第四講科學技術史通識課

1、科學技術與文明通識選修課2009.4.18,主講：萬輔彬教授,廣西民族大學科學技術與社會發(fā)展研究中心,第四講20世紀物理學的革命,一、兩朵烏云與三大發(fā)現(xiàn),在19世紀末，經(jīng)典物理學發(fā)展得相當完善，當?shù)聡哪贻p物理學家普朗克向他的老師開爾文求教，是選擇音樂還是物理學作為自己終身的職業(yè)時，得到的答復是：“物理學基本是一門已經(jīng)完成了的科學，因此，物理學已經(jīng)無所作為，往后無非在已知規(guī)律的小數(shù)點后面加上幾個數(shù)字而已 。” 　　　當時

2、許多物理學家認為：物理學的大廈已經(jīng)落成，人類對自然界的認識已經(jīng)到了盡頭。,普朗克,開爾文,（一）物理學天空的兩朵烏云,1、紫外災難（黑體輻射實驗） 物理學家瑞利和金斯按照經(jīng)典物理理論，認為能量是一種連續(xù)變化的物理量，并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，輻射強度趨于無窮大，這顯然是不可能的。這被稱為“紫外災難”。因此經(jīng)典物理學理

3、論受到嚴重挑戰(zhàn)。 后來人們發(fā)現(xiàn)黑體輻射的能量確實不是連續(xù)的，于是有了量子論。,B(λ，T)=2hc/λ5 ·1/exp(hc/λRT)-1,B(λ，T)—黑體的光譜輻射亮度λ—輻射波長(μm) T—黑體絕對溫度(K、T=t+273k) C—光速(2.998×108 m·s-1 ) h—普朗克常數(shù)， 6.626×10-34 J·S K—波爾茲曼常數(shù)(

4、Bolfzmann)， 1.380×10-23 J·K-1 基本物理常數(shù),,,2、邁克爾遜-莫雷實驗,,經(jīng)典的光波動理論假定真空中充滿以太,光相對于以太的傳播速度為C， 地球上測到的真空光速應該是光對以太的速度與地球相對于以太速度的矢量差，為了能夠顯示出光相對于地球的傳播速度不同于C，邁克耳遜設計了一個十分巧妙的實驗，理論上可以觀測到干涉條紋的移動。 然而結(jié)果并沒有觀察到條紋的移動。 也就是說并不存在所謂的“

5、以太”。 這是對經(jīng)典物理學的又一個挑戰(zhàn)。,在兩朵烏云出現(xiàn)的前后，物理學有了三大發(fā)現(xiàn) 1. X光 (陰極射線) 1895 倫琴發(fā)現(xiàn),（二）三大發(fā)現(xiàn),威爾姆·康拉德·倫琴， 德國物理學家。1865年進入瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學機械工程系學習，1868年畢業(yè)。1869年獲博士學位。1871年到德國斯特拉斯堡大學任教，1894年任維爾茨堡大學校長，1900年任慕尼黑大學物理學教授，同時任

6、物理研究所主任。1923年2月逝世。,倫琴一生在物理學許多領域中進行過實驗研究工作,如電介質(zhì)在充電的電容器中運動時的磁效應、熱釋電和壓電現(xiàn)象、氣體的比熱容、晶體的導熱性、光的偏振面在氣體中的旋轉(zhuǎn)、光與電的關系、物質(zhì)的彈性、毛細現(xiàn)象等研究都有貢獻。由于他發(fā)現(xiàn)X射線而贏得了巨大的榮譽，以致上述貢獻大多不為人所注意。,1895年11月8日，倫琴在進行陰極射線的實驗時第一次注意到放在射線管附近的氰亞鉑酸鋇小屏上發(fā)出微光。經(jīng)過幾天廢寢忘

7、食的研究，（夫人懷疑他夜宿不歸是否有外遇的故事）他確定了熒光屏的發(fā)光是由于射線管中發(fā)出的某種射線所致。因為當時對于這種射線的本質(zhì)和屬性還了解得很少，所以他稱它為X射線。,為了給夫人作出解釋，倫琴就用這種射線拍攝了他夫人的手的照片，顯示出帶有婚戒的手骨的照片。,因而在社會上立即引起很大的轟動，為倫琴帶來了十分巨大的榮譽。 1901年諾貝爾獎第一次頒獎，倫琴就由于這一發(fā)現(xiàn)而獲得了第一個諾貝爾獎物理學獎。,1896年1月23日，倫琴在自己的

8、研究所中作了第一次報告；報告結(jié)束時，用X射線拍攝了維爾茨堡大學著名解剖學教授克利克爾一只手的照片；克利克爾帶頭向倫琴歡呼三次，并建議將這種射線命名為 倫琴射線。,2. 電子的發(fā)現(xiàn)(x射線的荷質(zhì)比) J.J.湯姆遜(約瑟夫·約翰·湯姆遜) 于1898年發(fā)現(xiàn)。 1856年生于英國。 1891年開始了原子核結(jié)構(gòu)的理論研究．他從實驗上發(fā)現(xiàn)了電子的存在，提出了原子模型，把原子看成是

9、一個帶正電的球，電子在球內(nèi)運動． 1906年他因在氣體導電研究方面的成就獲得了諾貝爾物理學獎．,J.J.湯姆遜于1886年開始了劃時代的探索--對氣體放電以及陰極射線進行分析。 大膽推測：陰極射線中的電荷載體是一種普通的物質(zhì)成分，它比元素原子的質(zhì)量還要小。同年， J.J.湯姆遜創(chuàng)造性地設計了一個杰出的實驗。實驗測出了陰極射線的電荷與質(zhì)量的比值（后來被稱為電子的“荷值比” e/me）。一舉結(jié)束了長達20多年的對陰極射線本

10、質(zhì)的爭論，并合理地作出假說：存在著比元素原子還要小的一種物質(zhì)狀態(tài)——電子。,3. 放射性的發(fā)現(xiàn) 1896 貝克勒爾：鈾(深究x光)一次科學家介紹X射線的報告會，引起了貝克勒爾的極大興趣，并猜測可能還有其他物質(zhì)也會發(fā)出同χ射線類似的射線。 一次偶然的機會，證實了他的猜測，藏在抽屜里的底片因沒有光線照射，一直都沒有問題。有一次，在底片上放置了兩塊含有鈾鹽的礦物，結(jié)果5天后在沒有陽光的情況下，底片,上

11、竟然出現(xiàn)明顯的感光現(xiàn)象。這說明鈾本身在發(fā)光！第二天他在科學院的學術報告上公布了這一新發(fā)現(xiàn)。他又用驗電器對這種射線進行了定量研究，首次發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的放射性。 發(fā)現(xiàn)放射性的初期，人們不知它的危害，貝克勒爾由于在毫無防護下長期接觸放射物質(zhì)，健康受到嚴重損害，50多歲逝世了。科學界為了表彰他的杰出貢獻，將放射性物質(zhì)的射線定名為“貝克勒爾射線?！?1898 居里夫人：發(fā)現(xiàn)鐳和釙兩種天然放射性元素,瑪麗·居里（Marie Cur

12、ie），（1867.11.7—1934.7.4），出生于波蘭，世界著名科學家，研究放射性現(xiàn)象，一生兩度獲諾貝爾獎（第一次物理獎，第二次化學獎）。因為居里夫人是成功女性的先驅(qū)，她的典范激勵了很多人。蘇珊.昆（Susan Quinn）花了七年時間，出版了一本新書：《瑪麗· 居里：她的一生》（Maria Curie:：A Life）為她艱苦奮斗的生命歷程描繪了一幅生動的圖像。 她的長女伊倫娜，核物理學家，與丈夫

13、約里奧因發(fā)現(xiàn)人工放射性物質(zhì)共同獲得諾貝爾化學獎。,瑪麗從小處處表現(xiàn)出一種頑強的進取精神，自上小學開始，每門功課都考第一。15歲時，就以獲得金獎章的優(yōu)異成績從中學畢業(yè)。1896年，居里夫人以第一名的成績，完成了巴黎大學大學畢業(yè)生的任職考試。由于居里夫婦關于鐳的放射性的發(fā)現(xiàn)，1903年12月，他們和貝克勒爾一起獲得了第三屆諾貝爾物理學獎。 1906年，居里先生不幸因車禍而去世，居里夫人承受著巨大的痛苦，決心加倍努力，完成兩個人共同的科學志

14、愿。巴黎大學決定由居里夫人接替居里先生講授物理課，成為巴黎大學有史以來第一位女教授，1910年，居里夫人又完成了《放射性專論》一書。她還與人合作，成功地制取了金屬鐳。1911年，居里夫人又獲得諾貝爾化學獎。一位女科學家，在不到10年的時間里，兩次在兩個不同的科學領域里獲得世界科學的最高獎，這在世界科學史上是獨一無二的事情！,1934年7月4日，居里夫人病逝了。她最后死于惡性貧血癥。她一生創(chuàng)造、發(fā)展了放射科學，長期無畏地研究強烈放射性物

15、質(zhì)，直至最后把生命貢獻給了這門科學。她一生中，共得過包括諾貝爾獎等在內(nèi)的10次著名獎金，得到國際高級學術機構(gòu)頒發(fā)的獎章16枚；世界各國政府和科研機構(gòu)授予的各種頭銜多達107多個。但是她一如既往地那樣謙虛謹慎。偉大的科學家阿爾伯特·愛因斯坦評價說：“在我認識的所有著名人物里面，居里夫人是唯一不為盛名所寵壞的人！”,兩朵烏云的出現(xiàn)和三個偉大的發(fā)現(xiàn)預示著一場新的物理學革命即將到來，而在這場革命中，出現(xiàn)了一位科學巨匠，他就是愛因斯坦。

16、,讓我們進入他的生活里程去領悟他的人格魅力吧.,愛因斯坦的青少年時代,愛因斯坦和的妹妹瑪伽,愛因斯坦的青少年時代,5歲時的愛因斯坦,這是愛因斯坦出生地德國的烏爾姆鎮(zhèn)大(Ulm)。,愛因斯坦小時候?qū)W校的照片,16歲那年，又一個極富挑戰(zhàn)性的問題占據(jù)了他的頭腦：假如某種光的接受器，比如：人的眼睛或是攝影機，跟隨在光的后面，用光速飛奔，那么，會發(fā)生什么情形？他把問題捕捉住，記在本子上。正是這個令愛因斯坦日思夜想的高難問題，孕育了未來相對論的神

17、奇萌芽。也許，這可以看作是小愛因斯坦向科學堡壘發(fā)起的第一次勇敢進攻。,16歲那年，他報考大學，盡管物理數(shù)學成績很好，但由于需要死記硬背的科目考砸了鍋，名落孫山。第二年進入大學后，他擅自“刷掉了”很多課程，只以“極大的興趣”去聽某些課和在家里自學。,由于他的落拓不羈的性格和獨立思考的習慣，為教授們所不滿，大學一畢業(yè)就失業(yè)，兩年后才找到固定職業(yè)。正因為如此，成名后的愛因斯坦通過自身的體驗和長期的觀察，形成了一種與眾不同的教育觀點。

18、“知識是死的，而學校卻要為活人服務?！?他反對把學校僅僅看做是傳授知識的工具，更反對把學生“當作死的工具來對待”。他認為：“學校的目的始終應當是：青年人在離開學校時，是作為一個和諧的人，而不是作為一個專家?！?1905年，26歲的愛因斯坦尚未知名，小人物寫出了大文章。他在科學史上創(chuàng)造了一個史無前例奇跡。這一年他寫了六篇論文，利用在瑞士伯爾尼專利局每天八小時工作以外的業(yè)余時間，在三個領域做出了四個有劃時代意義的貢獻，他發(fā)表了：1.關于光

19、量子說 2.分子大小測定法 3.布朗運動理論4.狹義相對論 做出了二十世紀物理學史上最輝煌的幾項貢獻。,伯爾尼一條繁忙的街道和市內(nèi)著名的鐘樓景色。,愛因斯坦在專利局的工作既有責任感也很有趣，并且他有時間從事自己的科學研究工作。,二、從狹義相對論到廣義相對論,(一) 狹義相對論1905年愛因斯坦提出了勻速運動體系的狹義相對論的兩個基本原理 1 相對性原理愛因斯坦認為時間、運動、質(zhì)量不是絕對的，而是相對的。較典型的

20、現(xiàn)象是運動的物體長度變短（尺縮效應）、運動的鐘比靜止的鐘走得慢（鐘慢效應）、運動的物體重量變大，當速度接近光速時，質(zhì)量趨于無窮大。 2 光速不變原理光速不變原理則認為光的傳播速度在任何條件下都是不變的。 愛因斯坦的狹義相對論順理成章地導出了著名的質(zhì)能關系式：E=mc2，對后來發(fā)展的原子能事業(yè)起到了指導作用 重大意義：突破了經(jīng)典力學（從宏觀低速到宇觀高速）；改變了傳統(tǒng)的牛頓時空觀。,（二）廣義相對論

21、 1916年，愛因斯坦完成了長篇論文《廣義相對論的基礎》，表述了廣義相對性原理：物理學的定律必須對于無論哪種方式運動著的參照系都成立。愛因斯坦預言，遙遠的星光如果掠過太陽表面將會發(fā)生一點七秒的偏轉(zhuǎn)。1919年，英國派出了兩支遠征隊分赴兩地觀察日全食，經(jīng)過認真的研究得出最后的結(jié)論是：星光在太陽附近的確發(fā)生了一點七秒的偏轉(zhuǎn)。英國皇家學會確認廣義相對論的結(jié)論是正確的。會上，著名物理學家、皇家學會會長湯姆孫說：“這是自從牛頓時代以來所取得的關于

22、萬有引力理論的最重大的成果”，“愛因斯坦的相對論是人類思想最偉大的成果之一”。,廣義相對論,愛因斯坦指出物體使周圍空間、時間彎曲，在物體具有很大的相對質(zhì)量（例如一顆恒星）時，這種彎曲可使從它旁邊經(jīng)過的任何其它事物，即使是光線，改變路徑。,地球周圍引力場和時空結(jié)構(gòu)拖曳扭曲時的情景。科學家通過分析兩枚繞地球軌道的人造衛(wèi)星11年的運行軌跡，發(fā)現(xiàn)由于地球旋轉(zhuǎn)所造成的特異的空間結(jié)構(gòu)，使這些衛(wèi)星大概每年出現(xiàn)大約2米的軌道偏離的現(xiàn)象。,宇宙中黑洞旋

23、轉(zhuǎn)引起的時空扭曲效應，以及黑洞物質(zhì)猛烈噴發(fā)的情景。,愛因斯坦的相對論不僅是物理學的一次革命，也是哲學的一次革命，它變革了物質(zhì)觀、能量觀和時空觀。而且促進了一系列技術革命：如原子能的利用，激光的應用。此外還推動了宇宙學的發(fā)展?？梢哉f愛因斯坦是20 世紀 最偉大的物理學家、科學家和思想家。,愛因斯坦的其他貢獻,1、運用分子運動論成功的解釋了布朗運動2、愛因斯坦提出受激輻射概念 3、建構(gòu)統(tǒng)一場論的努力4、對量子力學完備性的

24、質(zhì)疑，促進了量子力學的發(fā)展,他為原子彈懊悔終身 愛因斯坦對物理學的貢獻無庸置疑，但他對人類歷史最大的影響或許更在于他曾經(jīng)推動了一項自己不曾參與、卻為其后果抱憾終身的計劃。他的和平主義思想并未能阻止他研究原子彈的強烈愿望。但原子彈在日本投下后，他又痛心地說，這是他一生中最大的錯誤和遺憾。1939年8月2日，愛因斯坦給當時的美國總統(tǒng)羅斯福寫信警告說，原子彈這種武器的確有可能制造出來，而且德國也許也正在研制。正是在這封信的幫助下，美國啟

25、動了制造原子彈的“曼哈頓工程”。,原子彈蘑菇云,原子彈蘑菇云,三、量子論的建立和發(fā)展,1900年，普朗克為了克服描述黑體輻射的瑞利金斯公式的困難，拋棄了能量是連續(xù)的經(jīng)典物理觀念，導出了與實驗完全符合的黑體輻射經(jīng)驗公式。,（一）普朗克的量子假說,B(λ，T)=2hc2 /λ5 ·1/exp(hc/λRT)-1 B(λ，T)—黑體的光譜輻射亮度(W，m-2 ，Sr-1 ，μm-1 ) λ—輻射波長(μm) T—黑體絕對

26、溫度(K、T=t+273k) C—光速(2.998×108 m·s-1 ) h—普朗克常數(shù)， 6.626×10-34 J·S K—波爾茲曼常數(shù)(Bolfzmann)， 1.380×10-23 J·K-1 基本物理常數(shù),在理論上導出這個公式，必須假設物質(zhì)輻射的能量是不連續(xù)的，只能是某一個最小能量的整數(shù)倍。普朗克把這一最小能量單位稱為“能量子”。普朗克的假設解決了黑體輻

27、射的理論困難。普朗克還進一步提出了能量子與頻率成正比的觀點，并引入了普朗克常數(shù)h。量子理論現(xiàn)已成為現(xiàn)代理論和實驗的不可缺少的基本理論。普朗克由于創(chuàng)立了量子理論而獲得了諾貝爾物理學獎。,（二）原子的結(jié)構(gòu),玻爾的原子結(jié)構(gòu)理論玻爾，N．(Niels Henrik David Bohr，1885.10.07～1962.11.18) 丹麥物理學家，哥本哈根學派的創(chuàng)始人。1916年任哥本哈根大學物理學教授，1917年當選為丹麥皇家科學

28、院院士。 1920年創(chuàng)建哥本哈根理論物理研究所，任所長。1922年玻爾榮獲諾貝爾物理學獎。,1937年5、6月間，玻爾曾經(jīng)到過我國訪問和講學。1939年任丹麥皇家科學院院長。第二次世界大戰(zhàn)開始，丹麥被德國法西斯占領。1943年玻爾為躲避納粹的迫害，逃往瑞典。1944年玻爾在美國參加了和原子彈有關的理論研究。1947年丹麥政府為了表彰玻爾的功績，封他為“勛爵”。1952年玻爾倡議建立歐洲原子核研究中心(CERN)，并且擔任主席。,玻

29、爾的原子結(jié)構(gòu)理論之前的原子模型,J.J.湯姆遜的原子模型，他從實驗中發(fā)現(xiàn)了電子的存在，并提出了原子模型，他把原子看成是一個帶正電的球，電子則在球內(nèi)運動 ，人們把它稱作西瓜式模型。盧瑟福的有核原子模型 歐內(nèi)斯特·盧瑟福(E.Rutherford, 1871—1937)英國物理學家， 1908年獲諾貝爾化學獎。,盧瑟福有核原子模型,盧瑟福原子模型的局限性,雖然盧瑟福提出的有核模型有充分的實驗基礎。 但由經(jīng)典電

30、磁理論，繞核運動的電子既然在作變速運動，必將不斷地以電磁波的形式輻射能量，輻射頻率等于電子繞核轉(zhuǎn)動的頻率。于是，整個原子系統(tǒng)的能量就會不斷減少，頻率也將逐漸改變，所發(fā)光譜應是連續(xù)的。這與原子線狀光譜的實驗事實不符。同時，由于電子不斷輻射能量， 最終會落在核上。 因此，盧瑟福的 有核模型是不穩(wěn)定的系統(tǒng)，遇到了 不可克服的困難。,玻爾模型,玻爾的原子理論給出這樣的原子圖像： 1 電子在一些特定的可能軌道上繞核

31、作圓周運動，離核愈遠能量愈高； 2 可能的軌道由電子的角動量必須是 h/2π的整數(shù)倍決定； 3 當電子在這些可能的軌道上運動時原子不發(fā)射也不吸收能量，只有當電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時原子才發(fā)射或吸收能量，而且發(fā)射或吸收的輻射是單頻的，輻射的頻率和能量之間關系由 E＝hν給出。玻爾的理論成功地說明了原子的穩(wěn)定性和氫原子光譜線規(guī)律。,玻爾的理論大大擴展了量子論的影響，加速了量子論的發(fā)展。1915年，德國物理學家索末菲（Ar

32、nold Sommerfeld，1868-1951）把玻爾的原子理論進行推廣，并考慮了電子的質(zhì)量隨其速度而變化的狹義相對論效應，導出光譜的精細結(jié)構(gòu)同實驗相符。 　　1916年，愛因斯坦（Albert Einstein，1879-1955）從玻爾的原子理論出發(fā)用統(tǒng)計的方法分析了物質(zhì)的吸收和發(fā)射輻射的過程，導出了普朗克輻射定律。愛因斯坦的這一工作綜合了量子論第一階段的成就，把普朗克、愛因斯坦、玻爾三人的工作結(jié)合成一個整體。,哥本哈根學派

33、——玻爾研究所產(chǎn)生了多位諾貝爾獎獲得者所徽玻爾的互補哲學,,哥本哈根卻四季分明，濕潤朗澤，怡人的氣候和溫暖的海濱，塑造了安徒生“海的女兒”和美麗的童話……1922年11月，哥本哈根顯得格外喧鬧，人們喜氣洋洋，議論紛紛。原來，從斯德哥爾摩傳來特大新聞：哥本哈根大學教授尼爾斯·玻爾榮獲該年度諾貝爾物理學獎金。獲獎那一年，玻爾教授只有37歲。玻爾早年求學于英國劍橋大學，是著名的物理學家盧瑟福的高足。在學期間，他掌握了卡文迪

34、許實驗室的優(yōu)良傳統(tǒng)的真諦，先后發(fā)表了史稱“物理學偉大的三部曲”的論文，奠定了原子結(jié)構(gòu)量子力學模型的理論基礎。,回國后，玻爾致力于原子結(jié)構(gòu)的量子力學研究，取得了舉世公認的先進水平。20世紀20年代，玻爾的學識、造詣和人格魅力，成了年輕一代物理學家心儀的導師；哥本哈根成為青年物理學家向往的圣地。于是，整個歐洲物理學界的年經(jīng)人涌向了哥本哈根。在哥本哈根大學理論物理研究所聚集了一大批青年精英，在玻爾教授的教導和激勵下，十幾個世界一流的物理學家在

35、20—30歲左右就脫穎而出了。　　玻恩、海森堡、約爾丹、泡利、羅森菲耳德以及前蘇聯(lián)的?？撕屠实赖热耍@些諾貝爾獎金獲得者都出自玻爾的門下。還有一大批物理學家也是吸吮著哥本哈根學派的乳汁而成長的，如狄拉克、德布羅依、德拜、考斯特等人?！　⊥柾叺钠渌锢韺W家也得益于哥本哈根學派。玻爾——愛因斯坦論戰(zhàn)，是20世紀物理學史恒提恒新的話題，它使愛因斯坦這位物理學巨人更加豐滿高大。,20世紀物理學出現(xiàn)了兩大驚人的巨大成就，一個是相對論

36、，另一個是量子力學。迄今物理學界發(fā)展最快的當屬相對論與量子力學的結(jié)合領域——基本粒子物理學?！　×孔恿W的創(chuàng)生與興起是與哥本哈根學派分不開的，是與玻爾的名字分不開的；基本粒子物理學則是在哥本哈根學派理論支援下展開的?！　]有哥本哈根學派的刻苦努力和不懈探索，20世紀物理學的繁榮興旺是不可想象的?！　「绫竟鶎W派已經(jīng)突破了丹麥這一地域概念，它的成員來自英國、法國、德國、美國和前蘇聯(lián)等，具有廣泛的國際性。,哥本哈根學派——玻爾研

37、究所的故事,光電效應與光的波粒二象性,,光電效應示意圖,（三）德布羅意波,1924年法國青年物理學家德布羅意在光的波粒二象性的啟發(fā)下想到：既然光具有波粒二象性，那么實物粒子是否也應該具有波粒二象性呢？ 他在他的博士論文中假設：實物粒子也具有波動性。于是他由質(zhì)能方程以及量子方程出發(fā)，推得了德布羅意波的有關公式。,一. 德布羅意假設,光具有二象性: 波動性(?,?),

38、 粒子性(E, p),兩者的關系為:,實物粒子呢?,德布羅意假設(1924年):,(1) 一個質(zhì)量為m的實物粒子具有波動性.其波稱為物質(zhì)波.物質(zhì)波的波長和頻率與粒子的能量和動量滿足如下關系:,(2),德布羅意波函數(shù)為:,對自由運動粒子:,1927年戴維孫和革末用加速后的電子投射到晶體上進行電子衍射實驗，證實了電子的波動性。 同年 湯姆遜做了電子衍射實驗。將電子束穿過金屬片(多晶膜)，在感光片上產(chǎn)生圓環(huán)衍

39、射圖和X光通過多晶膜產(chǎn)生的衍射圖樣極其相似．這也證實了電子的波動性。　　 實物粒子波可解釋為概率波。即個別粒子在何處出現(xiàn)，有一定的偶然性；但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計規(guī)律。物質(zhì)波的這種統(tǒng)計性解釋把粒子的波動性和粒子性正確地聯(lián)系起來了，成為量子力學的基本觀點之一。,（四）量子力學的建立 1.普朗克提出量子論 2.玻爾半經(jīng)典半量子原子模型 3.德布羅

40、意波概念的提出 4.薛定諤方程的建立——標志著量子力學的初步建立 5.海森堡運用另一種數(shù)學工具得到等效的量子力學基本公式 4和5都可以解釋原子結(jié)構(gòu)以及分離能級問題。然而量子力學的完善經(jīng)歷了很長的時間并且有一些耐人尋味的故事。,索爾維會議,1911年,一位比利時的實業(yè)家歐內(nèi)斯特·索爾維創(chuàng)立了索爾維會議。第一屆索爾維會議在布魯塞爾召開，每3年舉行一屆?！　?927年，

41、第五屆索爾維會議在比利時布魯塞爾召開了，因為發(fā)軔于這次會議的愛因斯坦與玻爾兩人的大辯論，這次索爾維峰會被冠之以“最著名”的稱號。一張匯聚了物理學界智慧之腦的“明星照”則成了這次會議的見證。,四、原子核物理學,和基本粒子物理學的產(chǎn)生和發(fā)展,1896年，貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性,（一）原子核物理學的進展,1911年，盧瑟福等人利用α射線轟擊各種原子，觀測α射線所發(fā)生的偏折，從而確立了原子的核結(jié)構(gòu),1919年，盧瑟福等又發(fā)現(xiàn)用α粒子轟擊氮核會放

42、出質(zhì)子，這是首次用人工實現(xiàn)的核蛻變(核反應)。,1932年中子的發(fā)現(xiàn) 1934年人工放射性核素的合成,1939年，哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象 1942年，費密建立了第一個鏈式裂變反應堆,國際核物理的春天 四大前沿領域，1, Nuclei at extreme 2, To the quark structure of matter 3, The phase of nuc

43、lear matter 4, Fundamental symmetries and nuclear astrophysics 新加速器，TJNAF 美國高能強流連續(xù)電子加速器 RHIC 美國相對論重離子加速器 LHC CERN重離子加速器,每核子上千GeV能量 JHF 日本,

44、質(zhì)子 50GeV 放射性核束加速器: RIB - 美國橡樹嶺, A1200 - 美國MSU LISE - 法國GANIL, FRS- 德國GSI ISR, RIBLL – 中國蘭州,,,

45、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Periodic Table of the Elements 2006:Guide to Fundamental Chemical Properties,1,,,,,1,H,3,Li,4,2,B

46、e,11,12,Na,Mg,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,K,Ca,Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,As,Se,Br,Kr,He,5,B,6,C,7,N,8,O,9,F,10,Ne,13,Al,14,Si,15,P,16,S,17,Cl,18,Ar,Rb,38,Sr,39,Y,40,Zr,41,Nb,42,Mo,43

47、,Tc,44,Ru,45,Rh,46,Pd,47,Ag,48,Cd,49,In,50,Sn,51,Sb,52,Te,53,I,54,Xe,55,Cs,56,Ba,57,La,58,72,Hf,73,74,W,Re,,Os,77,Ir,78,Pt,79,Au,80,Hg,81,Tl,82,Pb,83,Bi,84,Po,85,At,86,Rn,87,Fr,88,Ra,89,Ac,104,Rf,105,,,107,108,,109,Bh,Hs

48、,Mt,Ce,59,Pr,60,Nd,61,Pm,62,Sm,63,Eu,64,Gd,65,Tb,66,Dy,67,Ho,68,Er,69,Tm,70,Yb,71,Lu,90,Th,91,Pa,92,U,93,Np,,Pu,95,Am,96,Cm,97,Bk,98,Cf,99,Es,100,Fm,101,Md,102,No,103,Lr,Lanthanides,Actinides,106,Ta,94,76,,94,Pu,Sg,75,2,

49、3,4,6,5,7,8,9,10,12,13,14,15,16,17,18,11,,,,,,,,,,113,115,,,118,111,110,112,114,116,Db,(Ha),,Db,重元素與超重元素的發(fā)現(xiàn)歷史,1896年起，到1996年100年間，到112號元素合成，共30多個元素被合成102-105 號元素，前蘇聯(lián) 60年代-70年代106 號元素， 美國和前蘇聯(lián)，80年代107 54Cr + 209

50、Bi → 263Bn , 1981 , GSI108 , 58Fe + 208Pb → 266Hs ,1984 , GSI109, 58Fe + 209Bi → 267Mt ,1982 , GSI110, 62Ni + 208Pb → 269110 + 1n, 1995 , GSI and Berkeley111, 64Ni + 209Bi → 272111 + 1n ,1995 ,

51、GSI (Rg)112, 70Zn + 208Pb → 277112 + 1n ,1996 , GSI113 70Zn + 209Bi → 278113 + n. 2004，RIKEN 中國人參與，徐瑚珊(蘭州), 趙宇亮(高能)114, 48Ca + 242Pu → 287114 + 3n ,1998 , Dubna 48Ca + 244Pu

52、→ 289114 + 3n ,1999 , Dubna with GSI and RIKEN115, 48Ca + 243Am → 288115 +3n , 2004, Dubna 116, 48Ca + 248Cm → 292116 + 4n ,2000 , Dubna118, Dubna and Berkeley, 2006, PRC74(2006)

53、044602,未連接上.,20世紀70年代，由于粒子物理逐漸成為一門獨立的學科，核物理已不再是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的最前沿。核能利用方面也不像過去那樣迫切，核物理進入了一個縱深發(fā)展和廣泛應用的新的更成熟的階段。,（二）基本粒子物理學的進展,第一階段（1897～1937） 可追溯到1897年發(fā)現(xiàn)第一個基本粒子電子 。1932 年 J.查德威克在用a粒子轟擊核的實驗中發(fā)現(xiàn)了中子，隨即人們認識到原子核是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的，從而形成所有物質(zhì)都是由

54、基本的結(jié)構(gòu)單元——質(zhì)子 、中子、電子構(gòu)成的統(tǒng)一的世界圖像。,第二階段（1937～1964） 先后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了眾多的粒子。1937年從宇宙線中發(fā)現(xiàn)μ子，后來證實它不參與強作用，它和與之相伴的μ中微子同電子及與之相伴的電子中微子可歸入一類 ，統(tǒng)稱為輕子 。1947年發(fā)現(xiàn)π±介子 ， 1950年發(fā)現(xiàn)π0介子 ， 1947 年還發(fā)現(xiàn)奇異粒子。50年代粒子加速器和各種粒子探測器有了很大發(fā)展，從而開始了用加速器研究并大量發(fā)現(xiàn)基本粒子的新時期

55、，各種粒子的反粒子被證實；發(fā)現(xiàn)了為數(shù)不少的壽命極短的共振態(tài)。基本粒子的大量發(fā)現(xiàn)，其中大部分是強子，人們懷疑這些基本粒子的基本性。人們嘗試將強子進行分類，提出頗為成功的強子分類的“八重法”,第三階段（1964～ ） 以提出強子 結(jié)構(gòu)的夸克模型為標志。夸克模型可以說明當時已發(fā)現(xiàn)的各種強子。夸克模型得到后來進行的高能電子、高能中微子對質(zhì)子和中子的深度非彈性散射實驗的支持，實驗顯示出質(zhì)子和中子內(nèi)部存在點狀結(jié)構(gòu)，這些點狀結(jié)構(gòu)可以認為是夸克存在的證