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经典和近代物理学史 ——兼谈诺贝尔物理学奖和一些技术;历史回顾
一、经典物理学的成就和基本观念
二、现代物理学革命的序幕
三、相对论的建立
四、量子论的初期发展与量子力学建立
五、原子结构理论的发展
六、原子核物理的建立与发展
七、传感及测量技术;历史回顾(I);历史回顾(II);历史回顾(III);历史回顾(IV);历史回顾(V);历史回顾(VI);历史回顾(VII);一、经典物理学的成就和基本观念;由伽利略(1564—1642)和牛顿(1642—1727)等人于17世纪创立的经典物理学,经过18世纪在各个基础部门的拓展到19世纪得到了全面、系统和迅速的发展达到了它辉煌的顶峰。到19世纪末,已建成了一个包括力、热、声、光、电诸学科在内的、宏伟完整的理论体系。特别是它的三大支柱——经典力学、经典电动力学、经典热力学和统计力学——已臻于成熟和完善,不仅在理论的表述和结构上已十分严谨和完美,而且它们所蕴涵的十分明晰和深刻的物理学基本观念,对人类的科学认识也产生了深远的影响;(一)经典力学和机械决定论; (二)热力学与能量和熵;在经典力学和电磁场理论中,基本物理定律中的时间都是对称的、可逆的,它们的基本方程对时间反演都是具有对称性的,运动对于过去和未来没有本质的区别,时间在那里仅仅是从外部描述运动的一个参量,它的变化对运动的性质并无影响。因而时间箭头在那里没有实质性的意义;“统计力学”这个名称是1884年由美国物理学家吉布斯(1839一1903)首先提出的。吉布斯在麦克斯韦和玻耳兹曼思想的基础上,明确形成了“系综”概念,创立了系综统计方法。从而将热学的唯象的和分子运动论的两个基本的研究方向统一到一个有机整体之中,完成了统计力学这个经典物理学的又一次理论大综合;(三)经典电动力学和“以太”说; (四)经典物理学的完成和局限;在力学方面,与机械观相联系的绝对时间、绝对空间的概念以及关于质量的定义,都已受到普遍的批评,牛顿对于引力的本质问题也采取了回避的态度。而牛顿力学的理论框架实际上必然要把引力看作是一种瞬时传递的超距作用,这与19世纪发展起来的场物理学是根本对立的;在热学方面,熵增加原理揭示的与热现象有关的自然过程的不可逆性,反映出热力学原理与经典力学和经典电动力学原理之间深刻的内在矛盾,而统计力学中引入的概率统计思想以及热力学规律的统计性质,已使经典力学的严格确定性出现了缺口
;在光学和电磁学方面,作为光波与电磁波的传播媒介的“以太”,其令人难以理解的特殊性质以及关于它的存在的检测,都使科学家们费尽心血而一筹莫展。根据电磁学理论,可用空间坐标的连续函数描写的场,是具有能量的不能再简化的物理实在,这又与经典力学把运动的质点看作能量的唯一裁体的观点严重背离;二、现代物理学革命的序幕;(一)19世纪末的三大发现;伦琴(Willhelm Konrad Rotgen, 1845---1923)
1901年,首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学家伦琴以表彰他在1895年发现的X射线。 ;1.X射线的发现;劳厄 (Max von Laue ,1879-1960)
1914年诺贝尔物理学奖授予德国法兰克福大学的劳厄以表彰他发现了晶体的X射线衍射。;亨利·布拉格 劳伦斯·布拉格
(William Henry Bragg ,1862-1942) (William Lawrence Bragg, 1890-1971)
1915年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦大学的亨利.布拉格和他的儿子英国曼彻斯特维克托利亚大学的劳伦斯.布拉格以表彰他们用X射线对晶体结构的分析所作的贡献。 ;1912年,德国物理学家劳厄才从晶体衍射的新发现判定X射线是频率极高的电磁波。不久以后,莫塞莱证实它是由原子中内层电子跃迁所发出的辐射
劳厄(德国)发现晶体中的X射线衍射现象获得了1914年诺贝尔物理学奖
W·H·布拉格、W·L·布拉格(英国)因用X射线对晶体结构的研究共同获得了1915年诺贝尔物理学奖
实验4-2 微波布拉格衍射; 贝克勒尔
(Antoine Henri Becquerel ,1852 -1908)
1903年诺贝尔物理学奖一半授予法国物理学家亨利·贝克勒尔以表彰他发现了自发放射性;另一半授予法国物理学家皮埃尔·居里(Pierre Curie ,1859 -1906)和玛丽·斯可罗夫斯卡·居里(Marie Sklodowska ,1867 - 1934),以表彰他们对贝克勒尔发现的辐射现象所作的卓越贡献。 ;2.放射性的发现;她首先证实了铀的辐射强度同铀的数量成正比,而同其化学形式无关,随后,她和德国的施米特同时发现了钍也具有这种性质,她建议把物质的这种性质称为“放
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