欢迎您访问科普小知识本站旨在为大家提供日常生活中常见的科普小知识,以及科普文章!
您现在的位置是:首页  > 科普文章

百年诺贝尔物理学奖钩沉

科普小知识2022-07-30 18:48:20
...

百年诺贝尔物理学奖钩沉

物理学被认为是最基本的自然科学,它试图以统一的方式描述物质的行为,涵盖尽可能多的现象类型。它与天文学研究密切相关。它的一些应用接近经典化学的范畴。根据目前的趋势,它也与微生物学的某些部分密切相关。物理学是这些独立学科处理各自领域问题的概念、工具和基础。

在诺贝尔奖过去的一个世纪里,物理学经历了学科革命和随之而来的无数伟大思想的碰撞。尼尔斯·玻尔说:“与普遍真理相反,这是错误的;与一个伟大的想法相反的是另一个伟大的想法。”不管我们是否可以这样说,正是由于这样的发展和争论,演绎和碰撞,物理学变得越来越完美和细致,从而实现了它在诺贝尔奖的100年历史的荣耀。

从经典物理到量子物理

1901年,当第一个诺贝尔物理学奖颁发时,经典物理学领域似乎坐落在一个异常坚实的平台上——早在1687年,牛顿的“自然哲学的数学原理”就为经典力学奠定了基础,到19世纪末,它已经发展到相当完美的水平。

然而,“在物理学的晴空之外,仍然有两个令人不安的小乌云”(摘自开尔文1900年的报告)。这是指当时物理学无法解释的两种实验现象:热辐射实验和迈克尔逊-莫雷实验。正是这两个小“乌云”暴露了经典物理学的局限性,同时也酝酿了20世纪物理学的一场革命风暴。至此,牛顿创立的经典力学自然发展成了量子力学。

量子力学的创始人是普朗克,他在1918年获得了诺贝尔物理学奖。量子力学大师被认为是狄拉克,他获得了1933年的诺贝尔奖。1930年,他的《量子力学原理》完成了量子力学的综合。

然而,在从经典物理学向量子物理学的过渡过程中,物理学领域也出现了一场影响深远的争论。在这个案例中,玻尔、玻恩、海森堡和泡利属于一个派别。站在他们对面的是爱因斯坦、薛定谔和德布罗意。这些大师因其对量子物理学的杰出贡献而相继获得诺贝尔物理学奖。

1999年,荷兰的霍夫和维尔特曼获得了20世纪最后一个诺贝尔物理学奖,也是因为他们在量子科学领域的贡献——阐明了物理学中弱电相互作用的量子结构。

微观世界和宏观世界

量子力学让我们知道微观粒子具有波粒二象性,它们的运动不能用一般宏观物体的运动规律来描述。

在20世纪上半叶,人们已经认识到,深入观察微观世界中的新粒子及其相互作用是理解宏观结构的必要过程——包括我们生活的世界和更大规模的宇宙。今天,粒子物理学、天体物理学和宇宙学已经紧密结合在一起。

在过去的100年里,从原子开始,亚原子微观世界和人类已知的最小的组成部分逐渐“渗透”到诺贝尔奖获得者的“作品”中。

举几个例子。1921年物理学奖的获得者是著名的爱因斯坦,他因在理论物理方面的成就,尤其是光电效应定律的发现而获奖。

1935年,英国的查德威克因发现中子而获奖。此后,中子“致力于”物理科学研究。在此基础上,费米证明了中子辐照可以产生新的放射性元素的存在,并发现了慢中子引起的核反应,获得了1938年物理学奖。

1939年,美国的劳伦斯因发明和发展回旋加速器以及对人造放射性元素的研究而获奖。正是这种机器诞生了。1951年,考克洛夫和沃顿因为他们在人工加速原子核进化方面的开创性工作而获得了奖杯。

在20世纪50年代发现了更多的新粒子后,类似的发现和遗产实在是太多了,无法提及。到本世纪末,美国的佩尔和赖恩斯在1995年获得了这个奖项。他们分别发现了τ轻子和中微子,并对轻子物理进行了开创性的实验研究。

物理理论与实践技术

理论和基础研究肯定会对技术设备产生重要影响,但其中一些是划时代的。

一个明显的例子发生在1965年。三位美国科学家——肖克利、巴丁和布拉顿——因他们对半导体的研究和晶体管效应的发现获得了诺贝尔奖。正是他们的发现直接导致了电子晶体管的革命。

1964年,巴索夫、托马斯和普罗霍罗夫因在量子电子学领域的基础研究中做出突出贡献而获得诺贝尔物理学奖。他们的理论成就导致了基于受激微波激光原理的振荡器和放大器的构建。

还有前面提到的粒子加速器。除了用于物理研究,它们也是材料科学和医学的重要工具。

此外,许多获得诺贝尔物理学奖的“作品”显示了那个时代相当大的直接技术应用实力。

早期的例子,如1912年瑞典的达伦,因发明了用于控制灯塔和浮标中的气体蓄能器的自动调节阀而获奖。荷兰的塞尔尼克于1953年获奖,他对相差显微镜方法的确认导致了相差显微镜的发明。1986年,罗斯卡凭借第一台电子显微镜获得了该奖项。同年,宁滨和罗尔也与他分享了这个奖项。

这些实用的技术发明和理论突破一样深刻。你知道,核物理和粒子物理的研究进展一直强烈依赖先进技术——有时甚至成为它们背后的驱动力。

近年来,一些技术发明已被证明是当代重要的通信和信息设备:新世纪第一批诺贝尔物理学奖获得者之一基尔比为现代信息技术奠定了基础。1958年,kilby生产了第一个集成电路,后来被称为“芯片”,这为电子电路的小型化和大规模生产开辟了道路。正是他和另外两位获奖者,阿尔费罗夫和克罗默,共同创造了一场人们熟知的“信息技术革命”。