1925年諾貝爾物理獎: 詹姆斯‧法蘭克（James Franck）和古斯塔夫・赫茲（Gustav Hertz）
- 發現自然之美：諾貝爾物理獎
- 撰文者：余海峯 博士（物理雙月刊 副總編輯，費米伽瑪射線太空望遠鏡研究團隊成員）
- 發文日期：2018-01-31
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1925年諾貝爾物理奬由詹姆斯‧法蘭克（James Franck）和古斯塔夫・赫茲（Gustav Hertz）共同獲得，以表揚他們以實驗證明了1922年諾貝爾物理獎得主波耳建構於量子物理的原子模型。
這個實驗就是以往在高中物理課裡會討論到的法蘭克－赫茲實驗（Franck-Hertz experiment）。根據波耳原子模型，原子中的電子只能在特定軌道上環繞原子核運動。因此當原子吸收能量時，必須吸收剛好等於兩個能階之差的能量，不能多也不能少。這就是量子特性，在當年是個非常新穎的概念。
雖然波耳的量子原子模型能夠解釋盧瑟福（1908年諾貝爾化學獎得主）的原子模型所不能解釋的實驗數據，科學家普遍對波耳的量子原子模型存疑，因為量子概念實在太偏離常識了。不過，大自然可不理會人類的常識啊。
當兩個物體碰撞時，動能可以被轉換成其他類別的能量，這叫做非彈性碰撞（總動能有所改變）。相反，如果在碰撞後其總動能不變，就叫做彈性碰撞（總動能沒有改變）。由於一個原子只能吸收等於兩個能階之差的能量，如果一個電子撞上原子但能量不夠的話，這就會是彈性碰撞，能量就不會轉移，電子和原子各自的動能就會維持不變。
在法蘭克－赫茲實驗裡，他們使用電壓把電子從一邊加速到另一邊。整個實驗模組被放在一個充滿揮發了的水銀的破玻璃器皿中。水銀原子能階之中最外側電子躍遷到上一個能階需要4.9電子伏特，所以當被加速電子碰到水銀原子時，如果電子動能少於4.9電子伏特，就必定是彈性碰撞；如果電子動能等於或大於4.9電子伏特，就有可能是非彈性碰撞，動能可能轉移成水銀電子躍遷的能量。
法蘭克和赫茲發現，當把加速電子的電壓提高每4.9電子伏特，能夠順利抵達另一端的電子數量（即電流）就會突然下降。這個簡單而直接的結果驗證了波耳的量子原子模型。
順帶一提，為防止入侵丹麥的納粹軍奪得獎章，法蘭克的獎章和1914年諾貝爾物理獎得主范勞厄的獎章一起被溶在王水之中，之後再重新鑄成獎章。這果然是非常科學的做法啊！