物理金逊
① 中子物理学的中子物理学之父
恩里科·费米(Enrico Fermi,1901—1954),美籍意大利裔物理学家,第一座核反应堆的设计者。比萨大学哲学博士,佛罗伦萨大学、罗马大学和芝加哥大学教授。在物理学史上,要给费米正确的评价,现在似乎还为时太早。他是20世纪唯一擅长理论与实验的物理学家,是一位多学科性的学者。他总是摇摆于理论物理学与实验物理学之间,很方便地适应着变化中的需要。
费米19019月29日年生于意大利罗马,费米小时候就表现出非凡的才能,他父亲的一位同事便有意识地培养他,给他读数学、物理方面的书。当他还是一个中学生的时候,就已具备大学研究生的水平。1918年进入比萨大学,1922年获比萨大学博士学位。1923年前往德国,在玻恩的指导下从事研究工作。1924年到荷兰莱顿研究所工作。1926年任罗马大学理论物理学教授。1929年任意大利皇家科学院院士。1934年用中子轰击原子核产生人工放射现象,开始中子物理学研究,被誉为“中子物理学之父”。1936年出版的热力学讲义成为后人教学用书的著名蓝本。由于他在中子轰击方面,尤其是用热中子轰击方面的成绩,1938年荣获诺贝尔物理学奖。1939年任教于美国哥伦比亚大学。
美国原子能委员会设立了费米奖金,1954年首次奖金授予他本人。20世纪以来,物理学研究领域的广度和深度都发展得很快;很少有人能在几个领域都作出重要的贡献。可是费米对理论物理和实验物理都作出了重要的贡献,有些还是开创性的成就,这在20世纪是少见的。1954年11月29日费米病逝于芝加哥。终年53岁。
1925—1926年,费米根据泡利不相容原理,与英国物理学家狄拉克各自导出物理学的深奥分支——量子统计中的“费米-狄拉克统计”。费米发展了统计理论并运用它来描述现在称为“费密子”的粒子裂变。这项研究导出了他的第一项不朽的工作,导出了“费米分布”、“费米球”、“费米液体”、“费米子”等概念。费米的理论在科学上是非常重要的,使我们能更好地了解原子核。
1932年,英国物理学家詹姆斯·查德威克发现了一种新的逊原子微粒——中子。费米从1934年起用中子轰击许多已知的化学元素,开始了史无前例的关于中子引起的核反应的研究,提出热中子的扩散理论。他在用中子轰击铀原子的核反应实验中,得到了一种“新元素”。当时他把这种元素起名为“超铀”元素,首创了β衰变的定量理论,为原子能研究奠定了重要的理论基础。
费米因利用中子辐射发现新的放射性元素,及慢中子所引起的有关核反应,获1938年诺贝尔物理学奖。但这时他却在意大利遇到了麻烦。首先,他的妻子是犹太人,而墨索里尼政府颁布了一系列反犹太人的法律。第二,费米强烈地反对法西斯,在墨索里尼的独裁统治下,这是危险的。1938年12月,他前往斯德哥尔摩领取诺贝尔奖,之后就再也没有返回意大利。他去了纽约,求贤若渴的哥伦比亚大学聘用了他,1944年他成为美国公民。
其实,费米得到的并不是“超铀”元素。1939年费米到了美国。当时德国科学家哈恩与斯特拉斯曼用化学方法检验了费米的实验,发现:用中子轰击铀原子,只能得到地球上已存在的钡。这不啻石破天惊!从费米的错误结论出发,竟然得到一个意想不到的惊人成就。因为钡的重量略高于铀的一半,这是无法用原子核的“衰变”理论解释的。因此,哈恩与斯特拉斯曼便大胆地提出一种新设想,认为铀原子核受到中子的轰击后,不是“衰变”,而是“分裂为大致相等的两个中等质量的原子”。这就是著名的“裂变理论”。
“裂变理论”诞生之时,费米正在外出途中。当他从杂志上获悉这一惊人的消息后,就像别的一流科学家一样,立刻认识到了铀裂变可能会释放出大量的中子,产生链式反应。费米还预见到链式反应的潜在军事用途。他马上返回哥伦比亚大学,一头扎进物理实验室。他用精密细致的实验验证了“裂变理论”的正确性,并致力于研究裂变的“链式反应”,进而建立了一整套“链式反应”的基本概念和基础理论。
1939年3月,费米与美国海军联系,试图使他们对发展核武器感兴趣。也就是几个月后,爱因斯坦就此项目给罗斯福总统写了一封信,美国政府开始对原子能感兴趣了。
一旦美国政府对此发生了兴趣,科学家的首要任务就是建立一个核反应堆样本,看看自持续链式反应是否可行。由于费米是世界上第一流的中子权威,以及他兼具试验和理论才能,所以他被选为组长,组织建立世界上第一个核反应堆。他先在哥伦比亚大学工作,后又在芝加哥大学工作。就是在芝加哥,1942年12月2日,在费米领导下设计和生产的第一座核反应堆成功运行了。这确实是原子时代的开始,因为这是人类头一次成功地实现链式反应。成功的消息传到东部时用的是暗语,但也是一种预言:“这位意大利的航海家进入了新世界。”
由于这次成功的试验,美国决定全速实行曼哈顿计划。费米作为杰出的科学顾问,继续在该项目中起重要作用。
战后,费米在芝加哥大学任教。1945年之后。转向介子物理学和天体物理学研究。他先后获得德国普朗克奖章、美国哲学会刘易斯奖学金和美国费米奖。1953年被选为美国物理学会主席。还被德国海森堡大学、荷兰乌特勒支大学、美国华盛顿大学、哥伦比亚大学、耶鲁大学、哈佛大学、罗切斯特大学和拉克福德大学授予荣誉博士。1954年因胄癌逝于芝加哥 1955年原子序数100的人工所制元素被命名为镄,以纪念他对科学的贡献。
费米之所以成为重要人物,有以下几个原因。一是他是无可争议的20世纪最伟大的科学家,而且是为数不多的兼具杰出的理论家和杰出的试验家天才的人。他在其生涯中写了250多篇科学论文。二是费米在发明原子爆破方面是一个非常重要的人物,尽管别人在推动这项事业的发展上也起了同样重要的作用。
然而费米最重要的作用是在研制核反应堆上。他首先是对基本理论的形成作出了贡献,其次是在实践中主持了第一座反应堆的设计和生产。沉湎于科学研究中的费米用自己的心血,换取了人类科学史上的又一个划时代的进步。铀核反应的实验成功及其基础理论的产生,为后来原子弹的试制成功提供了有力的实验基础和可靠的理论依据。这一重大成果,打开了长期封闭的原子核能宝库的巨锁,为人类找到了取之不尽、用之不竭的新能源宝藏。由于取得如此巨大的成就,费米成为原子能事业的先驱,成为世界上最有声望的科学家之一。
从1945年以后,原子武器从未用于战争。出于和平目的,大量的核反应堆建成用来产生能源。在未来,反应堆将成为更重要的能源来源。此外,一些反应堆被用来生产有用的放射性同位素,用在医学和科学研究上。反应堆还是钚的一个来源,这是制造原子武器的一种材料。人们对核反应堆可能对人类产生危害存有害怕心理,但没人抱怨它是个无意义的发明。不管是好还是坏,费米的工作对未来世界产生了巨大的影响。
费米是20世纪所有伟大的物理学家中最受尊敬和崇拜者之一。他之所以受尊敬和崇拜,是因为他在理论物理和实验物理两方面的贡献,是因为在他领导下的工作为人类发现了强大的新能源,而更重要的是因为他的个性:他永远可靠和可信任;他永远脚踏实地。他的能力极强,却不滥用影响,也不哗众取宠,或巧语贬人。不论是作为一位物理学家还是作为一个人,费米深为所有的人所崇敬。他之所以使人肃然起敬是因为他是一个扎实的人。他的所有表现无不散发出他的这种品格的魅力。为了反对把原子能用于战争目的,费米于1946年初离职回到芝加哥大学任教,转入粒子物理这个新领域的研究。一批有为的青年慕名来到芝加哥大学,聚集在他的左右,其中如杨振宁、李政道、M.盖耳-曼和O.张伯伦等人,后来都成为有重要贡献的物理学家。芝加哥大学的同步回旋加速器建成以后,费米和他的小组于1951年发现了第一个核子共振态。
杨振宁于1945年获奖学金离开中国赴美国留学,他渴望在费米的指导下学习,为此来到哥伦比亚大学。当他得知费米已转到芝加哥大学时,便又前往芝加哥读研究生。后来,费米和杨振宁在基本粒子的研究中共同提出了“费米-杨振宁模型”。
琼·希顿(寒春)是第二次世界大战中费米在洛斯阿拉莫斯的助手之一,战后成为芝加哥大学的研究生。1948年春她去了中国,和她的男朋友欧文·恩斯特(阳早)结婚,并定居中国,夫妇两人均从事奶牛品质改良及农机具革新工作。在她离开之前,她觉得应该告诉费米她打算去中国共产党控制区。考虑几天后她终于告诉了费米。费米说什么呢?“他没有反对,对此我永生感激。”寒春说。
② 诺贝尔物理学奖的历年得主
诺贝尔奖是以瑞典著名化学家、硝化甘油炸药发明人阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔的部分遗产作为基金创立的,诺贝尔奖包括金质奖章、证书和奖金支票。
诺贝尔奖的奖金数视基金会的收入而定,其范围约从11000英镑到30000英镑(72000美元)。奖金的面值,由于通货膨胀,逐年有所提高,最初约为3万多美元,60年代为7.5万美元,80年代达22万多美元。
2005年,美国科学家罗伊·格劳伯、约翰·霍尔和德国科学家特奥多尔·亨施因为“对光学相干的量子理论的贡献”和对基于激光的精密光谱学发展作出了贡献而获奖。
2004年,诺贝尔物理学奖归属美国科学家戴维·格罗斯、戴维·波利策和弗兰克·维尔切克。他们发现了粒子物理强相互作用理论中的渐近自由现象。
2003年,拥有俄罗斯和美国双重国籍的科学家阿列克谢·阿布里科索夫、俄罗斯科学家维塔利·金茨堡以及拥有英国和美国双重国籍的科学家安东尼·莱格特因在超导体和超流体理论上作出了开创性贡献而获奖。
2002年,美国科学家雷蒙德·戴维斯、日本科学家小柴昌俊和美国科学家里卡尔多·贾科尼获得诺贝尔物理学奖。他们在天体物理学领域作出了先驱性贡献,其中包括在“探测宇宙中微子”和“发现宇宙X射线源”方面取得的成就。
2001年,美国科学家埃里克·康奈尔、卡尔·维曼和德国科学家沃尔夫冈·克特勒分享诺贝尔物理学奖。他们根据玻色-爱因斯坦理论发现了一种新的物质状态——“碱金属原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚”。
2009年,诺贝尔物理学奖被授予英国华裔科学家高锟及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性成就。博伊尔和史密斯发明了半导体成像器件——电荷耦合器件(CCD)图像传感器。
2008年,诺贝尔物理学奖被授予美国科学家南部阳一郎和两位日本科学家小林诚、利川敏英。南部阳一郎因为发现次原子物理的对称性自发破缺机制而获奖,日本科学家小林诚、利川敏英因发现对称性破缺的来源而获此殊荣。
2007年,诺贝尔物理学奖由法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔分享。这两名科学家获奖的原因是先后独立发现了“巨磁电阻”效应。
2006年,美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特因发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性而获奖。
2013年,诺贝尔物理学奖授予比利时理论物理学者弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯,两人因预测被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在而获奖。
2012年,诺贝尔物理学奖由法国科学家塞尔日·阿罗什与美国科学家大卫·维因兰德获得,两位物理学家因为在量子光学领域对光与物质间的密切关系和相互作用的研究而获得表彰。
2011年,诺贝尔物理学奖被授予美国加州大学伯克利分校天体物理学家萨尔·波尔马特、美国/澳大利亚物理学家布莱恩·施密特及美国科学家亚当·里斯,表彰他们“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀”。
2010年,诺贝尔物理学奖被授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。石墨烯是目前已知材料中最薄的一种,被普遍认为会最终替代硅,从而引发电子工业的再次革命。
2018年,诺贝尔物理学奖被授予美国科学家阿瑟·阿什金、法国科学家热拉尔·穆鲁及加拿大科学家唐娜·斯特里克兰,以表彰其在激光物理学领域取得的突破性贡献。
2017年,雷纳·韦斯(Rainer Weiss),巴里·巴瑞斯(Barry C. Barish)和吉普·索恩(Kip S. Thorne)因引力波探测研究获奖。
2016年,英国科学家大卫·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨,因在理论上发现了物质的拓扑相变和拓扑相而荣获该奖项。
2015年,日本科学家梶田隆章和加拿大科学家亚瑟·麦克唐纳共同诺贝尔物理学奖。两人因发现中微子振荡,证明中微子有质量而获得了这一奖项。
2014年,诺贝尔物理学奖得主是日本科学家赤崎勇、日裔美国科学家中村修二(60岁)及日本科学家天野浩。他们开发了蓝色发光二极管(LED),使节电的高亮度照明器材成为可能,极大改变了人们的生活,并因此受到高度评价。
③ 刘慈欣在物理上有多高的造诣
刘慈欣在物理上的造诣仅限于科幻小说作家,不算专业人士。
刘慈欣懂得这么多和他本人的生活经历是密不稿庆可分的,将科学和自然的力掘敬汪量完全体现在自己平实而拙朴的语言中,让读者在他的作品中产生很多的遐想。刘慈欣在一次粉丝签名会上,很谦虚表示自己其实并不是懂得很多,自己只是一名很务实的科幻作家而已。这种谦逊的态度很值得年轻人学习。
刘慈欣从1989年开始从事科幻小说的创作,在1999年的时候,由他创作的小说《带上她的眼睛》获得中国科幻银河奖的一等奖,展露头角的刘慈欣陆续发布了很多的科幻小说,在2006年创作的长篇科幻小说《三体》获判仔得世界科幻协会的雨果奖,刘慈欣代表中国人在科幻小说上获得世界奖项,是很值得骄傲的事情。
④ 物理学的进步对社会的贡献
物理学的发展和人类科技的进步 世界从蒙昧到明丽,科学关照的光辉几乎从没有终止过任何瞬间,一切模糊而不可能的场景和一切超乎寻常的想象,都极可能在科学的轻轻点缀之下变得顺从、有序、飘逸而稳定。风送来精确和愉悦的气息,一个与智慧和灵感际遇的成果很可能转眼之间就以质感的方式来到人间。它在现实中矗立,标明今天对于昨天的胜利;或者标志人们昨天的生活方式已经一去不复返;或者标志一个科学伟人已徐徐来到人间……在人类的黎明,或我们的知识所能知道的过去的那些日子,我们确实可以看到科学在广博而漫长的区域里经历了艰难与失败,但它更以改变一切举足轻重的力量推动着历史滚滚前行,卓然无匹地建立了一座座一望无际的光辉丰碑。信心、激情、热望与无限的快乐就是这些丰碑中任何一座丰碑所暗示给我们的生活指向,使我们笃信勤奋、刻苦钻研、热爱生活、深思高举……与此同时,我们也更加看到了科学本身深深的魅力,人文的或自然的,科学家的或某个具体事物的,都如一面垂天可鉴的镜子矗立在我们面前,我们因为要前进和向上就无可回避地站在它的面前梳理自己的理性和情感,并在它映照灿烂光辉中汲取智慧和力量,从而使我们的创造性更加有所依托,更加因为积累的丰厚显得更加强劲可靠。
在人类发展的每一个阶段,物理学始终站在解放生产力的前沿,而在物理学发展中的每一次小小的进步,都伴随着极大的艰难与曲折,都是在传统与现实之间的长期碰撞中才得以获得发展和进步,其间既闪耀着拓荒者们智慧的灵光,同时也有让无数科学先辈们在追求科学真理的道路上进行不曲不挠的斗争中挥洒的血光与泪光。作为新时期的青少年,非常有必要踏寻这条荆棘之路,我们并不期望大家每一次在这条路上都能采撷到烂漫的鲜花,哪怕每一次只要能在这条路上闻到沁人心脾的花香,也算是对无数科学先辈们英魂的告慰。这就是我们开展本次科普知识系列讲座的初衷。 (一)物理学的启蒙与发展阶段 物理学的发展经历了十分漫长的启蒙阶段。在中世纪以前,物理学一直没有被确认为一门独立的科学,它在相当长的时间内被划分到哲学这一范畴。在这一漫长的时期内,人们都是根据当时生产力的需求或者统治者的意志去开发和利用物理学知识(从无意识到潜意识),是以我根据人类发展进程中生产力的发展水平以及应用物理学知识的程度,把这个时期物理学的启蒙阶段作以下划分:
1、火器时代:
人类的祖先首先进行了手和脚的分工,用自由之手制造工具,提高了劳动效率。这一时期人类最早制造的工具就是石器,石器的制造宣告了劳动的开始,同时也宣告了简单物理学的启蒙。
随着石器的发展,出现了较为复杂的工具―――弓箭,从而产生了“狩猎”这个最早的生产部门。人类祖先凭自己的智慧和经验制造了石斧、石刀和弓箭,我们在这里可以用物理学的原理说明其优越性:压强和压力成正比,和受力面积成反比。石斧的石刀的锋刃做得很薄就是为了通过减小受力面积来增大压强,使它们在不大的压力作用下就能够进入到物体里去;弓箭的使用不仅用到了物理学中的压强知识,还用到了牛顿第三定律――当箭给弓弦一个作用力时,弓弦同时也给箭一个反作用力,这样才能把箭射出。当时这种微妙的思想也被祖先们挖掘出来,足见祖先思想的进步。
我们知道,“钻木取火”在人类发展史上有着巨大的意义。可以毫不夸张地讲这是人类科技史上的第一次伟大的革命。随着人工取火的实现,标志着人类已经“在实践上发明机械运动可以转化为热”,“第一次使人类支配了一种自然力,从而最终把人同动物分开”。
有了随时可以制造火的技术,才能使火进入到人类生产和生活的各个领域。在生产上,人们首先发明了用火烧制陶器―――制陶技术的出现,标志着人类对材料的加工第一次改变了材料的性质,从而创造了一种人工材料,并在加工过程中第一次使用了自然能源。后来人类又学会了炼铜和炼铁的技术。世界上最早的生铁冶炼技术,出现在我国春秋时代,到战国时代,铁器已被广泛应用。至东汉时期,已有高五、六米、容积三四十立方米的大型冶铁高炉。在铁的基础上,中国还最早发明了炼钢技术,与炼钢工艺同时还发展了淬火技术。这样,大约到汉末,中国古代的冶铁、铸锻、炼钢和淬火技术已经形成了一个比较完整的体系,各种工艺方法已大致齐备,在当时世界上处于绝对领先地位。从而奠定了整个封建时代最基本的材料的加工技术基础。
在取火和用火的技术条件下,人类实现了从石器向铜器和铁器时代的转换在人类历史上引起了生产工具的革命,大大地推动了农业和手工业的发展,从而使生产力有了前所未有的进步。而且铁器文明不只是技术的发展,还推动了科学的诞生。2、领先世界的中世纪中国物理学
在中国几千年的封建社会里,在战乱不断的历史缝隙里,中国的科学技术并没有放慢前进的步伐,中国古代的科学技术系统逐渐得以提高和充实。并涌现出如王充、张衡、刘徵、祖充之、贾思勰、毕升、沈括等著名的科学家。其中张衡曾制造了世界上最早的利用水力转动的浑象,即浑天仪,以及一种能测定地震震中方向的仪器,定名为“候风地动仪”,这是世界上第一台地震仪,其灵敏度很高,比欧洲地动仪早1700多年;在度量衡这个领域里,不论是我国在远古时期发明的在天文上通过立圭表测影进行观象授时,还是后来人们在实践中发明的利用静水压强来量度时间的仪器―――漏刻,在没有钟表的古代是一项非常了不起的发明,在远距离计量长度时,那时候还发明了计量里程的鼓车,当车前进时,利用车轮的转动,可直接或间接地把车行驶的距离表示出来,这在当时世界上都堪称是首屈一指的;到宋元时期,由于生产的发展,经济的繁荣,实行扶植科技的政策及民族之间、中外之间的科学技术交流,宋元时期的科学和技术在隋唐的基础上,达到了整个古代科学技术发展的高峰。这一时期,冶金技术、名窑瓷器、建筑技术、纺织技术、水利建设、造船和航海技术都有巨大的发展,特别值得一提的是作为中国古代四大发明之一的指南针在不断的改进中已被广泛应用到航海,作为四大发明之一的火药在火器和兵器的改进技术上大显神威,史书上记载的“飞空击贼震天雷炮”和“神火飞鸦”,至今仍作为现代火箭与火箭炮的雏形,作为四大发明之一的胶泥活版印刷术对世界文明的发展与进步起到巨大的推动作用……
总之,中世纪中国科学技术发展的成绩是喜人的,但随着时间的发展,中国科技在以后的岁月里进入缓慢发展时期,而欧洲科技在度过科学的“黑暗时期”之后,正一日千里地兴起,并很快地赶超了中国。 3、后来崛起的辉煌灿烂的西方物理学
在这里值得一提的是西方在这个时期的文明。在封建社会以前,古希腊的科学和文化在欧洲处于领先地位:当时最著名的学者就是后来被西方史学家称为“科学之父”的泰勒斯,他提出了影子与实物长度成正比关系的原理,并利用这一原理准确地测量计算了埃及金字塔的高度;同一时期还出现了另一位为后世称颂不已的古希腊的学者―――毕达哥拉斯,他提出了数学是宇宙万物之本的学说,并以提出毕达哥拉斯定理(即勾股弦定理)而闻名,他还发现了无理数,引起了第一次“数学危机”;还有当时很有影响的科学权威―――留基伯,他和他的继承人德谟克利特提出了原子论,要知道原子论是现代科学的基石;在古希腊学者中,对后世影响最大的人物是集雅典学派之大成的亚里斯多德,他对天文学、物理学、生物学、医学等方面都有深入研究,在当时的自然科学的发展中作出很大的贡献;古希腊学者中还有一位声名显赫的科学家―――阿基米德,他发现了浮力定律、杠杆原理等,并利用杠杆原理,巧妙地发明了滑轮、螺旋器,以阿基米德命名的阿基米德螺线,在现代机械中应用极为广泛,他是一位非常重视实验的发明家,曾创造了许多仪器和机械,特别在军事上发明甚多,此外他在天文学、几何学、数学、圆周率等方面均有特别的贡献。所以科学史上称阿基米德是“站在整个希腊、罗马古代科学家的最高峰而为亚历山达里亚时期增添了光彩”,“是理论天才与实践天才集于一身的理论化身,与近代的伟大人物相匹比,在很多领域都有巨大的独创和真正的发现”……
在中世纪,欧洲在天文物理学方面发展迅猛,成效卓然。其中的代表人物是哥白尼、布鲁诺、第谷和刻卜勒。哥白尼的伟大之处是实现了太阳中心说和前人已有的数学方法的结合,使太阳中心说牢固树立在实际观测与科学运算之上,使科学进入了新纪元。他在1543年出版的《天体运行论》中指出:⑴、地球不是宇宙的中心,而仅仅是引力月球轨道的中心;⑵、所有天体都绕太阳运转,所以太阳在宇宙处于中心位置;⑶、地球到太阳的距离远远小于地球到恒星的距离,所以恒星看起来是不动的;⑷、地球像其他行星一样绕太阳运转,太阳的视运动起因于地球的运动;⑸、行星的表现逆动不是它本身运动引起的,而来自于地球的运动。哥白尼还大体上描绘了太阳系结构的真实图景―――人们看到的日月星辰东升西落,乃是地球自身转动的结果;火星、木星等行星在天空中有时顺行,有时逆行,并非天皇教会所说的“动作奇特,行踪诡秘”,而是由于它的绕日运行的轨道和速度不同所造成的综合表现。哥白尼作为一名天主教徒,十分了解他的学说的“危险性”,所以他迟迟没有发表。经过他的朋友再三敦促,在他去逝的那一年(1543年)才把《天体运行论》手稿复印发表。
意大利天文学家布鲁诺是哥白尼学说的积极宣传者和捍卫者,1584年他发表了《论无限性、宇宙与世界》一书,发展了哥白尼的学说,成著名的天文学家。不幸的是,由于他极力反对地心说,拥护哥白尼的日心说,主张宇宙是无限的,被教会打成异教徒,并于1600年3月17日在罗马的鲜花广场上被活活烧死。
1600年后,刻卜勒当了第谷的助手,开始与第谷合作,这是科学史上科学合作的美妙范例。1601年第谷去世时把他一生中收集的极其珍贵的全部天文资料都留给了刻卜勒,刻卜勒经过认真总结和研究,于1609年出版了他的著作,公布了关于行星运动的两个定律―――“轨道定律”和“面积定律”,又经过9年的研究和无数次运算后,他发现了第三定律―――“周期定律”(关于三大定律,这里不作一一赘述)。刻卜勒行星三大定律的伟大贡献,在于把哥白尼的理论向前推进了一步,为专业天文学家和数学家提供了支持日心说的强有力的论据,被后人称誉他为“天文立法者”。
这里要说的另一位科学家伽利略大家可能比较熟悉(摆的等时性原理和著名的比萨斜塔落体实验),他在近代科学史上,是一位划时代的代表人物,他在天文学、力学、物理学、数学等许多方面都有重大贡献,被公认为近代实验科学的创始人,为后来经典物理学的建立作出不可磨灭的贡献,是当之无愧的“近代物理学之父”。(二)物理学发展的第一个黄金阶段―――经典力学体系的建立
伽利略的出现,开辟了实验物理学的先河,为后来经典物理学的建立提供了大量的论据,但是他的许多发现都是对亚里斯多德学说的否定,因此也受到罗马教廷的警告。他于1632年发表了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》,更加激怒了教会甚至教皇本人。1633年伽利略被宗教裁判所传唤,并被判处终身监禁。在监禁中他克服重重困难,写出了科学巨著《关于两种新科学的对话》。伽利略设法将此著作秘密送到荷兰,于1638年出版,为近代科学的发展作出了巨大的贡献。他在新对话中关于力学知识一系列基本概念和基本定律的总结,成为后来牛顿提出力学三大宣言的基础,不仅如此,他还创立了实验和数学相结合的现代科学研究方法。所以说他是近代物理学的奠基人,是科学的斗士,是打开近代科学大门的人,是不足为过的。
1642年,伽利略逝世了,但另一位未来的科学诞生了,他就是未来的英国物理学家、数学家、天文学家、经典物理学的创始人牛顿。
1661年,18岁的牛顿进入剑桥大学,有机会学到欧几里德的《几何原本》。后来他按照欧几里德的《几何原本》,撰写出他的辉煌之作《自然哲学的数学原理》。1664年,牛顿成为他老师巴罗的助手,1665年伦敦流行瘟疫,牛顿不得不回到家乡。表面上看来,牛顿隐居于穷乡僻壤的田舍山村之中,但是在他的头脑中却掀起科学革命的巨浪。在家乡的一年半时间里,是牛顿一生中创造性得到充分发挥的时期,也是近代科学史上数学、光学、力学的“黄金时代”。他发明了微积分,提出了著名的“万有引力”,他还通过三棱镜把光分解成7种颜色的单色光,从而奠定了现代光学的理论基础。
1666年,牛顿制成了能够放大40多倍的反射望远镜。1671年,他向皇家学会正式提交关于反射望远镜问题的论文;第二年,他又向皇家学会提交《光与色的新理论》。这些光学论文是牛顿显示自己科学才能并把它们公诸于世的第一批科学成果。牛顿在物理学方面,除了取得力学、热学、光学等多方面的成就外,更主要的是他还是经典物理学的开创者。他在伽利略等人工作的基础上,进行了深入的研究,总结出了三大定律,创立了经典力学体系:
牛顿第一定律:
任何物体在受到外力作用而被迫改变自己的状态之前,将保持静止或匀速直线运动状态。
(这就我们今天学习的惯性定律的最初表达)
牛顿第二定律:
动量的改变与所加的力成正比,其方向沿着该作用力的作用方向
(该定律我们将在高中一年级学到牛顿第二定律“力是使物体产生加速度的原因”的最初表达)
牛顿第三定律:
作用力与反作用力大小相等、方向相反。换句话说,两个物体间的相互作用力大小相等、方向相反。
(该定律我们目前初中阶段已经学过,只是没有以定律形式呈现)
牛顿关于物体运动的这三条定律是我们认识一切力学现象的依据,也是整个经典力学的基础。
关于牛顿发现万有引力定律,广泛流传着“苹果落地”的故事,其实这不过是故事而已。即使此事确实发生过,也不应过分夸大这件事本身的意义,只是我们要从这个故事中有所启发,要留心观察自己身边发生的每一个现象。如果说牛顿由于看到苹果落地就发现了万有引力定律,那就历史过于简单化(不过西方一直流传着这个说法,并且有“上帝说:让牛顿去做吧”的普遍说法,足见牛顿当时在科学界的威望)。站在历史的高度客观评价,在对万有引力定律的发现中做出贡献的科学巨人之中,要首推刻卜勒和伽利略。牛顿不过是集大成者,并解决了别人未能解决的问题,走完了最后、最高的一步罢了。德国著名的哲学家黑格尔说过:“被德国人饿死的刻卜勒是现代天体力学的真正奠基者;而牛顿的万有引力定律已经包含在刻卜勒的所有三个定律之中,在第三定律中甚至明显表示出来了。”难怪他在谈到他在自然科学领域的成就时说过这样的谦逊的言辞“就象一个在沙滩上玩耍的小孩拾到几个贝壳而高兴不已”、“我的一切成就都是因为站在巨人肩膀上的缘故”。总之,万有引力定律的诞生,对当时的天体力学乃至于当代天体力学的研究,都提供了最重要的理论保障。
在经典力学创立和不断完善的过程中,人们开始意识到科学方法的重要性,特别是实验方法的重要性。历史上第一个探索新方法的是英国著名的哲学家培根,他在《新工具》一书中主张把经验和理性的职能统一起来,要获得科学知识,首先要进行实验,最后在实践中得出结论,另一位提出实验的科学家是伽利略,他认为真正的科学就是宇宙、自然界,人们必须通过实验去阅读这部“自然之书”。可以说,正是培根和伽利略站在实践和理论上的工作给科学指明了方向,使自然科学脱离了哲学而成为一门独立的学科。要知道雄辩术―――优雅的语言和争论的技巧,在自然科学领域中,是没有用处的,自然科学必须要通过实验事实来说话。事实也无不说明了这一点:后来的托里拆利、帕斯卡、波义尔、牛顿、托马斯.扬、梅曼等科学家的研究成果,都是建立在实验基础之上的。
到了18世纪,牛顿力学向着深度和广度两方面进军。一方面,通过人的努力,近代数学方法广泛用于力学,形成了“分析力学”,它甚至被看做是新的数学分支;另一方面,牛顿力学又与具体物性相结合,形成了“固体力学”、“弹性力学”、“流体力学”等许多力学分支,使力学达到了相当完美的地步。
可以说在伽利略和牛顿时代,力学已形成了严密、完整、系统的科学体系,成为物理学发展史上第一个“黄金时代”。正是由于力学的带动,物理学科已初具规模,并且在另一批科学家的努力下向着更深更广的领域进军。
⑤ 帕金森怎么治疗
下面我们就来科普一下帕金森怎么治疗。第一:物理治疗:进行针灸、按摩等手段,促进康复,另外针对合并症治疗,亦可广泛使用中药内服、外敏滚用;以及理疗:利用水疗、光疗、生物反馈等有针对性促进康复。临床康复:用护理和药物等手段,预防各种合并症发生,亦可进行一些治疗性临床处理,减轻症状,促进功能恢复。第二:心理治疗:针对心理不同阶段(如否认、愤怒、抑郁、反对独立求适应等各个阶段)的改变制定出心理治疗计划,可以进行个别和集粗拿粗体、家庭、行为等多种方法。神经组织修复疗法:应用神经因子激活修复技术通过颈动脉介入、鞘内介入、静脉输岩镇送等方式将神经因子输送到患者体内,神经因子到达病灶后能产生大量的神经调节免疫因子及修复因子,从根本上解决了疾病顽固不愈的难题。第三:药物治疗是帕金森病最主要的治疗手段。左旋多巴制剂仍是最有效的药物。手术治疗是药物治疗的一种有效补充。康复治疗、心理治疗及良好的护理也能在一定程度上改善症状。目前应用的治疗手段主要是改善症状,但尚不能阻止病情的进展。注意事项:帕金森是老年人常见的一种疾病,治疗的方法比较多,患者可以选择用物理治疗,药物治疗,手术治疗,心理治疗,临床治疗等等的方法来治疗帕金森,患者一定注意在发现患病后及时去医院接受治疗。
⑥ 物理学家1901年获得诺贝尔奖的是谁
物理学家1901年获得诺贝尔奖的是伦琴。
1901年,首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学家伦琴(Wilhelm Konard Rontgen,1845-1923),以表彰他在1895年发现了X射线。
1895年,物理学已经有了相当的发展,它的几个主要部门--牛顿力学、热力学和分子运动论、电磁学和光学,都已经建立了完整的理论,在应用上也取得了巨大成果。这时物理学家普遍认为,物理学已经发展到顶了,以后的任务无非是在细节上作些补充和修正而已,没有太多的事好做了。
正是由于X射线的发现唤醒了沉睡的物理学界。它像一声春雷,引发了一系列重大发现,把人们的注意力引向更深入、更广阔的天地,从而揭开了现代物理学革命的序幕。
伦琴在发现X射线时,已经是五十岁的人了。当时他已担任维尔茨堡(Wurzburg)大学校长和该校物理研究所所长,是一位造诣很深,有丰硕研究成果的物理学教授。在这之前,他已经发表了几篇科学论文,其中包括热电、压电、电解质的电磁现象、介电常数、物性学以及晶体方面的研究。
他治学严谨、观察细致,并有熟练的实验技巧,仪器装置多为自制,实验工作很少靠助手。他对待实验结果毫无偏见,作结论时谨慎周密。特别是他的正直、谦逊的态度,专心致志于科学工作的精神,深受同行和学生们的敬佩。
主要影响
受伦琴的影响,1896年亨利·贝克勒在发光材料的试验中偶然发现了一种新射线的穿透性。这样伦琴的发现间接地影响了放射性的发现。因为该发现1903年贝克勒和居里夫人被共同授予诺贝尔奖。
伦琴射线直到今天最重要的应用领域仍然是医学诊断。用于诊断的射线强度已被大大降低,同时诊断结果可以显示更清晰的细节。在现代数字技术的帮助下,伦琴射线诊断已经可以提供人体内部三维图像。除了在医学上,伦琴射线还应用在微观世界的观察和对太空的研究。另外一个伦琴射线的重大应用领域是材料无损探伤。使用伦琴射线可以检测出金属材料和焊接部位的内部缺陷。
⑦ 现代物理学两大基石是什么
“相对论”与“量子力学”是近代物理学的两大支柱.这两大理论的提出圆满解释了20世纪的两多乌云:“麦克尔逊莫雷实验”与“黑体辐射”.
⑧ 螺丝钉和螺帽是谁发明的
是18世纪 莫兹利在伦敦发明全金属制造的精密螺丝车床。
次年,威尔金逊在美国制成一种螺帽和螺栓制造机。
这两种机器都能产生通用的螺帽和螺栓。
螺帽和螺栓可把金属件连接在一起,游纤因此,到了19世纪,制造机器建造房屋的木材,已可用金属代替。
螺丝是利用物体的斜面圆形旋转和摩擦力的物理学和数学原理,循序渐进地紧固器物机件的工具。螺丝是紧固件的通用说法,日常口头语。螺丝为日常生活中不可或缺的工业必需品:如照相机、眼镜、钟表、电子等使用的极小的螺丝;电视、电气制品、乐器、家具等的一般螺丝;至于工程、建筑、桥梁则使用大型螺丝、螺帽;交通器具、飞机、电车、汽车等则神裤仿为大小螺丝并用。螺丝在工业上负有纯尺重要任务,只要地球上存在着工业,则螺丝的功能永远重要。螺丝是千百年来人们生产生活中的共同发明,按照应用领域来看,它是人类的第一大发明。
⑨ 高中物理常识大集合。
刘叔博客
1、伽利略
(1)通过理想实验推翻了亚里士多德“力是维持运动的原因”的观点
(2)推翻了亚里士多德“重的物体比轻物体下落得快”的观点
2、开普勒:提出开普勒行星运动三定律;
3、牛顿
(1)提出了三条运动定律。
(2)发现表万有引力定律;
4、卡文迪许:利用扭秤装置比较准确地测出了引力常量G
5、爱因斯坦
(1)提出的狭义相对论(经典力学不适用于微观粒子和高速运动物体)
(2)提出光子说,成功地解释了光电效应规律,并因此获得诺贝尔物理学奖
(3)提出质能方程,为核能利用提出理论基础。
6、库仑:利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律——库仑定律。
7、焦耳和楞次
先后独立发现电流通过导体时产生热效应的规律,称为焦耳——楞次定律(这个很冷门!以教材为主!)
8、奥斯特
发现南北放置的通电直导线可以使周围的磁针偏转,称为电流的磁效应。
9、安培:研究电流在磁场中受力的规律(安培定则),分子电流假说,磁场能对电流产生作用
10、洛仑兹:提出运动电荷产生了磁场和磁场对运动电荷有作用力(洛仑兹力)的观点。
11、法拉第
(1)发现了由磁场产生电流的条件和规律——电磁感应现象(教材上是这样的,实际不是有一定历史原因,以教材为主!)
(2)提出电荷周围有电场,提出可用电场描述电场,提出电磁场、磁感线、电场线的概念
12、楞次:确定感应电流方向的定律,愣次定律:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
13、亨利:发现自感现象(这个也比较冷门)。
14、麦克斯韦:预言了电磁波的存在,指出光是一种电磁波,为光的电磁理论奠定了基础。
15、赫兹:
(1)用实验证实了电磁波的存在并测定了电磁波的传播速度等于光速。
(2)证实了电磁理的存在。
16、普朗克
提出“能量量子假说”——解释物体热辐射(黑体辐射)规律电磁波的发射和吸收不是连续的,而是一份一份的,即量子理论
17玻尔:提出了原子结构假说,成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱。
18、德布罗意:预言了实物粒子的波动性,提出波粒二象性,物质波。德布罗意波,任何一种运动的物体都有一种波与之对应。
19、汤姆生(逊)
利用阴极射线管发现了电子,说明原子可分,有复杂内部结构,并提出原子的枣糕模型(葡萄干布丁模型)。
20、卢瑟福
⑩ 中国诺贝尔物理学奖所有获得者名单
中国诺贝尔物理学奖所有获得者名单:
一.杨振宁
获奖时间:
1957年获诺贝尔物理学奖
获奖原因:
杨振宁在粒子物理学、统计力学和凝聚态物理等领域作出了里程碑性的贡献。
20世纪50年代和R.L.米尔斯合作提出非阿贝尔规范场理论;1956年和李政道合作提出弱相互作用中宇称不守恒定律;在粒子物理和统计物理方面做了大量开拓性工作,提出杨-巴克斯特方程,开辟了量子可积系统和多体问题研究的新方向等。
(10)物理金逊扩展阅读
诺贝尔奖
诺贝尔奖,是以瑞典著名的化学家、硝化甘油炸药的发明人阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔的部分遗产(3100万瑞典克朗)作为基金在1895年创立的。 。在世界范围内,诺贝尔奖通常被认为是所颁奖的领域内最重要的奖项。
诺贝尔奖最初分设物理、化学、生理学或医学、文学、和平等五个奖项,于1901年首次颁发。1968年,瑞典国家银行在成立300周年之际,捐出大额资金给诺贝尔基金,增设“瑞典国家银行纪念诺贝尔经济科学奖“;该奖于1969年首次颁发,人们习惯上称这个额外的奖项为诺贝尔经济学奖。
诺贝尔奖以“诺贝尔奖基金会”每年的利息或投资收益授予世界上在这六个领域对人类做出最重大贡献的人,截止2017年,共授予了892位个人和24个团体。诺贝尔奖包括金质奖章、证书和奖金。
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