物理學及其發(fā)展

AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科學技術史概論

策劃：徐建培鄒海林

制作:鄒海林計算機輔助教學(CAI)課件信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYE-mail:第4章物理學及其發(fā)展

（下）信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論第四章（下）目錄4.2現(xiàn)代物理學革命及其影響4.2.1X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)4.2.2量子力學的創(chuàng)立和發(fā)展4.2.3相對論的建立和發(fā)展4.3現(xiàn)代物理學的發(fā)展4.3.1原子核物理學的形成和發(fā)展4.3.2粒子物理學的形成與發(fā)展4.3.3凝聚態(tài)物理學的發(fā)展4.3.4諾貝爾及諾貝爾獎信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論4.2

現(xiàn)代物理學革命及其影響信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論導言

19世紀末20世紀初，近代科學處在一個轉(zhuǎn)折時期，傳統(tǒng)的科學范式不再無條件的有效，經(jīng)典物理學面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。以倫琴、居里夫人、貝克勒爾、湯姆遜、盧瑟福、普朗克、德布羅意、海森伯、薛定諤、愛因斯坦等為代表的一大批科學巨人，掀起了一場空前的物理學革命，把經(jīng)典物理學推進到現(xiàn)代物理學階段，而量子力學和相對論的創(chuàng)立就是這場物理學革命最主要的成果，它們構成了現(xiàn)代物理學的兩大理論支柱。這場革命的另一成果是從根本上改變了人們的世界觀和科學觀，對20世紀科學技術飛躍發(fā)展起著極大的推動作用。信息電子工程學院上一節(jié)下一節(jié)本章結(jié)束本章開始AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論4.2.1X射線放射性和

電子的發(fā)現(xiàn)

信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論倫琴與X射線的發(fā)現(xiàn)（1）

德國物理學家倫琴（W.C.R?ntgen,1845-1923）出生于普魯士。少年時期一直在荷蘭學習，后入荷蘭機械工程學院。1869年畢業(yè)于瑞士的蘇黎世綜合技術學院，獲博士學位。1879年經(jīng)亥姆霍茲和基爾霍夫的推薦，擔任了吉森大學物理學教授，并任物理研究所所長。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論德國物理學家倫琴1888年，倫琴又擔任了維爾茨堡大學物理學教授和物理研究所所長。1894年任維爾茨堡大學校長和慕尼黑物理研究所所長。

1900年后，一直任慕尼黑大學物理學教授。他還是柏林和慕尼黑科學院的院士。因發(fā)現(xiàn)X射線于1901年獲首屆諾貝爾物理學獎。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論X-raytubeX射線真空管陽極陰極信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論倫琴與X射線的發(fā)現(xiàn)（2）

倫琴的科學研究工作達50年之久。他發(fā)表了50多篇論文，對物理學的發(fā)展，做出了重大貢獻。他的最大功績，是發(fā)現(xiàn)了X射線（又名倫琴射線），但他并沒申請發(fā)明專利，而是無私地把自己的發(fā)現(xiàn)公布于眾，造福人類。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

右圖為倫琴拍到的第一張X光手骨照片

科技史概論X射線用于對肺結(jié)核病的診斷信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論倫琴的實驗室倫琴與X射線的發(fā)現(xiàn)（3）信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論天然放射性的發(fā)現(xiàn)（1）

法國科學家貝克勒爾信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

貝克勒爾(A.H.Bacquerel,1852-1906)生于巴黎。1877年畢業(yè)于巴黎公路橋梁學校。1878年至1892年任巴黎自然歷史博物館副教授，1892年升為教授。1895年起，擔任巴黎高等工業(yè)學校教授。1896年，發(fā)現(xiàn)了鈾的放射性，為此于1903年與居里夫婦共同獲諾貝爾物理學獎。貝克勒爾科技史概論法國科學家貝克勒爾1908年,貝克勒爾被選為英國皇家學會會員。他還是法國科學院院士和柏林科學院院士。

1908年8月25日，貝克勒爾逝世于克羅西克，終年56歲。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論貝克勒爾的被放射性感光的底片

1896年2月,貝克勒爾用一種鈾鹽做實驗，想看看這種熒光物質(zhì)能否放出X射線。他把這種鈾鹽置于陽光下，讓其產(chǎn)生熒光，然后將它放在用黑紙包嚴的照相底片上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)底片感光了。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論天然放射性的發(fā)現(xiàn)（2）

波蘭籍女科學家瑪麗·居里夫人

居里夫人（M.S.Curie,1867-1934）出生于波蘭首都華沙。原名瑪麗·斯克羅多夫斯卡。少年時期，表現(xiàn)出了倔強的性格和發(fā)奮圖強的精神。1891年進入巴黎大學學習。1893年獲物理碩士學位。1894年又獲數(shù)學碩士學位。1897年7月發(fā)現(xiàn)了放射性比鈾強400倍的“釙”。同年12月發(fā)現(xiàn)放射性比鈾強200萬倍的“鐳”。

1903年，居里夫婦和貝克勒爾共同獲諾貝爾物理學獎。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論波蘭籍女科學家瑪麗·居里夫人

居里夫人通過大量實驗發(fā)現(xiàn)瀝青鈾礦渣具有極強的放射性，其強度遠遠超過鈾和釷。她推斷在瀝青鈾礦渣中存在著新的放射性元素。她和丈夫皮埃爾·居里經(jīng)過長期艱苦實驗,于1898年發(fā)現(xiàn)了放射性強度比鈾高400倍的一種新元素，為了紀念自己的祖國波蘭，他們將這一元素命名為“釙”。

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科技史概論居里夫婦在實驗室

到1902年，經(jīng)過三年多艱苦勞動，居里夫人在極其簡陋的條件下，從廢礦渣中提煉出氯化鐳，從而發(fā)現(xiàn)了輻射強度比鈾強200萬倍的放射性元素鐳，初步測定了鐳的原子量是225。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

居里夫人做放射性實驗時,所做的筆記信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論

居里夫婦設計制造的檢測放射性的裝置，用金屬和木料制.信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

科技史概論居里夫婦

1906年，居里夫人的丈夫因車禍逝世。居里夫人不僅擔負起了全部家庭重擔，承擔了居里的巴黎大學物理學教授職務，而且在放射性研究工作中又進一步取得了輝煌的成果。

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科技史概論

1903年，居里夫婦與貝克勒爾因發(fā)現(xiàn)天然放射性共同獲得諾貝爾物理學獎。1911年，居里夫人因發(fā)現(xiàn)鐳和釙而再度獲得諾貝爾化學獎。居里夫人的實驗工作是在極為惡劣的條件下進行的。她獲得的巨額獎金全部用于接濟窮苦學生。她毫無保留地公布了鐳的提煉方法，并不申請專利。她為人類科學事業(yè)做出了不朽的貢獻。

居里夫人兩度獲得諾貝爾獎

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科技史概論居里夫婦1903年獲得的諾貝爾物理學獎狀信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論居里夫婦信息電子工程學院科技史概論居里夫人和她的孩子居里夫人的女兒和女婿信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

科技史概論瑪麗·居里夫人逝世

由于長期接觸放射性元素，嚴重地損害了居里夫人的健康，1934年7月4日，她因白血病逝世，終年67歲。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論愛因斯坦高度評價居里夫人的高尚品德“居里夫人的品德力量和熱忱，哪怕只有一小部分存在于歐洲知識分子中間，歐洲就會面臨一個比較光明的未來?！毙畔㈦娮庸こ虒W院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論第一次布魯塞爾索耳未會議（1911年10月30日-11月3日）信息電子工程學院因比利時著名業(yè)家索耳未（E.Solvay）贊助而得名本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論放射線的進一步研究

在對放射線進一步研究中，科學家發(fā)現(xiàn)放射性物質(zhì)發(fā)出的射線，可以被磁場分為α、β、γ三種射線。其中α射線是正離子流，β射線是電子流，γ射線是一種波長比X射線更短的電磁波。

信息電子工程學院+-βγα本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論電子的發(fā)現(xiàn)（1）英國物理學家J.J湯姆遜

J.J湯姆孫（J.J.Thomson,1856-1940）出生于英格蘭曼徹斯特。1871年進入歐文學院讀書，進入劍橋大學三一學院學習。大學畢業(yè)后，開始在瑞利領導下的卡文迪許實驗室從事研究工作。1884年，年僅28歲便被選為皇家學會會員，并接替瑞利，擔任了世界上最著名的卡文迪許實驗室主任職務。此后，直到1919年盧瑟福接替他為止，領導卡文迪許實驗室達35年之久。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論電子的發(fā)現(xiàn)（2）

在湯姆孫的組織領導下，卡文迪許實驗室成為全世界現(xiàn)代物理研究的一個重要中心。

近百年來卡文迪什實驗室培養(yǎng)出的諾貝爾獎金獲得者已達26人。右圖為科學家的搖籃——英國卡文迪許實驗室信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY電子的發(fā)現(xiàn)（3）信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

J.J湯姆孫因發(fā)現(xiàn)電子獲得1906年的諾貝爾物理學獎。先后擔任皇家學會會長、劍橋大學三一學院院長。他曾獲牛津、都柏林、倫敦、劍橋、格丁根等20多個大學的名譽學位。

1940年8月30日，湯姆孫逝世于劍橋，終年84歲。

湯姆孫是一位偉大的理論物理學家和實驗物理學家。他的第一篇重要論文，對麥克斯韋的電磁理論具有重要應用，為愛因斯坦的“質(zhì)能關系”奠定了基礎?？萍际犯耪撾娮拥陌l(fā)現(xiàn)（4）J.J湯姆孫的陰極射線管實驗裝置原理示意圖信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論電子的發(fā)現(xiàn)（5）信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

J.J湯姆孫測陰極射線荷質(zhì)比的實驗裝置及原理示意圖科技史概論電子的發(fā)現(xiàn)（6）J.J湯姆孫進行陰極射線研究的實驗裝置信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論20世紀初期的物理學精英。J.J湯姆孫（第一排兩臂交叉者）和他的學生及來訪者，前排右邊是郎之萬。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論電子的發(fā)現(xiàn)（5）

美國物理學家密立根（1868-1953年）多次改進測定e值的方法，于1914年測得e=4.770×esu，并證明了一個電子的電量e是電荷的最基本單位，其它所有荷電物質(zhì)的電量都是e的整數(shù)倍。

電子是人類認識的第一個基本粒子。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論電子的發(fā)現(xiàn)過程中的教訓信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

電子是在科學家探討陰極射線的本質(zhì)問題的過程中發(fā)現(xiàn)的。是德國科學家和英國、法國科學家長達20多年的學術爭論、探討的結(jié)果。兩種觀點：

德國科學家認為陰極射線是類似于光的以太振動。受赫茲影響，德國科學家認為是一種電磁波，他們對自己實驗結(jié)果的解釋也是朝著這一方向，結(jié)果逐漸遠離電子的發(fā)現(xiàn)。英國、法國科學家認為陰極射線是一種帶負電的離子流，他們把自己的發(fā)現(xiàn)稱之為“電原子”。1931年,密立根、居里夫人和海森伯在一起信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論4.2.2

量子力學的創(chuàng)立和發(fā)展信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論導言

19世紀末物理學的三大發(fā)現(xiàn)動搖了經(jīng)典物理學的許多基本概念，打開了原子結(jié)構的大門，否定了經(jīng)典物理學的原子不可分、元素不能變的傳統(tǒng)觀念，揭示了質(zhì)量、能量的新形式。量子力學就是在突破經(jīng)典物理學理論框框的前提下建立的。量子力學的建立使人類對自然界的認識由宏觀領域進入到微觀領域。量子力學的理論與方法，在本世紀30年代后逐漸滲透到其他許多學科中，量子力學因而也成為現(xiàn)代自然科學的基本理論之一，對20世紀自然科學的發(fā)展產(chǎn)生了廣泛而深刻影響。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

德國物理學家維恩、英國物理學家瑞利提出的輻射公式與實驗事實矛盾。經(jīng)典物理學面臨考驗。物理學的第一朵烏云—“紫外災難”（1）

維恩（W.Wien,1864-1928）生于東普魯士的加弗肯。1882年進入格丁根大學，后轉(zhuǎn)到海德堡大學。1886年獲柏林大學博士學位。先后任吉森大學、維爾茨堡大學、慕尼黑大學教授職務。維恩的主要貢獻是在熱輻射研究方面，他建立了關于黑體輻射的維恩公式。維恩公式的建立，沒有擺脫經(jīng)典理論的束縛，因而沒能成功。維恩信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論物理學的第一朵烏云—“紫外災難”（2）

英國物理學家瑞利、德國物理學家維恩提出的輻射公式與實驗事實矛盾。經(jīng)典物理學面臨考驗。

瑞利（L.Rayleigh,1842-1928）生于埃塞克斯郡。1861年進入劍橋大學三一學院。1873年被選為皇家學會會員。1879年接替麥克斯韋，擔任了卡文迪許實驗室教授。因發(fā)現(xiàn)了氬氣并確定了它的性質(zhì)于1904年獲得諾貝爾物理學獎。1905年被選皇家學會會長。1908年起，擔任劍橋大學名譽校長，直至1919年逝世。

瑞利信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論瑞利—金斯輻射公式的表示形式為：其中

這個公式在低頻部分與實驗數(shù)據(jù)相符，但在高頻部分卻相差極大，隨著頻率的增高，公式的理論值在紫外一端趨于無窮大，而實驗數(shù)據(jù)卻趨于零。人們把這個公式所遇到的困難稱為“紫外災難”。

“紫外災難”反映出經(jīng)典物理學已遭遇嚴重的危機。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

普朗克量子假說的建立（1）

為解決“紫外災難”做出開拓性工作的是德國物理學家普朗克,提出了“能量子”假說，并給出一個新的輻射公式。

普朗克（K.E.L.Plank,1858-1947）生于德國的基爾的一個貴族家庭。少年時期就顯示出了超人的才智，酷愛數(shù)學、物理和古典音樂。中學畢業(yè)時他曾在音樂和物理學之間搖擺不定，不知選擇哪樣作為自己一生的主攻方向。后來他還是選擇了物理學。但作為業(yè)余愛好，音樂依然是普朗克的精神家園。正是普朗克的音樂天賦，才造就了他的物理學成就。少年時代的普朗克信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論普朗克的故鄉(xiāng)—德國的基爾城

1858年4月23日，普朗克出生在這個小城，父親是基爾大學法學教授，祖父和曾祖父都是哥丁根大學著名的神學家。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論普朗克量子假說的建立（2）

1874年，普朗克在馬克西米利安大學預科學習，結(jié)業(yè)后進入慕尼黑大學。1877年轉(zhuǎn)到柏林大學，成為亥姆霍茲和基爾霍夫的學生。先后擔任基爾大學、柏林大學的理論物理學教授。1918年獲得諾貝爾物理學獎。1926年被選為英國皇家學會會員。

1947年10月3日普朗克逝世于哥丁根，終年89歲。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論普朗克量子假說的建立（3）信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

從1894年，普朗克花了6年的時間研究熱輻射問題，在前人研究的基礎上,經(jīng)過反復實驗和公式推導,提出了一個新的輻射公式，這一公式在長波區(qū)和短波區(qū)均與實驗相吻合。

后來，普朗克又提出了這一公式理論假說：物體的輻射以一定的數(shù)量值的整數(shù)倍跳躍式變化，這個“一定數(shù)量值”,是不可再分的能量單元，稱為“能量子”,能量子的大小至于頻率有關。即：,h為普朗克常數(shù),v為頻率。普朗克普朗克量子假說的建立（4）

造成普朗克悲劇的主要原因，一是自身的保守氣質(zhì)，二是傳統(tǒng)思想的束縛。

由于普朗克的能量子假說與經(jīng)典物理學幾百年信奉的關于自然界的連續(xù)的觀念直接矛盾，在當時人們不相信這個新理論，也遭到了大多數(shù)物理學家的反對。就是普朗克本人，在一個長時期內(nèi)，也對能量子假說認識不足而猶豫徘徊甚至持懷疑態(tài)度，兩次試圖退回到經(jīng)典物理學。由于普朗克十幾年的猶豫徘徊，致使沒能在這一領域深入研究下去，取得更大的成就。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論量子力學的建立和發(fā)展（1）德布羅意提出物質(zhì)波假說信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

德布羅意（L.V.deBrogile,1892-1987）生于迪耶普。原先學歷史，大學畢業(yè)后轉(zhuǎn)學物理學。1924年獲博士學位。1928年任教授，并擔任了彭加勒研究所首任所長。1933年，被選為法國科學院院士。1953年被選為英國皇家學會會員。由于在物質(zhì)波理論上做出了開拓性貢獻，德布羅意獲得了1929年的諾貝爾物理學獎。德布羅意量子力學的建立和發(fā)展（2）

丹麥著名物理學家玻爾領導的哥本哈根學派對量子力學的發(fā)展起過重要的作用。

玻爾（N.Bohr,1885-1962）生于哥本哈根。1903年入哥本哈根大學攻讀物理學。先后到英國到卡文迪許實驗室，和盧瑟福實驗室工作。1916年回國在哥本哈根大學任物理學教授。1920年，在哥本哈根創(chuàng)建了理論物理研究所，并在此工作長達40年之久。1939-1962年，玻爾始終擔任丹麥皇家科學院的院長。

玻爾信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

玻爾是量子力學的主要創(chuàng)始人之一。在原子核反應理論和解釋重核裂變現(xiàn)象等方面，也有重大貢獻，并為此而獲得了1922年的諾貝爾物理學獎。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

愛因斯坦與玻爾走在布魯塞爾的大街上信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論量子力學的建立和發(fā)展（3）海森伯創(chuàng)立矩陣力學

海森伯（W.K.Heisenberg,1901-1976）生于維爾茨堡。就學于慕尼黑大學，從師于索末菲。1923年畢業(yè)后，獲得哲學博士學位。1924年到哥本哈根大學深造，在波爾的指導下研究原子的行星模型。先后任萊比錫物理學院、格丁根大學、慕尼黑大學教授。1976年逝世，終年75歲。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

海森伯由于在量子力學上的成就，獲得了1932年的諾貝爾物理學獎。1927年，海森伯在玻恩觀點的基礎上，提出了測不準關系。信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

科技史概論量子力學的建立和發(fā)展（4）海森伯提出“測不準關系”

1927年，海森伯提出了微觀粒子的“測不準關系”，證明微觀粒子的位置與動量的測量誤差有以下關系：代表粒子位置的不確定范圍，代表粒子動量的不確定范圍。

測不準關系表明：粒子的坐標測量越精確，那么對于它的動量的測量就越不精確，即它們是不可能同時準確地被測得的。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論玻爾（右）與海森伯信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論量子力學的建立和發(fā)展（5）

海森伯的老師、英籍德國物理學家玻恩（M.Born,1882-1970年）與約爾丹（P.Jordan,1902-1980）一起，從更嚴格的矩陣數(shù)學的理論出發(fā)，深入地探討了海森伯的思想，寫成論文《關于量子力學Ⅰ》。不久，海森伯又與他們二人合作，共同寫成論文《關于量子力學Ⅱ》，把海森伯的思想發(fā)展成為量子力學的系統(tǒng)理論，即矩陣力學。玻恩信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論量子力學的建立和發(fā)展（6）

在對海森伯矩陣理論研究的過程中，英國物理學家狄拉克以更廣闊的視野來考察量子力學的數(shù)學形式，把經(jīng)典的泊松括號推廣到量子泊松括號，從而找到了比矩陣方法更普遍的數(shù)學方法，把經(jīng)典力學方程改造為量子力學方程。1925年11月7日，他發(fā)表了《量子力學的基本方程》論文，大大推進了量子力學的發(fā)展。1927年，狄拉克發(fā)表了《量子代數(shù)學》論文，使量子力學成為概念自立、邏輯一致的完整理論體系。

英國物理學家狄拉克對量子力學的貢獻信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論狄拉克對量子力學的貢獻

狄拉克（P.A.M.Dirac,1902-1984）曾先后在布里斯托爾大學和劍橋大學圣約翰學院學習。1926年獲得劍橋大學哲學博士學位。1928年，狄拉克把相對論力學方法應用到了量子理論之中，提出了相對論形式的薛定諤基本方程。1930年被選為英國皇家學會會員。同年，狄拉克預言了正電子的存在1932年起直至退休，他一直擔任劍橋大學盧卡斯數(shù)學教授。

1933年獲諾貝爾物理學獎。1984年10月20日逝世于美國，終年82歲。狄拉克是量子力學的主要創(chuàng)始人之一。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論量子力學的建立和發(fā)展（7）薛定諤創(chuàng)立波動力學信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

奧地利物理學家薛定諤（E.Schr?dinger,1887-1961）生于維也納。1910年畢業(yè)于維也納大學。曾先后在德國斯圖加特大學、蘇黎世大學、柏林大學等學校任教。1928年，他接替普朗克擔任了柏林大學教授。1956年，通過數(shù)學手法證明了矩陣力學和波動力學的等效性，為量子力學的創(chuàng)立做出重大貢獻。薛定諤量子力學的建立和發(fā)展（8）

薛定諤方程在量子力學中占有極其重要的地位。由于薛定諤對原子理論的發(fā)展貢獻卓著，1933年，同狄拉克共獲諾貝爾物理學獎。薛定諤波動方程：（其中E為總能量，V為粒子在力場中的勢能；m為粒子的質(zhì)量；為波函數(shù)）信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論4.2.3相對論的建立和發(fā)展信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論相對論產(chǎn)生的背景（1）

經(jīng)典物理學經(jīng)過300多年的發(fā)展，到19世紀末已建立起比較完整的理論體系。有人認為物理學理論已接近完成，物理學中的基本問題在牛頓力學的基礎上都已解決。當時，許多人把經(jīng)典物理學看成是萬能的體系和終極的真理，習慣于用經(jīng)典物理學的觀點去解釋一切自然現(xiàn)象。

經(jīng)典物理學中，認為空間是與外界任何事物無關而永遠是相同的和不動的，時間是自身在均勻地、與任何外界事物無關地流逝著，這是經(jīng)典力學的一個理論基礎。

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科技史概論相對論產(chǎn)生的背景（2）19世紀下半葉，麥克斯韋電磁理論建立以后，人們就試圖用經(jīng)典力學理論解釋麥克斯韋方程，認為光和電磁波的傳播都必須有媒介的物質(zhì)，但這種介質(zhì)是什么，人們一直沒有搞清楚。

17世紀，法國哲學家、物理學家笛卡爾用“以太”（aether）表示一種充滿宇宙的、能傳遞相互作用的無質(zhì)量的物質(zhì)。認為“以太”彌漫整個空間，并做旋轉(zhuǎn)運動。這一理論很快被人們接受。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論物理學的第2朵烏云—“以太災難”（1）

如果“以太”存在，那么根據(jù)1725年英國天文學家布拉德雷發(fā)現(xiàn)的光行差現(xiàn)象，可以認為“以太”相對于太陽靜止而相對于地球運動。如果“以太”相對于地球運動，那就應該可以通過某種方式探測到。

1879年，著名物理學家麥克斯韋提出了一種測定方法：讓光線分別在平行和垂直于地球運動方向等距離往返傳播，平行于地球運動方向所花的時間將會略大于垂直方向的時間。

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科技史概論物理學的第2朵烏云—“以太災難”（2）1881年，美國物理學家邁克爾遜(1852-1931)根據(jù)麥克斯韋提出的原理設計了一個極為精密的實驗，未發(fā)現(xiàn)任何時間差。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論物理學的第2朵烏云—“以太災難”（3）

1887年，邁克爾遜再度與化學家莫雷(1836-1923)合作，以更高精度重復實驗。始終沒有觀察到預期的干涉條紋，即沒有觀測到“以太”和“以太風”的存在。邁克爾遜

莫雷

人們稱以太漂移實驗的“零”結(jié)果為“以太災難”。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論邁克爾遜—莫雷實驗原理示意圖

由光源S發(fā)出的光入射到半透半反鏡G后，一部分發(fā)射到平面鏡M2上再反射回來透過G到達望遠鏡T；另一部分透過G達到M1，再由M1和G反射也到達T。假定G到M1和M2的距離均為L，且M1和M2間不嚴格垂直，那么在望遠鏡的目鏡中將看到干涉條紋。SM2M1TG

但邁克爾遜—莫雷始終沒有觀察到預期的干涉條紋信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論邁克爾遜干涉儀信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

為解釋“以太災難”，世界上許多著名物理學家進行了不懈的努力和探索。愛爾蘭物理學家菲茨杰拉德、荷蘭物理學家洛侖茲、法國數(shù)學家彭加勒都進行了研究和探索。為解釋“以太災難”的努力信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論為解釋“以太災難”的努力（1）

1889年，愛爾蘭物理學家菲茨杰拉德（G.Fitzgerald,1851-1901）提出了物體在以太風中的收縮假說，他認為在運動方向上，物體長度將會縮短，以致我們無法在光學實驗中探測出以太漂移的跡象。愛爾蘭物理學家菲茨杰拉德的工作信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

為解釋“以太災難”的努力（2）荷蘭物理學家洛侖茲的探索信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

洛侖茲（H.A.Lorentz,1853-1928）生于阿納姆。畢業(yè)于萊頓大學。1875年獲博士學位。1878年起任萊頓大學理論物理學教授。因研究磁場對輻射現(xiàn)象的影響取得重要成果，與塞曼共獲1902年諾貝爾物理學獎。洛侖茲是一位具有卓越的理論研究才能的科學家，他的一系列重要成果，與相對論的建立，有著密切的關系。洛侖茲為解釋“以太災難”的努力（3）荷蘭物理學家洛侖茲的探索

1892年，洛侖茲獨立提出了收縮假說，并且推導出不同運動狀態(tài)的慣性參考系之間時空坐標的變換關系，即著名的“洛侖茲變換”。

但是，洛侖茲沒有能夠擺脫經(jīng)典時空觀的束縛，始終沒有放棄存在靜止以太的假說，也沒能深刻認識到他所發(fā)現(xiàn)的變換的真正意義?？梢哉f，洛侖茲一直徘徊在相對論理論的大門口。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

為解釋“以太災難”的努力（4）法國數(shù)學家彭加勒的探索信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

彭加勒(J.H.Poincaré,1854-1912)先是從事采礦業(yè)，以后又對純數(shù)學和應用數(shù)學發(fā)生興趣，1873～1879年先后在巴黎多種工藝學院和礦業(yè)學院學習，1881年轉(zhuǎn)到巴黎大學數(shù)學系。他曾在巴黎大學任教。1887年被選為法國科學院院士，后當選為主席。在1905年出版的《論電子力學》論文中，預見到了愛因斯坦在狹義相對論中獲得的若干結(jié)果，闡述了相對論的部分思想。彭加勒為解釋“以太災難”的努力（5）

彭家勒提出：“光具有不變的速度，它在一切方向上都是相同的”，他主張針對“以太”漂移實驗的“零”結(jié)果，引入更普遍的觀念，而不是像洛侖茲那樣提出太多的假設。

1904年，他提出應建立一門全新的力學，并論述了后來愛因斯坦相對論的部分內(nèi)容。他提出，物體的慣性隨著速度的增加而增加，光速是不可逾越的界限，并推測電磁場能量可能具有質(zhì)量。他的這些觀點已是相對論的雛形，但他卻沒有從牛頓絕對時空觀中解脫出來，因此未能作出根本性的理論突破。法國數(shù)學家彭加勒的探索信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論真正為為解釋“以太災難”做出巨大貢獻的是德國物理學家愛因斯坦信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論愛因斯坦與狹義相對論的創(chuàng)立（1）

愛因斯坦(A.Einstein,1879-1955)生于德國南部小城烏爾姆。3歲還不會說話，家里人擔心他是個低能兒。在母親的指導下，6歲開始學習小提琴。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論愛因斯坦與狹義相對論的創(chuàng)立（2）

愛因斯坦上中學后，愛因斯坦學業(yè)不太突出，除了數(shù)學較好外，其他功課成績一般，尤其是拉丁文和希臘文課成績很差，中途退學。少年愛因斯坦（14歲）信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論愛因斯坦與狹義相對論的創(chuàng)立（3）

1895年，16歲的愛因斯坦來到瑞士蘇黎世，準備報考蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學，而沒考取。后來，愛因斯坦來到蘇黎世附近的阿勞鎮(zhèn)中學讀書，準備來年再考。

1896年，愛因斯坦終于考取了蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學，成為著名數(shù)學家明可夫斯基（H.Minkowski，1864-1909）的學生。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論愛因斯坦與狹義相對論的創(chuàng)立（4）信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

1900年,愛因斯坦大學畢業(yè)未找到工作。

1901年2月，愛因斯坦取得瑞士國籍。后來在朋友的幫助下，在伯爾尼專利局找到一份工作，在那里工作了七年。期間愛因斯坦一直非常關心物理學界的前沿動態(tài)，在許多問題上深入思考，形成了自己獨特見解，狹義相對論就是在此間誕生的。愛因斯坦在伯爾尼專利局的辦公室（26歲）愛因斯坦與狹義相對論的創(chuàng)立（5）

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科技史概論

1905年，年僅26歲的愛因斯坦一年中在德國《物理學雜志》上發(fā)表了5篇論文，其中三篇每一篇都具有劃時代意義。

第1篇是關于光電效應的——《關于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個啟發(fā)性觀點》；第2篇是關于布朗運動的——《熱的分子運動所要求的靜液體中懸浮粒子的運動》；第3篇是關于相對論的——《論動體的電動力學》；《論動體的電動力學》一文的首頁什么是光電效應現(xiàn)象?信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

（1）當照射光的頻率大于某一定值（稱為光電效應的紅限）時，立刻就有光電子發(fā)射出來；如果光的頻率低于這個值，則不論光的強度有多大，照射時間有多長，都不會有光電子產(chǎn)生。（2）單個光電子的能量與光的強度無關，只與頻率有關。頻率越高，光電子能量越大。（3）光的強度只影響光電子的數(shù)目。強度越大，光電子的數(shù)目越多。1912年的愛因斯坦愛因斯坦光量子理論信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

1905年3月，愛因斯坦在他發(fā)表的《關于光的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)化的一個啟發(fā)性觀點》一文中，提出了“光量子”假說。他認為，即使在空中傳播的過程中，輻射也是不連續(xù)的。光和原子、電子一樣具有粒子性。光就是以光速C運動著的粒子流，把這種粒子叫“光量子”，后來又稱光子。每個光量子具有的能量與對應的頻率之間有下列關系：（h為普朗克常數(shù)）。愛因斯坦與狹義相對論的創(chuàng)立（6）信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

1905年9月，愛因斯坦發(fā)表了題為《論動體的電動力學》的論文,提出了狹義相對論的兩條基本假設——相對性原理和光速不變原理。他認為，根本不存在絕對靜止的以太坐標系。同時性是相對的而不是絕對的。在此基礎上，他推導出了一個變換式——洛侖茲變換式，并給予了全新的解釋。1920年愛因斯坦在柏林的書房里愛因斯坦與狹義相對論的創(chuàng)立（7）愛因斯坦由此得出了狹義相對論的幾個結(jié)論：

（1）運動著的尺子要縮

（2）運動著的時鐘變慢

（3）運動的物體質(zhì)量增大

（4）在任何慣性系中，物體的運動速度都不能超過光速（5）同時性并不是絕對的。

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科技史概論狹義相對論實驗（1）信息電子工程學院

在行進的車廂內(nèi)外各有一個小球，同時垂直落下。相對于地面觀察者，兩個小球的下落軌跡一樣嗎？

在地面觀察者看來，車廂外的小球是垂直落下，而車廂內(nèi)的小球則是沿車廂行進方向斜著落下。在車廂內(nèi)的觀察者看來，情況則正好相反。本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論狹義相對論實驗（2）信息電子工程學院ABC

但對于一個由A向B運動的觀察者來說，也是運動到C點，他卻發(fā)現(xiàn)B點的閃光先于A點的閃光到達，他們不是同時發(fā)生的。

若A、B兩地各發(fā)生了一件事情（如一次閃光），對AB中點的觀察者C來說，A、B兩地的閃光同時到達該點，則推測兩事件是同時發(fā)生的。這個實驗說明同時性是相對的！AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論狹義相對論實驗（3）信息電子工程學院

在車廂中間向前、后同時射出一束光，光線將同時到達車頭和車尾，不論列車是在停止狀態(tài)還是行進中。但對于地面的觀察來說，情況是不是一樣呢？

答案是不一樣。如果當光源行進到與地面觀察者垂直位置時，向車頭、車尾發(fā)射光線，對于地面觀察者，會看到光線先到達車尾。同時性并不具有絕對意義而是相對的。本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論狹義相對論的創(chuàng)立（8）明可夫斯基

愛因斯坦的老師著名數(shù)學家明可夫斯基（H.Minkowski，1864-1909）不僅到處宣傳狹義相對論思想，而且自己也進行了深入研究。他引進了第四坐標——時空坐標ICT，同三維空間坐標結(jié)合在一起，組成四維空間，用來描述物理事件，為狹義相對論找到了比較完美的數(shù)學形式，并進一步揭示了時間的統(tǒng)一關系。明可夫斯基的工作還為狹義相對論發(fā)展到廣義相對論提供了數(shù)學方法。

德國數(shù)學家明可夫斯基的工作信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論愛因斯坦與狹義相對論的創(chuàng)立（9）

1912年，愛因斯坦擔任了蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學的教授。1913年，被選為普魯士皇家科學院院士。第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后的1914年，愛因斯坦參加了反戰(zhàn)知識分子在柏林組成的新祖國聯(lián)盟。1915年，他完成了廣義相對論的偉大著作。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論狹義相對論的創(chuàng)立（10）

狹義相對論的建立是物理學發(fā)展史上的革命，它改變了經(jīng)典力學的許多基本概念和基本觀點，把空間、時間和物質(zhì)的運動聯(lián)系起來。但它并不是全盤否定經(jīng)典力學。相反，它是把經(jīng)典力學作為一種特殊情況包括在自身中。狹義相對論所揭示的時空觀在哲學上也有其重要意義。

狹義相對論不僅堅持了時空的客觀性的唯物主義觀點，而且揭示了時間、空間的量度與物質(zhì)的運動狀態(tài)的直接聯(lián)系，有力地批駁了舊的形而上學的絕對時空觀，為豐富和發(fā)展辯證唯物主義時空觀提供了現(xiàn)代自然科學的理論基礎。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論廣義相對論的創(chuàng)立（1）

狹義相對論建立以后，愛因斯坦看到了它的局限性，他繼續(xù)探求一種更普遍的理論。愛因斯坦經(jīng)過多年思考和準備，他用整整七年的時間，甚至大大超出讀完一屆大學所需的時間，學習了非歐幾何，最后，他從德國數(shù)學家黎曼的協(xié)變理論獲得了新的創(chuàng)造動力。經(jīng)過前后共10年的潛心研究，他終于在1915年把狹義相對論推廣為廣義相對論。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論廣義相對論的創(chuàng)立（2）1916年初，他發(fā)表了《廣義相對論基礎》，進行了系統(tǒng)的理論總結(jié)。在愛因斯坦本人看來，這是他一生中最重要的科學發(fā)現(xiàn)，也是他一生中最愉快的事情。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論廣義相對論的創(chuàng)立（3）信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

廣義相對論預言：由于太陽的質(zhì)量的緣故，太陽近處的點的光錐會向內(nèi)稍微偏折。

表明從遠處恒星發(fā)出的剛好通過太陽附近的光線會被折彎很小的角度，對于地球的觀察者而言，該恒星顯得不是原來的位置。太陽恒星實際位置地球上觀測者觀測到的位置廣義相對論的創(chuàng)立（4）信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

廣義相對論的另一預言：在像地球這樣大的質(zhì)量的物體附近，時間顯得更慢一些。這是因為光能量和它的頻率有關系：能量越大，則頻率越高。當光從地球的引力場往上走，它失去能量，因而其頻率下降。從在上面的某個人來看，下面發(fā)生的事情都顯得需要更長的時間。

如左圖所示，塔基底下的更靠近地球的鐘比安放在塔頂?shù)溺娮叩寐?。廣義相對論的驗證（1）信息電子工程學院

（1）愛因斯坦用廣義相對論，圓滿地解釋了水星近日點的進動問題。（2）1911年，愛因斯坦預言光線在強引力場中，太陽光譜線同地面上光源的光譜線相比，有一個稍向光譜紅端移動，即所謂光的引力頻移。

1924年，天文學家通過對天狼星伴星的觀察，證實了這一預言。（3）1916年，愛因斯坦根據(jù)廣義相對論，計算出光線在強引力場中要產(chǎn)生偏移，并計算出恒星光線經(jīng)過太陽邊緣的偏轉(zhuǎn)度為1.7弧秒。AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

廣義相對論的驗證（2）信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)1919年5月，由英國天文學家物理學家愛丁頓（A.S.Eddington，1882-1944）率領的一支考察隊在西非的普林西比島對日全食進行了觀測,發(fā)現(xiàn)光線經(jīng)過太陽邊緣時發(fā)生了1.61弧秒的偏轉(zhuǎn)。

與此同時,另一支英國科學考察隊在南美的索布拉爾進行了日全食觀測，其結(jié)果為1.98弧秒。這些數(shù)值證實了愛因斯坦的預言。愛丁頓AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論愛因斯坦與相對論

1920年，愛因斯坦開始遭受排猶主義分子的迫害，1932年12月被迫離開德國，漂泊異鄉(xiāng)。1940年加入美國國籍，此后他一直生活在美國。

1955年4月18日，愛因斯坦逝世于普林斯頓，終年76歲。

愛因斯坦是現(xiàn)代最著名的科學家之一，是相對論的偉大創(chuàng)始人之一，是繼伽利略、牛頓之后的最杰出的物理學家。在物理學眾多領域中，他作出了許多重大貢獻。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論愛因斯坦獲得的諾貝爾物理學獎狀信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

1938年愛因斯坦在一個朋友家中騎自行車信息電子工程學院科技史概論音樂中的愛因斯坦信息電子工程學院科技史概論1941年的愛因斯坦1929年的愛因斯坦愛因斯坦和第一任妻子米列娃及兒子漢斯信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

愛因斯坦和第二任妻子愛爾莎信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

愛因斯坦和奧本海姆信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

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1925年，愛因斯坦與玻爾討論量子力學問題?？嗫嗨妓鞯牟柡徒g盡腦汁的愛因斯坦。

愛因斯坦（左5）訪問威爾遜山時和邁克爾遜（左4）、哈勃（左2）合影。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論1928年，愛因斯坦（左2）與普朗克（中）、密立根（左4）和勞厄（右1）在一起。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論愛因斯坦與普朗克信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

1931年，愛因斯坦（左3）與邁克爾遜（左2）、密立根（右1）在一起。信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

愛因斯坦與愛丁頓信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

上圖

1951年，愛因斯坦72歲生日宴會上，朋友請他擺個照相的姿勢，愛因斯坦伸出了他的舌頭。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論

下圖為位于德國波茨坦大學內(nèi)的愛因斯坦塔，建于1920-1927年間，主要用于太陽系觀測。愛因斯坦與約里奧.居里信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

愛因斯坦與范圖瓦。1936年愛爾莎去世后，愛因斯坦開始與范圖瓦交往。在普林斯頓，人們公認范圖瓦是愛因斯坦最后的密友。愛因斯坦20世紀50年代攝于普林斯頓信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)◆

愛因斯坦在普林斯頓的住所第五次索爾維會議與會者合影（1927.10.24-29）從左至右:前排坐者:朗繆爾普朗克居里夫人洛侖茲愛因斯坦朗之萬居伊威爾遜里查孫后排坐者:德拜克努森布拉格克拉末斯狄拉克康普頓德布羅意玻恩玻爾后排立者:皮卡德享里奧特埃侖菲斯特赫爾芩德唐德薛定諤費莎費爾特泡利海森伯福勒布里淵信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY4.3現(xiàn)代物理學的發(fā)展

信息電子工程學院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概論導言20世紀30年代以來，繼相對論和量子力學的創(chuàng)立，現(xiàn)代物理學取得了一系列新的成就。原子核物理學、粒子物理學、凝聚態(tài)物理學等先后發(fā)展起來，形成了現(xiàn)代物理學空前發(fā)展的新局面。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論4.3.1原子核物理的形成和發(fā)展

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科技史概論原子結(jié)構的探索（1）

英國物理學家J.J.湯姆遜

J.J.湯姆遜于1903年12月提出了第一個原子結(jié)構模型。他認為原子是一個實心的球體，它象個西瓜，其中電子象是瓜子，帶負電；帶正電的物質(zhì)象瓜瓤一樣均勻分布在原子內(nèi)—“西瓜模型”或稱“葡萄干蛋糕模型”。電子在靜電的吸引與排斥作用下，達到某種平衡位置，并以一定頻率在平衡位置附近振動，從而發(fā)出電子輻射。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論J.J.湯姆遜的原子結(jié)構模型

這種“西瓜模型”認為電子在原子內(nèi)部的分布也不是任意的，它們排列在各個同心圓上，并且各個同心圓上只有有限的電子位置。這種模型可解釋元素周期律，但解釋不了原子譜線的和諧性，但它對后來進一步研究原子結(jié)構是有啟發(fā)作用的。電子正電荷球型分布湯姆遜的原子結(jié)構模型信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論原子結(jié)構的探索（2）

日本科學家長岡半太郎1904年，日本的長岡半太郎（1865-1950）受麥克斯韋關于土星環(huán)研究的啟發(fā)，提出了原子結(jié)構的“土星模型”。他設想原子內(nèi)有帶正電的質(zhì)量較大的中心粒子，而電子則均勻分布在一個環(huán)上，圍繞中心粒子旋轉(zhuǎn)。這個模型比湯姆遜模型前進了一步，但其計算、論述還不令人滿意。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論原子結(jié)構的探索（3）

英國物理學家盧瑟福

盧瑟福（E.Rutherford,1871-1937）出生于新西蘭納爾遜城的一個英國移民后裔家庭。少年時期學習成績一直優(yōu)秀。1893年畢業(yè)于新西蘭大學的坎特伯雷學院。1895年到英國卡文迪許實驗室，成為J.J.湯姆遜的研究生和助手。1907年回到英國，任曼徹斯特大學教授。1908年獲諾貝爾化學獎。1919年接替湯姆遜擔任了劍橋大學卡文迪許實驗室主任。1925～1930年，盧瑟福擔任了英國皇家學會會長。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論盧瑟福提出的原子結(jié)構“微太陽系模型”

盧瑟福受哥白尼日心說啟發(fā)，在α粒子大角度散射實驗的基礎上，放棄了老師J.J.湯姆遜的“西瓜模型”，于1911年提出了原子結(jié)構有核模型—“微太陽系模型”。他認為原子中的正電荷集中于原子的中心部分，即為原子核，它集中了原子的全部正電荷和幾乎全部質(zhì)量。電子則很輕，很小，它們分布在原子核外的空間里繞核運動，就象行星繞太陽運動一樣。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論盧瑟福原子結(jié)構模型信息電子工程學院科技史概論TheStructureoftheAtomToday信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子核用的實驗儀器用信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論英國物理學家盧瑟福

1937年10月9日，盧瑟福逝世于劍橋，終年66歲，他被安葬在牛頓的墓旁。

1920年預言中子的存在，12年后被他的學生查德威克證實。盧瑟福（右）與蓋革在曼徹斯特的實驗室信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論盧瑟福在實驗室信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論盧瑟福20年代初的實驗室信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論原子結(jié)構的探索（5）

丹麥物理學家玻爾

為解決盧瑟福原子模型之不足，盧瑟福的學生丹麥物理學家玻爾邁出了關鍵一步。他根據(jù)大量精確的光譜數(shù)據(jù)和經(jīng)驗公式，把量子概念引入原子結(jié)構的研究中，提出了原子結(jié)構的量子化軌道理論和模型。這個模型不僅解釋了原子的穩(wěn)定性，而且成功地解釋了原子光譜和輻射的基本定律。信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論信息電子工程學院玻爾原子結(jié)構的量子化軌道理論和模型

（1）電子只能在一些特定的圓軌道上繞核運行。（2）電子在上述特定軌道上運行時不發(fā)射也不吸收能量，因此是穩(wěn)定的。（3）當電子從一個具有較高的能量的軌道躍遷到具有低能量的軌道時，就要發(fā)射出輻射。反之，那就是輻射吸收的過程。本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論質(zhì)子、中子的發(fā)現(xiàn)（1）

1914年，盧瑟福用陰極射線轟擊氫，結(jié)果使氫原子的電子被打掉，變成了帶正電的陽離子，它實際上就是氫的原子核。盧瑟福推測它就是人們從前所發(fā)現(xiàn)的與陰極射線相對的陽極射線，它的電荷量為一個單位，質(zhì)量也為一個單位，盧瑟福將其命名為質(zhì)子。

信息電子工程學院H+-質(zhì)子電子本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論質(zhì)子、中子的發(fā)現(xiàn)（2）

1919年，盧瑟福在用加速了的高能α粒子轟擊氮原子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有質(zhì)子從氮原子核中被打出，而氮原子變成了氧原子，首次實現(xiàn)了人工核嬗變，將一種元素變成另一種元素。信息電子工程學院α

粒子

N氮O+氧質(zhì)子本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論質(zhì)子、中子的發(fā)現(xiàn)（3）

物理學家莫塞萊

盧瑟福的學生莫塞萊(Moseley,1887-1915）在實驗中發(fā)現(xiàn)，原子核所帶正電荷數(shù)與原子序數(shù)相等，但原子量卻比原子序數(shù)大，這說明，如果原子核僅由質(zhì)子和電子組成，它的質(zhì)量將是不夠的，因為電子的質(zhì)量相比起來可以忽略不計?；诖?，盧瑟福在1920年就猜測存在一種不帶電的中性粒子.

學生時代的莫塞萊信息電子工程學院本章結(jié)束本章開始上一節(jié)下一節(jié)AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概論質(zhì)子、中子的發(fā)現(xiàn)（4）

德國物理學家玻特

1930年，德國的玻特（W.G.bothe,1891-1957）和他的學生貝克爾（H.Becker）在實驗中發(fā)現(xiàn)，當用釙α粒子轟擊金屬鈹原子時，會產(chǎn)生一種穿透力極強的射線，穿透力比r射線大得多，而且該射線呈電中性。但他們斷定這種貫穿輻射是r