید. هدف فرانک در آن واحد فروتنانه و گسترده بود. او می‌خواست تا‌ حد ‌ممکن تأثیر مکانیک کوانتومی (که توسط نیلس بور فرمول‌بندی شده بود) را در رشته‌هایی که به آسانی به محاسبه تن در نمی‌داند ـ در فیزیک و مسائل اساسی شیمی ـ در یابد. دو اندیشة او یک رگة نیرومند نظری، اما نه از نوع بیان ریاضی، وجود داشت. می‌توان گفت که او می‌کوشید زبانی برای فیزیک روزمره پیدا کند که مکانیک کوانتومی را در بر بگیرد و به دیدگاهی نوین، یعنی به شیوة تفکری رهنمون شود که امکان پیش‌گویی یا توضیح کیفی پدیده‌هایی را که فیزیک کلاسیک برای آن‌ها کفایت نمی‌کند، فراهم آورد.
او سرشار از کنجکاوی بود و دربارة آنچه که باید بررسی می‌شد فکر‌های فراوانی داشت. من فکر می‌کنم به همین دلیل بود که آن همه دانشجوی دکتری و مهمان خارجی می‌پذیرفت. وقتی که من آنجا بودم حدود بیست فیزیک‌دان تجربی در زمینة مباحث بسیار متنوع کار می‌کردند. در آن زمان این تعداد محقق بسیار بیش از حد به نظر می‌رسید، و انتظار نمی‌رفت که کار‌شان به این زودی‌ها ثمر بدهد؛ هر کسی باید در هر مبحث مطالب زیادی فرا می‌گرفت. سیاهة ناقص مقالات منتشر شدة مؤسسة فرانک بین سال‌های 1922 و 1934 حدود بیست مقاله در را در بر‌می‌گیرد. موضوع کلی این مقالات را می‌توان چنین تعریف کرد: برانگیختگی در اتم‌ها و مولکول‌ها، در گاز‌ها و گاهی بر سطح‌ها، چگونه ایجاد می‌شود و چه اثر‌هایی بر جای می‌گذارد؟ این رشته باید دوباره از پایه بنا می‌شد زیرا فرانک و گوستار و هرتس نخستین کسانی بودند که تولید حالت‌های برانگیخته توسط الکترون‌ها را به ‌طور تجربی مشاهده کردند. آزمایش‌های معمولا توسط فیزیک‌دان‌های جوان‌تر انجام می‌شد. فرانک گاهی همراه با بورن و گاهی با خود آزمایشگران، آزمایش را توضیح می‌دادند و به بیان پدیده‌هایی که به کمک آن پیش‌گویی می‌شد می‌پرداختن

د. چند نمونه ذکر می‌کنیم.

در طیف‌نمایی اتمی انرژی‌های حالات برانگیختة بالاتر از حالت پایه، حتی اگر انرژی بالاتر از گسترة دست‌یافتنی طیف نمایی اپتیکی باشد یا گذار اپتیکی مجاز نباشد، تعیین می‌شود. گاهی حالت‌های شبه پایداری حاصل می‌شود که به گسیل نور نمی‌انجامد بلکه ممکن است اتم‌های دیگر را یونیده کند.
احتمال برانگیختگی توسط الکترون‌ها را می‌توان اندازه گرفت. در مورد الکترون‌های پر انرژی می‌توان این مقدار را از راه موسوم به تقریب بورن محاسبه کرد. این تقریب برای الکترون‌های کند نارسا است. ممکن است الکترون‌ها برای مدتی به ابر الکترونی اتم منظم شوند و حتی ممکن است گیر بیفتند و یون منفی تشکیل بدهند.
به اعتبار داده‌هایی از این دست می‌توان حرکت الکترون‌ها و انتقال انرژی را در گازها تحت تأثیر میدان‌های الکتریکی محاسبه کرد. بدین ترتیب شناخت مربوط به فرآیند‌های تخلیة گاز، از جمله آذرخش، بر شالودة جدیدی استوار شد.
فلوئور‌سانی، به ویژه فلوئور‌سانی تشدیدی، شاخصی حساس برای سرنوشت حالت‌های برانگیخته است، زیرا اتم‌های یکسانی که در فشار‌های مختلف باشند یا اتم‌ها یا مولکول‌های دیگر بر این حالت‌ها تأثیر می‌گذارند. مشاهدات مربوط به قطبیدگی تحت تأثیر میدان مغناطیسی در این زمینه کمک بزرگی می‌کند. این مسئله پایی در حوزة گستردة واکنش‌های فوتوشیمیایی دارد که بعد‌ها به رشتة عمدة مورد علاقة فرانک تبدیل شد. انتقال انرژری از بین اتم‌های برخوردکننده بر اثر یک عامل ثالث یا بدون آن، به صورت یکی دیگر از حوزه‌های غنی درآمد که امروز هم همچنان مطرح است. یکی از مثال‌های فرراوان در این مورد اثر کلر بر خطوط تشدیدی سدیم است. گیر افتادن الکترون توسط اتم‌های مثبت هم پدیده‌ای است که با آن بستگی دارد.
تحقیق دربارة مولکول‌ها به صورت مبحثی پرجاذبه درآمد. یکی از نتایجی که حاصل شد این بود که الکترون‌های کم انرژی، ارتعاشاتی با احتمال فوق‌العاده زیاد برمی‌انگیزند. نزدیکی الکترون چیزی شبیه یک مولکول جدید ایجاد می‌کند که فاصلة اتمی مربوط به آن با فاصلة با فاصلة اتمی مولکول معمولی متفاوت است و بنابراین ارتعاش شروع می‌شود. این آغاز تفکر دیگر دربارة انرژی ارتعاش و فواصل اتمی برای حالت پایه و حالت‌های برانگیختة یک مولکول بود و به تنظیم اصل معروف فرانک ـ کندون انجامید که بنابر آن در طول گذار الکترونی، به دلیل سرعت بسیار زیاد آن، می‌توان اتم‌ها را ساکن در نظر گرفت. فیزیک مولکولی از این رهگذر شاهد پیشرفت‌های عظیمی بوده است.
در سال 1933 مکتب فرانک در مدتی کمتر از یک سال از هم پاشید. آنچه باقی ماند خاطره‌ای است از او به عنوان شخصیتی بزرگ که از ادامة کار در کشوری که به او اجازه نمی‌داد همکارانش را مطابق معیار‌های علمی برگزینند خودداری کرد. ترک آلمان برایش بسیار دشوار بود. او به من می‌گفت "آلمان همواره کشور من باقی خواهد ماند". پس از جنگ غالباً مراجعت می‌کرد و کمک فراوانی به ما می‌کرد.
در سال 1935 گئورگ یوس جانشین فرانک شد و کوشید تا فیزیک را به همان شیوة فرانک به پیش ببرد، اما پس از چند سال از حوزة فیزیک کناره گرفت و به صنعت روی آورد. در سال 1942 هانس کوپفرمان جای او را گرفت. کوپفرمان رسالة دکتریش را در موسسة ژئوفیزیک گذرانده بود و سپس رشتة خودش، ساختار فوق‌ریز، را در لندن شروع کرده بود و پس از جنگ همر اه با دانشجویان و همکارانش چنان روحیه و محیطی ایجاد کرد که در آن درست نظیر فرانک هرچه داشت به دیگران می‌بخشید، و بدین ترتیب مهم‌ترین "مکتب" فیزیک‌دانان کار‌آمد را در آلمان به‌وجود آورد.

1. فیزیک نظری

دبی و همکارانش در کار‌های نظری خود به روش اکتشاف ساختار بلوری با نیرو‌های مولکولی و با الکترولیت‌ها پرداختند. دو شاگرد او در این زمینه اریش‌هوکل و هرتا اشپونر بودند.
جانشین او ماکس بورن دورة دانشجویی خود را گوتینگن در تماس نزدیک با هیلبرت گذراند، ولی برای رساة دکتریش برای حل یک مسئلة مربوط به الاستیسیته از ریاضیات یاری گرفت. چند سال بعد او دوباره در گوتینگن در زمینة نسبیت کار کرد، آنگاه تحقیق دربارة ساختار‌های بلوری را با محاسبة گرمای ویژة مربوط به ارتعاشات این ساختار‌ها شروع کرد و سپس موفق شد که خواص بلور‌ها را با نیرو‌های شبکة آن‌ها به شیوة جامعی به هم پیوند بدهد. توانایی‌های او بر همه معلوم گشت و از آن پس به ترتیب استادی دانشگاه را در برلن، فرانکفورت، و در 1921 در گوتینگن عهده‌دار شد.
از آن پس پژوهش‌های او به مسائل اساسی‌تری معطوف شد اما او هیچ وقت کار آموزشی‌اش دربارة خواص بلور‌ها را متوقف نکرد. شاگردش کارل هرمان بعد‌ها به سبب کار‌هایی که در جمع‌آوری و اصلاح نتایج تحقیقات دربارة ساختار‌های شبکة بلوری انجام داد معروف شد.