1、經(jīng)典和近代物理學史-兼談諾貝爾物理學獎和一些技術物理實驗中心近代物理實驗室2008.2.21歷史回顧一、經(jīng)典物理學的成就和基本觀念二、現(xiàn)代物理學革命的序幕三、相對論的建立四、量子論的初期發(fā)展與量子力學建立五、原子結構理論的發(fā)展六、原子核物理的建立與發(fā)展七、傳感及測量技術歷史回顧（I）1900 年普朗克量子論1905 年愛因斯坦相對論開辟了現(xiàn)代物理學的新紀元研究范圍在空間尺度上從亞核世界到整個字宙，在時間尺度上從小于10-21 秒到宇宙年齡歷史回顧（II）-百多年前創(chuàng)立的麥克斯韋電磁場理論為無線電、電視、雷達的技術發(fā)明和龐大的工業(yè)電力網(wǎng)絡以及現(xiàn)代通汛系統(tǒng)的建立奠定了理淪基礎拉姆（美國）發(fā)明了微波

2、技術，進而研究氫原子的精細結構；庫什（美國）用射頻束技術精確地測定出電子磁矩，創(chuàng)新了核理論，共同獲得了1955 年諾貝爾物理學獎微波實驗基本知識和實驗4-1 反射式速調管的特性和波導工作狀態(tài)的測量歷史回顧（III）磁光效應指的是具有固有磁矩的物質在外磁場的作用下，電磁特性發(fā)生變化，因而使光波在其內部的傳輸特性也發(fā)生變化的現(xiàn)象。1845 年， Michael Faraday首先發(fā)現(xiàn)了磁光效應，他發(fā)現(xiàn)當外加磁場加在玻璃樣品上時，透射光的偏振面將發(fā)生旋轉歷史回顧（IV）1877 年 John Kerr 在觀察偏振光從拋光過的電磁鐵磁極反射出來時，發(fā)現(xiàn)了磁光克爾效應（ magneto-optic Ke

3、rr effect ）實驗2-3 法拉第效應實驗2-4 磁光克爾效應歷史回顧（V）本世紀 20 年代創(chuàng)立的量子力學理論為描述微觀物體的行為提供了一個全新的框架，改變了我們最基本的測量原理，并為了解原子、分子和凝聚態(tài)物質的結構鋪平了道路。因而導致了諸如半導體、光通訊等新興技術的崛起，并為研制奇異材料和激光器件開辟了道路歷史回顧（VI）1947 年肖克萊、巴丁和布喇頓所發(fā)現(xiàn)的晶體管效應揭開了今天發(fā)生在我們周圍的計算機革命的序幕。沒有人能夠知道這場革命最終將會如何改變我們的生活和人類社會，但是它所顯露出的信息社會的近期前景巳十分誘人肖克利、巴丁、布拉頓因發(fā)明晶體管及對晶體管效應的研究共同獲得了195

4、6 年諾貝爾物理學獎計算機的基本技術，計算機的仿真技術，計算機的數(shù)值計算技術歷史回顧（VII）實驗5-4計算機系統(tǒng)結構原理及組裝調試實驗實驗5-1計算機虛擬仿真物理實驗實驗5-2計算機數(shù)值模擬實驗（混沌系統(tǒng)模型的一個例子）一、經(jīng)典物理學的成就和基本觀念（一）經(jīng)典力學和機械決定論（二）熱力學與能量和熵（三）經(jīng)典電動力學和以太 說（四）經(jīng)典物理學的完成和局限由伽利略（1564-1642）和牛頓 （1642-1727）等人于 17 世紀創(chuàng)立的經(jīng)典物理學，經(jīng)過 18 世紀在各個基礎部門的拓展到19 世紀得到了全面、系統(tǒng)和迅速的發(fā)展達到了它輝煌的頂峰。到19世紀末，已建成了一個包括力、熱、聲、光、電諸學

5、科在內的、宏偉完整的理論體系。特別是它的三大支柱-經(jīng)典力學、經(jīng)典電動力學、經(jīng)典熱力學和統(tǒng)計力學-已臻于成熟和完善，不僅在理論的表述和結構上已十分嚴謹和完美，而且它們所蘊涵的十分明晰和深刻的物理學基本觀念，對人類的科學認識也產生了深遠的影響（一）經(jīng)典力學和機械決定論由牛頓把它概括在一個嚴密的統(tǒng)一理論中，實現(xiàn)了近代物理學發(fā)展史上第一次理論大綜合。在 l687 年出版的自然哲學的數(shù)學原理中，牛頓提出了動力學的三個基本原理和萬有引力定律。 利用變分法的數(shù)學方法和最小作用量原理的物理學基礎建立起了和牛頓動力學方程等價的歐拉-拉格朗日方程，并最終于1834 年由英國的哈密頓（1805-1865）提出了哈密

6、頓原理和正則方程，建立了分析力學理論，實現(xiàn)了牛頓后力學理論的一個最大的飛躍（二）熱力學與能量和熵能量守恒原理的建立，使物理學思想和理論結構獲得了輝煌的進展是19 世紀自然科學上的一個偉大勝利也是近代物理學發(fā)展中的第二次理論大綜合熵原理的發(fā)現(xiàn)，實際上把演化的思想帶進了物理學，指出了自然過程的不可逆性和歷史性在經(jīng)典力學和電磁場理論中，基本物理定律中的時間都是對稱的、可逆的，它們的基本方程對時間反演都是具有對稱性的，運動對于過去和未來沒有本質的區(qū)別，時間在那里僅僅是從外部描述運動的一個參量，它的變化對運動的性質并無影響。因而時間箭頭在那里沒有實質性的意義統(tǒng)計力學這個名稱是1884 年由美國物理學家吉

7、布斯（1839 一1903）首先提出的。吉布斯在麥克斯韋和玻耳茲曼思想的基礎上，明確形成了系綜 概念，創(chuàng)立了系綜統(tǒng)計方法。從而將熱學的唯象的和分子運動論的兩個基本的研究方向統(tǒng)一到一個有機整體之中，完成了統(tǒng)計力學這個經(jīng)典物理學的又一次理論大綜合（三）經(jīng)典電動力學和以太 說1862 年，麥克斯韋引入了一個電磁以太的準力學模型和位移電流假設， 1864 年提出了電動力學方程組，預言了電磁波的存在，井揭示了光的電磁波動本性。麥克斯韋的方案使媒遞接觸觀念得以完全實現(xiàn)，并使電磁學理論的全部物理基礎得以奠定，成為近代物理學發(fā)展中的第三次理論大綜合(四)經(jīng)典物理學的完成和局限大約到了1895 年前后，以經(jīng)典力

8、學、經(jīng)典熱力學和統(tǒng)計力學、經(jīng)典電動力學為三大支柱的經(jīng)典物理學，結合成一座具有雄偉的建筑體系和動人心弦的美麗的殿堂， 達到了它的顛峰時期在力學方面，與機械觀相聯(lián)系的絕對時間、絕對空間的概念以及關于質量的定義，都已受到普遍的批評，牛頓對于引力的本質問題也采取了回避的態(tài)度。而牛頓力學的理論框架實際上必然要把引力看作是一種瞬時傳遞的超距作用，這與19 世紀發(fā)展起來的場物理學是根本對立的在熱學方面，熵增加原理揭示的與熱現(xiàn)象有關的自然過程的不可逆性，反映出熱力學原理與經(jīng)典力學和經(jīng)典電動力學原理之間深刻的內在矛盾，而統(tǒng)計力學中引入的概率統(tǒng)計思想以及熱力學規(guī)律的統(tǒng)計性質，已使經(jīng)典力學的嚴格確定性出現(xiàn)了缺口在光

9、學和電磁學方面，作為光波與電磁波的傳播媒介的以太， 其令人難以理解的特殊性質以及關于它的存在的檢測，都使科學家們費盡心血而一籌莫展。根據(jù)電磁學理論，可用空間坐標的連續(xù)函數(shù)描寫的場，是具有能量的不能再簡化的物理實在，這又與經(jīng)典力學把運動的質點看作能量的唯一裁體的觀點嚴重背離二、現(xiàn)代物理學革命的序幕(一)19 世紀末的三大發(fā)現(xiàn) X 射線的發(fā)現(xiàn)2放射性的發(fā)現(xiàn)3電子的發(fā)現(xiàn)(二)經(jīng)典物理學的兩朵烏云第一朵烏云以太學說2第二朵烏云紫外災難(一)19 世紀末的三大發(fā)現(xiàn)倫琴(Willhelm Konrad Rotgen, 1845-1923)1901 年，首屆諾貝爾物理學獎授予德國物理學家倫琴以表彰他在189

10、5 年發(fā)現(xiàn)的X射線。 X 射線的發(fā)現(xiàn)1895 年 11 月倫琴發(fā)現(xiàn)X射線， 一種具有強穿透力的新的射線，它是由陰極射線打到玻璃管壁上所產生的；它可以穿透厚達一千頁的書、幾厘米厚的木板、15 毫米厚的鋁片，并可用照相的方法透過人體顯示骨骼的輪廓和金屬物體內部的缺陷倫琴由于這一發(fā)現(xiàn)，理所當然地獲得了1901 年首屆諾貝爾物理學獎勞厄 (Max von Laue ,1879-1960)1914 年諾貝爾物理學獎授予德國法蘭克福大學的勞厄以表彰他發(fā)現(xiàn)了晶體的X 射線衍射。亨利布拉格 勞倫斯布拉格(William Henry Bragg ,1862-1942)( William Lawrence Bra

11、gg, 1890-1971 )1915 年諾貝爾物理學獎授予英國倫敦大學的亨利.布拉格和他的兒子英國曼徹斯特維克托利亞大學的勞倫斯.布拉格以表彰他們用X射線對晶體結構的分析所作的貢獻。1912 年，德國物理學家勞厄才從晶體衍射的新發(fā)現(xiàn)判定X 射線是頻率極高的電磁波。不久以后，莫塞萊證實它是由原子中內層電子躍遷所發(fā)出的輻射勞厄（德國）發(fā)現(xiàn)晶體中的X射線衍射現(xiàn)象獲得了1914 年諾貝爾物理學獎W H布拉格、 W L布拉格（英國）因用X射線對晶體結構的研究共同獲得了1915 年諾貝爾物理學獎實驗 4-2 微波布拉格衍射貝克勒爾（ Antoine Henri Becquerel ,1852 -1908

12、 ）1903 年諾貝爾物理學獎一半授予法國物理學家亨利貝克勒爾以表彰他發(fā)現(xiàn)了自發(fā)放射性；另一半授予法國物理學家皮埃爾居里（ Pierre Curie ,1859 -1906）和瑪麗斯可羅夫斯卡 居里 （ Marie Sklodowska ,1867 - 1934） ,以表彰他們對貝克勒爾發(fā)現(xiàn)的輻射現(xiàn)象所作的卓越貢獻。居里夫婦放射性的發(fā)現(xiàn)貝可勒爾發(fā)現(xiàn)底片上有鈾鹽包的清晰的廓影。貝可勒爾推想，感光必定是由于鈾鹽自身發(fā)出的某種神秘射線所致，實驗證明，輻射只與鈾元素的存在有關，而且純金屬鈾的輻射比鈾化合物強許多倍，鈾輻射不但能使底片感光，還能使氣體電離變成導體波蘭出生的物理學家瑪麗居里當時選擇了放射性

13、物質作為她博士論文的題目她首先證實了鈾的輻射強度同鈾的數(shù)量成正比，而同其化學形式無關，隨后， 她和德國的施米特同時發(fā)現(xiàn)了釷也具有這種性質，她建議把物質的這種性質稱為放射性 ， 以區(qū)別于一般的射線。以后釙和鐳的發(fā)現(xiàn)，動搖了長期以來科學家們所信守的基本理論。居里夫婦和貝可勒爾共同獲得了1903 年諾貝爾物理學獎元素衰變理論是一個革命性的理論，它打破了自古以來一直認為的原子永遠不能破壞和毀滅的傳統(tǒng)觀念，證明一種元素的原子可以變成另一種元素的原子。這個理論雖然受到了門捷列夫和開爾文等科學泰斗的激烈反對，但終因實驗事實的不斷證實而得到科學界的承認實驗 5-3 蓋革-彌勒計數(shù)器特性和放射性核衰變統(tǒng)計規(guī)律的

14、模擬實驗（碳14）J.J湯姆孫爵士.（ Sir Joseph Thomon,1856-1940）1906年諾貝爾物理學獎授予英國劍橋大學的J.J湯姆孫爵士以表彰他對氣體導電的理論.和實驗所作的貢獻。3電子的發(fā)現(xiàn)英國物理學家J.J.湯姆遜支持帶電微粒說。于 1897 年對陰極射線進行了周密的實驗考察。用磁場使陰極射線發(fā)生偏轉而進入法拉第筒，證明負電荷確實來自陰極射線。他通過陰極射線在電場和磁場中分別發(fā)生偏轉時偏轉量的測定，計算出了陰極射線的荷質比和速度，發(fā)現(xiàn)其荷質比的數(shù)值大約是氫離子的千分之一，而其速度大約在109 厘米/秒的數(shù)量級約瑟夫湯姆生（J.J.湯姆遜）（英國）對氣體放電理論和實驗研究作

15、出重要貢獻并發(fā)現(xiàn)電子而獲得了1906 年諾貝爾物理學獎（二）經(jīng)典物理學的兩朵烏云1900 年 4 月 27 日，開爾文在英國皇家學會以19 世紀熱和光的動力理論上空的烏云為題所作的長篇演講中，雖然認為物理學是萬里晴空，但又說：動力學理論斷言熱和光都是運動的方式，可是現(xiàn)在，這種理論的優(yōu)美性和明晰性被兩朵烏云遮蔽得黯然失色了。第一朵烏云是隨著光的波動理論而開始出現(xiàn)的。菲涅耳和托馬斯楊研究過這個理論，它包括這樣一個問題：地球如何通過本質上是光以太這樣的彈性固體而運動呢？第二朵烏云是麥克斯韋玻耳茲曼關于能量均分的學說。 這兩朵烏云涉及到兩方面的實驗發(fā)現(xiàn)與力學、電磁學、氣體分子運動論理論的困難1 第一朵

16、烏云以太學說相對性原理是經(jīng)典力學的一個最基本的原理，這個原理認為，絕對靜止和絕對勻速運動都是不存在的，一切可測量的、因而也是有物理意義的運動，都是相對于某一參照物的相對運動。牛頓本人也充分意識到了確定絕對運動的困難，最后只能以臆測性的絕對空間的存在作為避難所麥克斯韋的電磁場理論獲得成功之后，電磁波的載體以太，就成了物化的絕對空間，靜止于宇宙中的以太就構成了一切物體的絕對運動的背景框架。既然以太也是一種物質存在，或者說它表征著物化了的絕對空間，當然就可以通過精密的實驗測出物體相對于以太背景的絕對運動美國物理學家邁克爾遜（1852 1931）在 1881 年，他和莫雷（1838 1923）在 18

17、87 年利用干涉儀所進行的精密光學實驗，都未能觀察到所預期的以太相對于地球的運動 TOC o 1-5 h z 第二朵烏云紫外災難第二朵烏云涉及的是經(jīng)典物理學另一分支，熱力學和分子運動論中的一個重要問題。開爾文明確提到的是 麥克斯韋玻耳茲曼關于能量均分的學說 。實際上是指19 世紀末關于黑體輻射研究中所遇到的嚴重困難為了解釋黑體輻射實驗的結果，物理學家瑞利和金斯認為能量是一種連續(xù)變化的物理量，建立起在波長比較長、溫度比較高的時候和實驗事實比較符合的黑體輻射公式。但是， 這個公式推出，在短波區(qū)（紫外光區(qū)）隨著波長的變短，輻射強度可以無止境地增加，這和實驗數(shù)據(jù)相差十萬八千里，是根本不可能的。所以這個

18、失敗被埃倫菲斯特稱為紫外災難20 世紀初的這兩朵烏云最終導致了物理學的一場大變革。第一朵烏云以太 學說導致了相對論的誕生。第二朵烏云紫外災難導致了量子力學的產生。因此也可以說，對這兩朵烏云 的研究就標志著現(xiàn)代物理時代的到來三、相對論的建立（一）狹義相對論的建立以太漂移實驗與收縮假說2洛侖茲變換3彭加勒的相對性原理4狹義相對論基本原理的提出5閔科夫斯基的4 維世界（二）廣義相對論的建立（一）狹義相對論的建立1 以太漂移實驗與收縮假說自從 19 世紀初，光的波動說復活以來，關于傳光的媒質，始終是一個爭論的話題。人們認為光的波動必須有一個載體，它就是 以太。 關于以太的存在形式在當時有兩種不同的觀點

19、，以菲涅耳為代表的一派認為以太是靜止，以斯托克斯為代表的一派認為以太是可以被部分曳引的如果靜止以太說是正確的，在地球高速運動時，應存在著以太風。多年來，人們做了一系列光學的與電學的以太漂移實驗，企圖測量地球在靜止以太中的相對運動，它們均給出了否定的結果。其中最著名的實驗是由邁克爾遜和莫雷完成的邁克耳孫（ Albert Abrham Michelson ,1852 -1931 ）1907 年諾貝爾物理學獎授予芝加哥大學的邁克耳孫以表彰他對光學精密儀器及用之于光譜學與計量學研究所作的貢獻。邁克爾遜在光速測量方面一直享有國際上的盛譽邁克爾遜由于光學精密儀器以及光譜學與計量學的研究成果而獲得了1907

20、 年諾貝爾物理學獎實驗 2-2 光拍法測量光的速度 2洛侖茲變換1895 年，洛侖茲發(fā)表了題為運動物體中電磁現(xiàn)象和光現(xiàn)象的理論研究的論文。這篇論文討論了在相對運動與相對靜止參照系間，同一物理現(xiàn)象間的坐標變換問題，在一級近似下，提出了洛侖茲變換關系。這一工作對以后的狹義相對論理論體系有著重要的意義1905 年 5 月，洛侖茲完成了速度小于光速系統(tǒng)中的電磁現(xiàn)象的論文。在這篇論文中，他發(fā)表了著名的時空相對論變換公式，這就是后來所稱的洛侖茲變換式，并且進一步證明了，在洛侖茲變換下，電磁方程具有不變形式。在這篇論文中，他還給出了兩點極為重要的給論，一個是粒子質量隨速度變化的公式，一個是粒子在以太中運動的

21、速度不可能大于光速3彭加勒的相對性原理在物理學的這場變革中，彭加勒在物理學的幾個領域中都做出了重要的貢獻。其中著名的有彭加勒相對性原理的建立。1895 年，彭加勒首次提出了相對性原理的想法。他認為，各種實驗事實的結論都可以表明，要證明物質的絕對運動，或者更確切地說，要證明可稱量物質相對以太的運動是不可能的。4狹義相對論基本原理的提出在狹義相對論中，愛因斯坦成功地把時間與空間、物質與運動、質量與能量、多普勒效應與光行差效應、電場與磁場分別統(tǒng)一起來了，直至把經(jīng)典力學與經(jīng)典電動力學統(tǒng)一起來，使物理學在拋棄舊力學理論的框架后，得以在新的理論體系中繼續(xù)發(fā)展5閔科夫斯基的4 維世界閔科夫斯基以優(yōu)美的數(shù)學形

22、式，揭示了3 維空間與1 維時間的內在聯(lián)系。在他所提供的4維空間中，不僅全部力學與電動力學的概念及重要規(guī)律得以進一步地簡化與統(tǒng)一，它們被自然與和諧地納入到相對論的理論之中（二）廣義相對論的建立按狹義相對性原理，由于在洛侖茲變換下，許多物理定律都具有協(xié)變形式，相對各物理定律而言。 各個慣性系都應彼此等效。狹義相對論在說明慣性運動的相對性上取得了極大的成功，它卻存在明顯的缺陷。首先是慣性系是什么？如何確定物體在做慣性運動。最終又回到了不動的絕對空間四、量子論的初期發(fā)展與量子力學建立（一）量子論的初期發(fā)展1黑體輻射的研究2普朗克的量子假說3光量子假說（二）量子力學理論的建立1德布羅意波2薛定諤的波動

23、力學3海森伯的矩陣力學4量子力學的萬本哈根學派的詮釋1 黑體輻射的研究1879 年德國物理學家斯特藩從實驗結果中得出了黑體單位表面積單位時間的熱輻射總能量與絕對溫度的四次方成正比的定律，這個結果在1884 年被玻耳茲曼從光的電磁理論和熱力學理論做出了論證。這就是斯特藩-玻耳茲曼定律維恩(WilhelmWien ,1864-1928)1911 年諾貝爾物理學獎授予德國烏爾茲堡大學的維恩以表彰他發(fā)現(xiàn)了熱輻射定律。1893 年維恩也由電磁學和熱力學理論得出了輻射能量最強的波長與黑體的溫度成反比的位移定律，但這兩個定律都不能具體反映輻射能量隨頻率和溫度的分布情況，只能在一定的范圍和條件下與實驗曲線相吻

24、合。維恩因為在黑體輻射方面的研究成果獲得了1911 年諾貝爾物理學獎普郎克( Max Karl Ernst Ludwig Plank ,1858-1947 )1918 年諾貝爾物理學獎授予德國柏林大學的普郎克以承認他發(fā)現(xiàn)能量級對物理學的進展所作的貢獻。2普朗克的量子假說1900 年，對熱力學有長期研究的德國物理學家普朗克綜合了維恩公式和瑞利-金斯公式，利用內插法，引入了一個自己的常數(shù)，結果得到一個公式，而這個公式與實驗結果精確相符，它就是普朗克公式，即普朗克輻射定律普朗克的能量子假說：輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在

25、這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不像經(jīng)典物理學所允許的可具有任意值。相應的能量是某一最小能量(稱為能量子)的整數(shù)倍能量子的概念是非常新奇的，它沖破了傳統(tǒng)的概念，揭示了微觀世界中一個重要規(guī)律，開創(chuàng)了物理學的一個全新領域。由于普朗克發(fā)現(xiàn)了能量子，對建立量子理論做出了卓越貢獻，獲得了 1918 年諾貝爾物理學獎普朗克關于能量只能以能量子 為最小單元作不連續(xù)變化的假設，沖擊了經(jīng)典物理學長期信奉的 自然界無跳躍的信條，徹底變革了經(jīng)典物理學中一切因果關系都是以物理量的連續(xù)變化為基礎的物理學思想方法愛因斯坦(Allbert Einstein ,1879-1955)1921 年諾貝爾物理學獎授予德國柏林馬克斯普朗克

26、物理研究所的愛因斯坦以表彰他在理論物理學上的發(fā)現(xiàn),特別是發(fā)現(xiàn)了光電效應的定律.3光量子假說1905 年 6 月，愛因斯坦在德國物理學紀事上發(fā)表的關于光的產生和轉化的一個啟發(fā)性觀點 ，為研究輻射問題帶來了一個嶄新的觀點。他認為，在普朗克的理論中，只考慮了腔壁上振子能量的量子化，但對空腔內電磁輻射的處理，還是用的麥克斯韋電磁波動理論，這種觀點是不徹底的。在愛因斯坦看來，電磁場能量本身也是量子化的，輻射場不是連續(xù)的，而是由分立的能量子組成的。他把這種能量子稱為 光量子 。 后來美國物理學家路易斯把它改稱為光子愛因斯坦研究了用光的能量連續(xù)分布的理論難以解釋的光電效應現(xiàn)象1921 年諾貝爾物理由于愛因斯

27、坦在數(shù)學物理學的成就，特別是光電效應定律的發(fā)現(xiàn)獲得了學獎（二）量子力學理論的建立路易斯.德布羅意（Prince Louis-victor de Broglie ,1892-1987）1929 年諾貝爾物理學獎授予法國巴黎索本大學的路易斯.德布羅意以表彰他發(fā)現(xiàn)了電子的波動性.德布羅意波1923 年 9 月至 10 月間，德布羅意在連續(xù)發(fā)表了三篇論文輻射波和量子 、 光學光量子、衍射和干涉、 物理學量子、氣體運動理論以及費馬原理。在這幾篇短文中，提出了 德布羅意波的思想。1824 年，德布羅在量子理論研究的博士論文中，系統(tǒng)地闡述了他在前幾篇文章中提出的相波理論他因為發(fā)現(xiàn)了電子的波動性而獲得了192

28、9 年諾貝爾物理學獎，他也是唯一一個因博士論文而獲得諾貝爾物理學獎的人（以前的觀點） 五、原子結構理論的發(fā)展原子有核模型的建立2玻爾原子結構的量子理論3玻爾理論的推廣尼爾斯玻爾（ Niels Bohr,1885-1962）1922 年諾貝爾物理學獎授予丹麥哥本哈根的尼爾斯玻爾以表彰他在研究原子結構,特別是研究從原子發(fā)出的輻射所作的貢獻。原子有核模型的建立1909 年，盧瑟福的助手蓋革，學生馬斯登從粒子被很薄的金箔散射的實驗中，觀察到了一種出人意料的現(xiàn)象：大約有八千分之一的粒子的偏轉角度超過90 度， 有的甚至被反彈回來。粒子散射實驗的意外結果，為建立正確的原子有核棋型據(jù)供了科學依據(jù)2玻爾原子結

29、構的量子理論1913 年玻爾提出的原子結構理論，是量子論發(fā)展史上的一個重要階段。在此之前，量子論主要被用于與輻射有關的問題，玻爾的理論卻表明在描述原子的結構和運動規(guī)律中，作用量子也具有本質的意義。他希望把量子概念與盧瑟福原子模型結合起來，以解決原子結構的穩(wěn)定性問題玻爾理論提出了一個動態(tài)的原于結構輪廓，揭示了光譜線與原子結構的內在聯(lián)系，從而推動了物質結構理論的發(fā)展。玻爾由于這一杰出的工作，獲得了1922 年諾貝爾物理學獎實驗5-1計算機虛擬仿真物理實驗（前面已提到）實驗5-1附1氫氘原子光譜實驗5-1附2阿貝比長儀和氫氘原子光譜的測量操作指南弗蘭克G.赫茲（James Franck ,1882-

30、1964） （Gustav Hertz ,1887-1975）1925 年諾貝爾物理學獎授予德國格丁根大學的弗蘭克和哈雷大學的G.赫茲以表彰他們發(fā)現(xiàn)原子受電子碰撞的定律.弗蘭克和赫茲（德國）發(fā)現(xiàn)原子和電子的碰撞規(guī)律共同獲得了1925 年諾貝爾物理學獎實驗 1-2 夫蘭克-赫茲實驗洛倫茲塞曼（ Hendrik Lorentz， 1853 -1928） （ Pieter Zeeman， 1865-1943）1902 年諾貝爾物理學獎授予荷蘭萊頓大學的洛倫茲和荷蘭阿姆斯特丹大學塞曼,以表彰他們在研究磁性對輻射現(xiàn)象的影響所作的特殊貢獻。3玻爾理論的推廣索末菲在1916 年把一般量子化條件推廣到四個自由

31、度，即主量子數(shù)，軌道量子數(shù)，磁量子數(shù)和電子自旋量子數(shù)，很好的解釋了塞曼效應和堿金屬光譜的主線系，漫線系，銳線系等現(xiàn)象洛倫茲（荷蘭）和塞曼（荷蘭）關于磁場對輻射現(xiàn)象影響的研究共同獲得了1902 年諾貝爾物理學獎實驗1-1 鈉原子光譜實驗1-3 塞曼效應 六、原子核物理的建立與發(fā)展（一）原子核結構的早期探索質子電子核模型2中子的發(fā)現(xiàn)3核磁矩的發(fā)現(xiàn)（二）粒子加速器的創(chuàng)建與發(fā)展（三）核裂變研究（四）原子能的應用（一）原子核結構的早期探索1 質子電子核模型十九世紀20 年代末到30 年代初，人們認識到的基本粒子僅限于質子、電子和光子。并普遍認為，一切物質都是由電子和質子構成的 查德威克(Sir Jame

32、s Chadwick ,1891-1974)1935 年諾貝爾物理學獎授予英國利物浦的查德威克以表彰他發(fā)現(xiàn)了中子。2中子的發(fā)現(xiàn)1932 年，查德威克用一種射線（中子束）轟擊氫原子核時，發(fā)現(xiàn)它被反彈了回來，說明這種射線是具有一定質量的中性粒子流。通過對反沖核的動量測定的結果，再利用動量守恒定律進行估算，確定出這種射線中性粒子的質量幾乎與質子的相同，查德威克把這種粒子定名為中子。于1932 年在自然雜志上發(fā)表了中子可能存在的論文查德威克發(fā)現(xiàn)中子，不僅改變了當時人們對物質結構的認識，同時還為研究和變革原子核提供了一種有力的手段，這促進了核裂變工作的發(fā)展以及原子能的利用。由于這一重要發(fā)現(xiàn)，查德威克獲得

33、了1935 年諾貝爾物理學獎3核磁矩的發(fā)現(xiàn)在第七屆索爾維會議上，漢堡大學的斯特恩、依斯特曼、弗里施介紹了他們用氫分子束的斯特恩革拉赫實驗成功測定了氫核的磁矩布洛赫珀塞爾(Felix Bloch ,1905-1983) (Edward Purcell ,1912-1997)1952 年諾貝爾物理學獎授予美國加利福尼亞斯坦福大學的布洛赫和美國馬薩諸塞州坎伯利基哈佛大學的珀塞爾以表彰他們發(fā)現(xiàn)了核磁精密測量的新方法及由此所作的發(fā)現(xiàn)。由布洛赫和珀塞爾所創(chuàng)立的核磁共振技術發(fā)展非常迅速。先后有80 多種樣品核的磁矩都由這種方法測出。核磁共振方法在核物理研究、有機化合物的鑒定、未知化合物結構的測定、動物和人體組織的檢測等方而都有重要應用。核磁共振已成為波譜學的一個重要分支。由于布洛赫與泊塞爾所發(fā)現(xiàn)的核磁共振法，他們共同