同濟大學物理4近史

現(xiàn)在連上帝都變了，從一個“蹩腳的鐘表匠〞(笛卡幾語)變成一個“擲骰子者〞(愛因斯坦語)?！艾F(xiàn)代〞就意味著多樣、寬容、隋機和模糊。這里充滿了悖論和佯謬；到處是不確定和那么不準；每天都有新奇和怪誕。物理學的任務也變成告知人們：“人類對宇宙的無知究竟到了何等程度！〞。而愛因斯坦的墓誌銘應該是“自然和自然規(guī)律自以為已在光明中，上帝說：要有愛因斯坦，于是一切又回到黑夜中。〞一切都要從頭開始！也許。著名英國物理學家開爾文勛爵在1900年元旦獻詞中說：

在物理學的太空，一切都已明朗潔凈了，在遠處只剩下兩朵小小的，令人不安的烏云。⑴邁克耳遜—莫雷實驗在尋找機械“以太〞時得出了否認的結果；⑵運用經(jīng)典物理學理論無法解釋黑體輻射的實驗曲線。(紫外災難)經(jīng)典物理框架的完善十九世紀末物理學的天空一片晴朗偶有二朵烏云1.紫處災難——量子論2.“以太〞不在——相對論三大發(fā)現(xiàn)1.X光1895倫琴.(陰極射線)2.電子1898湯姆遜.(x射線的荷質比)3.放射性1896貝克勒爾.鈾(深究x光)居里夫人.鐳,第一章昨天的精彩/第一節(jié)物理學史德國物理學家普魯克〔J.Plueker，1801-1868〕于1858年利用蓋斯勒放電管研究氣體放電時發(fā)現(xiàn)了對著陰極的管壁上出現(xiàn)了美麗的綠色光輝。1876年德國物理學家哥爾德斯坦證實這種綠色光輝是由陰極上所產(chǎn)生的某種射線射到玻璃上產(chǎn)生的，他把這種射線命名為“陰極射線〞?！?世紀之交物理學的三大發(fā)現(xiàn)2.1電子的發(fā)現(xiàn)1886年，J.J.湯姆遜開始研究氣體放電和陰極射線。J.J.湯姆遜，1856年12月18日生于英國。1884年任卡文迪許實驗室教授。B-FEFB設粒子的質量為m，所帶電荷為e。電場力：磁場力：測荷質比:e/mL撤去磁場，測出射線在平板電場右端出口處的橫向偏轉值：-S荷質比：S陰極射線粒子的“荷質比〞為：代入該荷質比為氫核〔質子〕荷質比的2000倍。這種粒子應是電極材料原子的根本組成局部。J.J.湯姆遜由此斷定：密立根油滴實驗1917年，密立根公布的結果是：靜電單位電子的質量為：靜電單位近代精確的電子電荷量是：庫侖電子的發(fā)現(xiàn)再一次否認了原子不可分的觀念。J.J.湯姆遜由于發(fā)現(xiàn)電子而于1906年榮獲諾貝爾物理學獎。J.J.湯姆遜被譽為“一位最先翻開通向根本粒子物理學大門的偉人〞誘發(fā)人類進入電子科技時代?，F(xiàn)在人類進入微電子科技時代。德國維爾茨堡大學校長、物理學家倫琴〔W.K.Rontgen，1845-1923〕倫琴在給孔特〔A.Kundt，1839-1894〕的信中說：我終于發(fā)現(xiàn)了一種光，我不知道是什么光，無以名之，就把它叫做X光吧。2.2X射線的發(fā)現(xiàn)倫琴的實驗室1895年12月28日倫琴寫出了一篇論文?論一種新的射線?，文章詳細總結了新射線的性質：新射線來自于被陰極射線擊中的固體，〔后來知道，是高速電子流轟擊金屬靶得到，由原子中的內層電子發(fā)射出來〕新射線是直線傳播的，不被棱鏡反射和折射，也不被磁場偏轉；新射線對所有物體幾乎都是透明的；新射線可使熒光物質發(fā)光，使照相底片感光。從1914到1924年中，就有五位物理學家〔勞厄，布拉格父子，巴克拉，西格本〕在研究X射線及其應用方面獲得了諾貝爾物理學獎。1953—1959年，小布拉格的兩位助手佩魯茨和肯德羅，用改進了的X射線分析法測定了肌紅蛋白及血紅蛋白的分子結構，為此獲得1962年的諾貝爾化學獎。

1962年諾貝爾生理學獎及醫(yī)學獎授予英國生物物理學家克里克、威爾金森、美國生物學家沃森，表彰他們發(fā)現(xiàn)DNA的雙螺旋結構，這是20世紀生物學的最偉大成就，他們依靠的也是X射線分析法。使用X射線分析法研究蛋白質、核糖核酸、青霉素、維生素等生物大分子、有機高分子結構而獲諾貝爾化學、生理醫(yī)學獎的科學家多達數(shù)10位。X射線也用于軍事經(jīng)濟和社會〔如機場安檢、產(chǎn)品質檢等〕?！靶乔虼髴?zhàn)〞中核心武器是高能X射線激光器，將它裝在軍事衛(wèi)星上能遠距離摧毀對方的洲際導彈。本世紀六十年代，南非出生的美國物理學家科馬克〔A.M.Cormark〕和英國電氣工程師洪斯菲爾德〔G.Hounsfield〕提出用計算機控制X射線斷層掃描原理，并創(chuàng)造X射線斷層掃描儀〔XCT〕，使醫(yī)生能看到人體內臟器官橫斷面圖象，從而準確診斷病癥，他們兩人共享了1979年諾貝爾生物學及醫(yī)學獎。<裸躺的父親>___光的透視1899.德我為什么就不能透視骨胳,內臟。。。。1896年，法國物理學家貝克勒爾〔Becquerel,1852-1908〕在對一種熒光物質〔硫酸鉀鈾〕進行研究時發(fā)現(xiàn)了天然放射線。貝克勒爾射線2.3放射性的發(fā)現(xiàn)瑪麗·居里〔M.S.Curie，1867-1934〕居里夫人從1897年開始直至1934年逝世的38年科學生涯中，她以驚人的毅力、頑強的意志、高度的智慧全心投入放射性研究，發(fā)現(xiàn)了放射性元素“鐳〞和“釙〞。1910年完成了她的名著?論放射性?，由于她的杰出奉獻：

1903年，居里夫婦和貝克勒爾共享了諾貝爾物理獎。

1911年又榮獲了諾貝爾化學獎。三大發(fā)現(xiàn)：1.X光〔1895倫琴〕.電子躍遷放出的電磁波2.電子〔1898湯姆遜〕.原子中的一種粒子。3.放射性〔1896貝克勒爾〕.原子與原子核中某些粒子流。

原子結構天然放射性核素能夠自發(fā)地放出各種射線,從而衰變?yōu)榱硪环N核素。α射線：帶兩個正電荷的氦核粒子流；β射線：帶負電荷的高速電子流；γ射線：從原子核內放出來的電磁波，它實際上是一束能量極高的光子流，它的波長比X射線還要短，穿透本領比X射線更強。αβγB愛因斯坦光電效應玻恩核裂變夫蘭克，玻恩馬普學會50。1983開爾文阿啦戈天文臺長薩哈羅夫氫彈赫茨。MAXWELL核事故居里鐳X光莫雷電磁場實驗與理論提出洛侖茲變換為相對論提供佐證普朗克(h)從黑體輻射的統(tǒng)一公式中得出普朗克常數(shù)。量子學先導。死于白血病J.J湯姆遜電子的發(fā)現(xiàn)盧瑟夫(中子)1910,α粒子轟擊原子,1,“葡萄乾面包〞:電子云:2,3,4,------1910,盧瑟夫,用α粒子轟擊原子,有核模型.1914,盧瑟夫,用陰極射線轟擊氫,質子.1929---1932,查得威克,高能α粒子轟擊鈹原子,中子.1928,狄拉克預言正電子(輕子),1932,安得森(美)發(fā)現(xiàn)之.反粒子.1935---1947,湯川秀樹提出交換介子而產(chǎn)生的強互相作用,在宇宙線中發(fā)現(xiàn)π,μ介子.(輕子)1933,費米(意),核的β衰變,而產(chǎn)生的弱互相作用.1922,核的β衰變時,能量消失.1931,泡利(奧)提出(1955高能室發(fā)現(xiàn)之),中微子.(輕子)1956,李,楊,吳:弱互相作用的宇稱不守恒.1956,高能電子轟擊質子:質子有結構.各種結構模型.1964:三十幾種穩(wěn)定的,四百多種不穩(wěn)定的粒子:夸克模型.核內粒子20世紀30年代：發(fā)現(xiàn)中子盧瑟福學生建立云室原子有核模型加速器探索原子核的秘密40年代：大型射電天文望遠鏡核電站核武器60年代：激光技術大規(guī)模集成電路〔電腦〕納米技術(費曼教授.美)第一章昨天的精彩/第一節(jié)物理學史理論：德布羅依的物質波薛定諤波動方程海森伯的測不準關系,互補原理(玻爾)宇宙大爆炸理論〔俄裔伽莫夫〕混沌近代物理要點歸納:1位偉人:愛因斯坦.2朵烏云:以太風,紫外災難.3大發(fā)現(xiàn):X光,電子,放射性.4種根本力:電磁力、萬有引力、弱、強互相作用力.5大觀念:熵,宇宙,量子,相對論,混沌.6對根本粒子:三對夸克,三對輕子.7大技術：核、激光、微電子、超導、致冷、納米、航天。六對根本粒子盧瑟夫薛定諤海森伯康伯頓瑞利狄拉克德布盧意把粒子看成波----慨率波狄拉克方程提出反能量，反粒子，反物質物理學與計算機:物理學與計算機技術是一對難兄難弟.在量子力學,固體物理,能帶理論,泡利原理,空穴,p-n結等成果的推動下.至少20年的孕育,1947硅谷.第一個半導體替代電子管.翻開信息時代的大門.集成電路—大規(guī)模集成電路—超大規(guī)模集成電路.286---奔騰3.集成度每年翻番.10年210倍.芯片精度目前約200納米,2021年達納米級--接近電子波長:目前電路的經(jīng)典設計計算已近極限(投資與利潤比也到了極限).必須按量子力學全新設計.量子計算機(真加密)另外:激光掃描,精刻,材料加工……遙感大規(guī)模集成電路低溫超導超導體(線)高速攝影中子的三個夸克晶體超聲波型超聲檢胎紅外線,超聲物理學與生命科學:1,薛定鄂:<生命的起源>.用量子理論.40年代第一位提出生命遺傳代碼的載體----非周期晶體.提出生命體吸入負熵,為60年代耗散結構理論所印證.2,Crick:二戰(zhàn)后領先發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結構。熟悉X光衍射測定晶體。采用物理模型分類排除法。外由核糖核酸構成脊骨，內有四對堿基：T，A，G，C。3，伽莫夫〔大爆炸理論〕：20個氨基酸加標點如何編排基因密碼？首創(chuàng)三聯(lián)體密碼，使后人少走彎路。4，目前，蛋白質折疊-----二級雙螺旋結構，根據(jù)物理學的自由能最小原理。對解開腫瘤之迷意義重大。物理學與核技術:1934.居里.α粒子轟擊鋁得磷的同位素.1935.費米(意).慢中子(石蠟)轟擊鈾產(chǎn)生鋇和鑭.邁特納(奧.女)解釋:“核裂變,新中子,連鎖反響.〞并得驗證.1941.西拉德(匈)發(fā)起,愛因斯坦首簽,說服羅斯福先造核彈.1942.12.費米領導.建一核反響堆.石墨減速中子.鎘棒吸收中子.成功.并獲經(jīng)驗和數(shù)據(jù).1943.奧本海默(美).曼哈頓工程.為提純鈾的三種方法各造一大工廠.50萬人(15萬科技人才).22億美金.1945.7.試爆成功.2萬TNT.另二顆“小男孩〞,“小胖子〞.日本.1964.中國原子彈試爆成功.1990.核聚變等離子強電磁約束裝置.(美)2021.核聚變(氘,氚,氫)反響堆點火(高強度激光)一億度.日本.核聚變強激光點火裝置.(一億度)盤旋加速器丁肇中太空質譜儀(反物質)1911----1933索爾維會議物理學史包含的認識論:1,柏拉圖唯心論主觀意念.2,亞力斯多德唯物論客觀存在.3,伽利畧,牛頓在實驗根底上按邏輯推理得出一個并不能實際檢驗的客觀結論.4,麥克斯威按的客觀效果假設一個相當?shù)目蓹z驗的客觀存在.5,愛因斯坦客觀存在的絕對主體是可轉換的.6,波爾人的主觀意識永遠無法直接認知客觀真理的全部.中華民族的優(yōu)秀子孫:你