7物理學(xué)革命和現(xiàn)代科學(xué)的產(chǎn)生匯總

第三局部現(xiàn)代自然科學(xué)——物理學(xué)革命及現(xiàn)代科學(xué)的產(chǎn)生(19世紀(jì)末－20世紀(jì)初)

19世紀(jì)理論科學(xué)的巔峰狀態(tài)及其隱含的危機(jī)以物理學(xué)最為典型，牛頓力學(xué)無比強(qiáng)大的理論威力，光學(xué)、電磁學(xué)、力學(xué)的統(tǒng)一使物理學(xué)顯示出一種形式上的完整，被譽(yù)為“一座莊重宏偉的建筑體系和動(dòng)人心弦的美麗廟堂”。當(dāng)時(shí)很多物理學(xué)家認(rèn)為：物理學(xué)的大廈已經(jīng)落成，人類對(duì)自然界的生疏已經(jīng)到了終點(diǎn)。以致普朗克的教師曾勸他說“年輕人，物理學(xué)是一門已經(jīng)完成了的科學(xué)，不會(huì)再有多大的進(jìn)展了，將一生獻(xiàn)給這門學(xué)科，太惋惜了?！奔僭O(shè)說19世紀(jì)是科學(xué)的世紀(jì)的話，20世紀(jì)則被稱作是科學(xué)革命的世紀(jì)！世紀(jì)之交科學(xué)家眼中的物理學(xué)開爾文的世紀(jì)回憶19世紀(jì)的最終一天，歐洲著名的科學(xué)家團(tuán)聚一堂。會(huì)上英國(guó)著名物理學(xué)家開爾文發(fā)表新年祝詞。他在回憶物理學(xué)所取得的宏大成就時(shí)說，物理大廈已經(jīng)落成，所剩只是一些修飾工作。但在展望20世紀(jì)物理學(xué)前景時(shí)，開爾文假設(shè)有所思地講道：動(dòng)力理論確定了熱和光是運(yùn)動(dòng)的兩種方式，現(xiàn)在，它的美麗而晴朗的天空卻被兩朵烏云掩蓋了，第一朵烏云消失在光的波動(dòng)理論上，其次朵烏云消失在關(guān)于能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上。物理學(xué)革命19世紀(jì)末，物理學(xué)界連續(xù)發(fā)生了三個(gè)重大大事，這就是X射線、放射性和電子的覺察?！拔锢韺W(xué)危機(jī)”正是這“兩朵烏云”和“三大試驗(yàn)覺察”引起了“物理學(xué)革命”?，F(xiàn)代科學(xué)的產(chǎn)生物理學(xué)晴朗天空的“兩朵烏云”以及19世紀(jì)末物理學(xué)的三大試驗(yàn)覺察把物理學(xué)由經(jīng)典階段推動(dòng)到現(xiàn)代階段?！耙蕴啤钡牧憬Y(jié)果、“紫外災(zāi)難”X射線、放射性、電子的覺察相對(duì)論和量子力學(xué)構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的兩大理論支柱。兩朵烏云以太漂移：以太被稱為一種介質(zhì)，依據(jù)當(dāng)時(shí)科學(xué)界的說法，人們可以由光速在不同方向的差異，判定一個(gè)慣性系相對(duì)于靜止以太的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并確定以太的存在。試驗(yàn)卻明白無誤地說明，光速是完全不變的〔“以太漂移”的零結(jié)果〕。紫外災(zāi)難：黑體是物理學(xué)中為了爭(zhēng)論物體吸取和輻射規(guī)律而構(gòu)造的一種抱負(fù)模型，能百分之百吸取輻射到它上面的電磁波，同樣溫度下，它所發(fā)出的熱輻射也比其它任何物體都強(qiáng)。德國(guó)維恩和英國(guó)瑞利得到相反的公式、結(jié)果而無法解釋〔黑體輻射試驗(yàn)〕。19世紀(jì)末物理學(xué)的三大覺察1895年,倫琴覺察X射線.(倫琴,W.C.Rontgen,1845-1923,德國(guó)物理學(xué)家,1901年獲首屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))1896年,貝克勒爾覺察放射性.(貝克勒爾,H.A.Becquerel,1852-1908,法國(guó)物理學(xué)家,1903年同居里夫婦一起獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).)1897年,湯姆生覺察電子.(J.J.Thomson,1856-1940,英國(guó)物理學(xué)家,1906年獲諾貝爾物理獎(jiǎng).)關(guān)于陰極射線本性的爭(zhēng)論1.X射線的覺察起源于對(duì)陰極射線的爭(zhēng)論，1856年德國(guó)蓋斯勒放電管的制造為爭(zhēng)論真空放電現(xiàn)象供給了試驗(yàn)手段；1859年德國(guó)普呂克覺察了放電管陰極發(fā)出的綠色輝光，1876年德國(guó)戈?duì)柎奶怪赋鼍G色輝光是由陰極的某種射線引起的，命名為“陰極射線”。2.圍繞陰極射線的本性究竟是光波還是粒子，德國(guó)和英國(guó)科學(xué)家開放了爭(zhēng)論，最終導(dǎo)致了物理學(xué)的三大試驗(yàn)覺察。1.X射線的覺察1895年11月10日，德國(guó)物理學(xué)家倫琴倫琴〔1854-1923〕在做陰極射線試驗(yàn)時(shí)，偶然覺察了一種新的輻射，它能輕易穿透一些如紙張之類不透亮的物質(zhì)。倫琴把它叫做X射線。奇妙的X射線倫琴

1901年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)

——X射線的發(fā)現(xiàn)偶然性？X射線的覺察過程在物理學(xué)史上是一個(gè)必定性通過偶然性開拓道路的典型例證。在倫琴之前，英國(guó)克魯克斯等人曾遇見過它，但均因疏忽而與重大覺察擦肩而過。真正的科學(xué)覺察必需是在受控試驗(yàn)中獲得，能夠普遍重復(fù)并不斷承受檢驗(yàn)，運(yùn)用試驗(yàn)家的技巧和理論家的頭腦將一個(gè)偶然現(xiàn)象變成真正的科學(xué)覺察。倫琴因覺察X射線榮獲1901年的首次頒發(fā)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。2.放射性的覺察倫琴覺察的X射線引起法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾〔1852-1908〕的興趣。由于倫琴是通過熒光材料所發(fā)出的熒光而覺察X射線的，所以貝克勒爾想知道是否全部熒光材料都能放出X射線。太陽光下1.1896年2月，貝克勒爾把感光片包在黑紙里放到太陽下，再把熒光物質(zhì)的晶體壓在上面。2.他的設(shè)想是：太陽光照射晶體產(chǎn)生熒光，假設(shè)熒光中有X射線，那么它就能穿透黑紙使底片曝光。3.果真，底片沖洗出來后，上面有了陰影。這證明有放射線穿透了黑紙，貝克勒爾斷定熒光確實(shí)放出X射線。陰天1.接著數(shù)日陰天，無法到太陽底下做試驗(yàn)。2.貝克勒爾只好把包好的底片放進(jìn)抽屜，上面還是壓著那塊熒光物質(zhì)的晶體。3.由于接連幾天沒有太陽，無所事事之下，貝克勒爾打算把抽屜里的底片先洗出來看看，或許晶體里殘存的熒光能使底片消失微弱的陰影。放射性1.結(jié)果大出所料，底片上有很多的陰影。2.明顯，這陰影與太陽無關(guān)、與熒光無關(guān)，而與晶體本身有關(guān)。3.貝克勒爾用的晶體是一種鈾的化合物——硫酸雙氧鈾鉀，這樣他便覺察了鈾能自發(fā)輻射出能量。居里夫人在1898年把這種現(xiàn)象命名為放射性。居里夫人居里夫人〔1867-1934〕生于波蘭，法國(guó)科學(xué)家。X射線和鈾的放射性激發(fā)了她對(duì)放射線的爭(zhēng)論興趣。在對(duì)鈾礦物放射性的爭(zhēng)論中，她覺察某些鈾礦物的放射性特殊強(qiáng)，并斷定這額外的放射性是由未知的放射性元素造成的。為了查找這種未知元素，她的丈夫居里〔1859-1906〕也參加到了她的工作中來。釙和鐳1.1898年7月居里夫婦從鈾礦中分別出一小點(diǎn)新元素的粉末，這種新元素被命名為釙，放射性比鈾強(qiáng)數(shù)百倍，但還缺乏于說明一些鈾礦石猛烈的放射現(xiàn)象。2.1898年12月居里夫婦檢測(cè)出了放射性更強(qiáng)的物質(zhì)，并把它命名為鐳。1902年他們經(jīng)過了很屢次的結(jié)晶處理，用了三年零九個(gè)月，最終成功地從8噸廢瀝青中提煉出0.1克鐳。用于覺察鐳與釙的瀝青鈾礦樣品居里夫婦宣稱存在鐳元素的論文手稿1898年12月宣布一種放射性比鈾元素強(qiáng)百萬倍的新元素，命名為“鐳”1898年7月向巴黎科學(xué)院提交“論瀝青鈾礦中的一種新物質(zhì)”命名為“釙”Polonium（Poland)居里夫人博士論文封面，1903年1903年的居里夫人兩個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)1903年居里夫人因?qū)Ψ派渚€的爭(zhēng)論與貝克勒爾和她的丈夫共享了該年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；1911年她又因覺察兩種新元素而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。兩次獲諾貝爾獎(jiǎng)，僅僅為了不影響一般的教學(xué)工作，她沒有出席頒獎(jiǎng)儀式。居里夫婦在1903年獲得的諾貝爾獎(jiǎng)證書她是巴黎大學(xué)第一位女教授，是法國(guó)科學(xué)院第一位女院士，同時(shí)還被其他15個(gè)國(guó)家聘為科學(xué)院院士。她共承受過7個(gè)國(guó)家24次獎(jiǎng)金和獎(jiǎng)?wù)?，?dān)當(dāng)了25個(gè)國(guó)家的104個(gè)榮譽(yù)職位。1934年7月4日，這位宏大的科學(xué)家因常年?duì)幷摲派湫晕镔|(zhì)，患血液疾病與世長(zhǎng)辭了，依據(jù)遺愿，她的葬禮只有家人和幾位朋友參與。愛因斯坦在悼念她時(shí)說：“她一生中最宏大的科學(xué)功績(jī)——證明放射性元素的存在，并把它們分別出來——所以能取得，不僅是靠著大膽的直覺，而且也靠著在難以想象的極端困難狀況下工作的熱忱和堅(jiān)韌。這樣的困難，在試驗(yàn)科學(xué)的歷史中是罕見的?！薄霸谌康闹宋锢锩?，瑪麗·居里是唯一沒有被盛名寵壞的人！”——愛因斯坦我始終沉醉于世界的美麗之中，我所寵愛的科學(xué)也不斷增加它嶄新的遠(yuǎn)景。我認(rèn)定科學(xué)本身就具有宏大的美。一位從事爭(zhēng)論工作的科學(xué)家，不僅是一個(gè)技術(shù)人員，而且是一個(gè)小孩兒，在大自然的風(fēng)光中，似乎迷醉于神話故事一般，迷醉于大自然的風(fēng)光。這種科學(xué)的魅力，就是使我終生能夠在試驗(yàn)室里埋頭工作的主要緣由?！永锓蛉朔派湫晕镔|(zhì)覺察的重要意義給科學(xué)家提出了新的課題一是要判明放出的射線是什么？二是查清物質(zhì)放出射線以后變成了什么？1899年盧瑟福等人通過試驗(yàn)覺察，自然放射線是由帶正電的射線α和帶負(fù)電的射線β組成的。覺察α和β射線的試驗(yàn)3.電子的覺察英國(guó)物理學(xué)家湯姆生〔1856-1940〕在1897證明陰極射線在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，從而斷定陰極射線是一種帶電粒子。他進(jìn)而測(cè)定了陰極射線粒子的荷質(zhì)比，覺察這種粒子的質(zhì)量只有氫原子質(zhì)量的一個(gè)很小的分?jǐn)?shù)值〔現(xiàn)在值為1/1837〕。3.電子的覺察1.湯姆生就這樣打破了原子不行再分的傳統(tǒng)觀念，翻開了亞原子的大門。2.后來洛倫茲把這種陰極射線粒子叫做電子。3.湯姆生被認(rèn)為是電子的覺察者，并因此獲得1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。4.湯姆生還是一位卓越的教師和科研事業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人，此后他的七個(gè)助手先后都獲得過諾貝爾獎(jiǎng)。電磁波譜無線電波紅外線可見光紫外線X射線γ射線無線電波：波長(zhǎng)>1mm〔微波：波長(zhǎng)1m~1mm〕紅外線：400μm~760nm可見光：700~400nm紫外光：380～4nmX射線：波長(zhǎng)10~1埃(1埃是0.001納米)γ射線：波長(zhǎng)0.2埃無線電波是振蕩電路中自由電子的周期性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的紅外線、可見光、紫外線是原子的外層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；X射線是原子的內(nèi)層電子受到激發(fā)后產(chǎn)生的；γ射線是原子核受到激發(fā)后產(chǎn)生的。三大試驗(yàn)覺察誘發(fā)了經(jīng)典物理學(xué)危機(jī)1.三大試驗(yàn)覺察翻開了經(jīng)典物理學(xué)的缺口第一，原來認(rèn)為原子是不行分割的最小質(zhì)點(diǎn)，現(xiàn)在從原子里覺察了電子、X射線和γ射線；其次，原來認(rèn)為元素是固定不變的，但放射現(xiàn)象說明一種元素可蛻變?yōu)榱硪环N元素；第三，原來認(rèn)為物質(zhì)的質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)無關(guān)，現(xiàn)今電子的質(zhì)量隨運(yùn)動(dòng)速度變化而變化，質(zhì)量似乎不守恒了；第四，原來認(rèn)為能量守恒只存在于機(jī)械能、熱能和電能相互轉(zhuǎn)化之中，現(xiàn)在一塊靜止的放射物質(zhì)本身就是熱源，即便沒有外力作用，能量也源源不斷地向外界釋放，能量似乎也不守恒了；第五，原來認(rèn)為質(zhì)量和能量不搭界，現(xiàn)在放射性物質(zhì)因能量不斷釋放，質(zhì)量也不斷減小。三大試驗(yàn)覺察誘發(fā)了經(jīng)典物理學(xué)危機(jī)1.三大試驗(yàn)覺察翻開了經(jīng)典物理學(xué)的缺口2.三大試驗(yàn)覺察猛烈地沖擊著牛頓力學(xué)的物質(zhì)質(zhì)量、能量、動(dòng)量等根本概念，經(jīng)典物理學(xué)中質(zhì)量守恒、能量守恒、運(yùn)動(dòng)定律等根本定律也面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。面對(duì)物理學(xué)危機(jī)，一些抱殘守缺的物理學(xué)家悲觀絕望，唯心主義趁虛而入。經(jīng)典物理學(xué)的危機(jī)以牛頓力學(xué)為代表的經(jīng)典物理學(xué)無法解釋19世紀(jì)末以來的物理學(xué)新覺察，如：微觀世界，原子，宇宙放射線，高速光學(xué)元素的放射性、電子運(yùn)動(dòng)、黑體輻射、光電效應(yīng)等，看來經(jīng)典物理學(xué)確實(shí)定時(shí)空觀已經(jīng)不合時(shí)宜。這種狀況隨著20世紀(jì)以來科學(xué)爭(zhēng)論的不斷深入而日益顯現(xiàn)，如奇妙的“以太”始終不能被證明是存在的、高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象非經(jīng)典力學(xué)所能解釋等。物理學(xué)只有來一番徹底的革命，才能適應(yīng)科學(xué)爭(zhēng)論的新形勢(shì)。在這種背景下，相對(duì)論與量子論應(yīng)運(yùn)而生。相對(duì)于牛頓的經(jīng)典物理學(xué)(力學(xué))而言的;量子論和相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱;兩大理論的提出者分別是：德國(guó)理論物理學(xué)家普朗克美籍德國(guó)科學(xué)家愛因斯坦愛因斯坦和量子理論的創(chuàng)始人普朗克普朗克生于基爾。1879年普朗克在慕尼黑大學(xué)獲得博士學(xué)位后，先后在慕尼黑大學(xué)和基爾大學(xué)任教。1900年12月14日提出量子概念。由于量子論創(chuàng)立，普朗克獲得1918年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他的父親是一位出色的法律教授。普朗克是德國(guó)人所具有的最好品質(zhì)的范例：懇切、忠于職守，他的業(yè)余愛好是音樂，在這方面表現(xiàn)了專業(yè)藝術(shù)才能；另一項(xiàng)業(yè)余愛好是他始終堅(jiān)持到晚年的登山運(yùn)動(dòng)。量子力學(xué)的創(chuàng)立者1900年12月14日量子誕生讓我們來看看這個(gè)時(shí)候的各位主角——普朗克42歲21歲的愛因斯坦大學(xué)畢業(yè)，沒人肯留下他在校做理論或試驗(yàn)方面工作，前途黯淡15歲的玻爾正在哥本哈根的中學(xué)里讀書13歲的薛定諤在維也納的一所著名的高級(jí)中學(xué)上學(xué)波恩進(jìn)入了布雷斯勞大學(xué)，瘋狂寵愛上了天文德布羅意當(dāng)時(shí)8歲，對(duì)歷史有深厚興趣而再過12個(gè)月，小海森堡呱呱墜地○1900，德國(guó)物理學(xué)家普朗克分析維恩、瑞利沖突的兩個(gè)公式，拼出新公式，提出“能量子假說”，他認(rèn)為，物質(zhì)的輻射能不是連續(xù)的，而是以最小的、不行再分的能量單位即能量子的整數(shù)倍跳動(dòng)式地變化的?！?905，愛因斯坦為解釋赫茲光電效應(yīng)〔1887〕；提出“光量子”概念，提醒光的波粒二象性?！鹆孔诱摰倪M(jìn)一步進(jìn)展源于對(duì)原子構(gòu)造問題的爭(zhēng)論。1913，玻爾把量子論用于原子構(gòu)造的爭(zhēng)論，證明原子是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成。在此根底上創(chuàng)立了原子的量子論?！?924，德布羅意基于光的波粒二象性提出“物質(zhì)波”假說，微觀粒子的波粒二象性；○兩條途徑完成量子力學(xué)理論的建立，德國(guó)物理學(xué)家海森伯及玻恩的矩陣力學(xué)和薛定諤波動(dòng)力學(xué)，同一理論的兩種數(shù)學(xué)表達(dá)。量子力學(xué)的建立黑體：能全部吸取外來電磁波的物體。黑色物體或開一小孔的空心金屬球近似于黑體。黑體輻射：加熱時(shí)，黑體能輻射出各種波長(zhǎng)電磁波的現(xiàn)象。★經(jīng)典理論與試驗(yàn)事實(shí)間的沖突：經(jīng)典電磁理論假定，黑體輻射是由黑體中帶電粒子的振動(dòng)發(fā)出的，按經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論，計(jì)算所得的黑體輻射能量隨波長(zhǎng)變化的分布曲線，與試驗(yàn)所得曲線明顯不符。★按經(jīng)典理論只能得出能量隨波長(zhǎng)單調(diào)變化的曲線：瑞利把分子物理學(xué)中能量按自由度均分原則用到電磁輻射上，按其公式計(jì)算所得結(jié)果在長(zhǎng)波處比較接近試驗(yàn)曲線。維恩假定輻射波長(zhǎng)的分布與Maxwell分子速度分布類似，計(jì)算結(jié)果在短波處與試驗(yàn)較接近。經(jīng)典理論無論如何也得不出這種有極大值的曲線。1.黑體輻射與能量量子化Wien（維恩）曲線能量波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)曲線Rayleigh-Jeans（瑞利－金斯）曲線黑體輻射能量分布曲線普朗克能量量子化假設(shè)1900年，Planck〔普朗克〕假定，黑體中原子或分子輻射能量時(shí)作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，只能放射或吸取頻率為,能量為h的整數(shù)倍的電磁能，即振動(dòng)頻率為的振子，放射的能量只能是0h，1h，2h，……，nh〔n為整數(shù)〕。h稱為Planck常數(shù)，h＝6.626×10－34J?S按Planck假定，算出的輻射能E與試驗(yàn)觀測(cè)到的黑體輻射能特別吻合：能量量子化：黑體只能輻射頻率為，數(shù)值為h的整數(shù)倍的不連續(xù)的能量。2.光電效應(yīng)與光的波粒二象性光電效應(yīng)：光照射在金屬外表，使金屬放射出電子的現(xiàn)象。金屬光電子Ek0

0光電子動(dòng)能與照射光頻率的關(guān)系1900年前后，很多試驗(yàn)已證明：照射光頻率須超過某個(gè)最小頻率0，金屬才能放射出光電子；增加照射光強(qiáng)度，不能增加光電子的動(dòng)能，只能使光電子的數(shù)目增加；光電子動(dòng)能隨照射光頻率的增加而增加。經(jīng)典理論不能解釋光電效應(yīng)：經(jīng)典理論認(rèn)為，光波的能量與其強(qiáng)度成正比，而與頻率無關(guān)；只要光強(qiáng)足夠，任何頻率的光都應(yīng)產(chǎn)生光電效應(yīng)；光電子的動(dòng)能隨光強(qiáng)增加而增加，與光的頻率無關(guān)。這些推論與試驗(yàn)事實(shí)正好相反。Einstein光子學(xué)說1905年，Einstein在Planck能量量子化的啟發(fā)下，提出光子說：★光是一束光子流，每一種頻率的光其能量都有一個(gè)最小單位，稱為光子，光子的能量與其頻率成正比：h★光子不但有能量，還有質(zhì)量〔m〕，但光子的靜止質(zhì)量為零。依據(jù)相對(duì)論的質(zhì)能聯(lián)系定律＝mc2，光子的質(zhì)量為：m＝h/c2，不同頻率的光子具有不同的質(zhì)量。★光子具有肯定的動(dòng)量：p＝mc＝h/c＝h/(c＝〕★光的強(qiáng)度取決于單位體積內(nèi)光子的數(shù)目〔光子密度〕。產(chǎn)生光電效應(yīng)時(shí)的能量守恒：h＝w＋Ek＝h0+mv2/2〔脫出功：電子逸出金屬所需的最低能量，w＝h0〕用Einstein光子說，可圓滿解釋光電效應(yīng)：○當(dāng)hw時(shí)，0，光子沒有足夠能量使電子逸出金屬，不發(fā)生光電效應(yīng)；○當(dāng)h＝w時(shí)，＝0，這時(shí)的頻率就是產(chǎn)生光電效應(yīng)的臨閾頻率〔0〕；○當(dāng)hw時(shí)，0，逸出金屬的電子具有肯定動(dòng)能，Ek＝h－h(huán)0，動(dòng)能與頻率呈直線關(guān)系，與光強(qiáng)無關(guān)。光的波粒二象性只有把光看成是由光子組成的光束，才能理解光電效應(yīng)；而只有把光看成波，才能解釋衍射和干預(yù)現(xiàn)象。即，光表現(xiàn)出波粒二象性。波動(dòng)模型是連續(xù)的，光子模型是量子化的，波和粒外表上看是互不相容的，卻通過Planck常數(shù)h，將代表波性的概念和與代表粒性的概念和p聯(lián)系在了一起，將光的波粒二象性統(tǒng)一起來：

=h

，p＝h/

道爾頓模型(1803)

湯姆生“西瓜式”模型(1904)盧瑟福核式模型(1911年)玻爾電子分層排布模型(1913年)量子力學(xué)模型(1926年)原子構(gòu)造模型演化圖道爾頓模型(1803)堅(jiān)硬實(shí)心球模型①原子都是不能再分的微粒；②同種元素的原子的各種性質(zhì)和質(zhì)量都一樣；③原子是微小的實(shí)心球體。原子構(gòu)造模型演化圖

湯姆生“西瓜式”模型(1904)

①原子是一個(gè)帶正電荷的球，電子鑲嵌在里面。②電子是平均的分布在整個(gè)原子上的，負(fù)電荷與正電荷相互抵消。③在受到激發(fā)時(shí)，電子會(huì)離開原子，產(chǎn)生陰極射線。原子構(gòu)造模型演化圖

盧瑟福行星模型(1911年)①原子的大局部體積是空的②在原子的中心有一個(gè)很小的原子核③原子的全部正電荷在原子核內(nèi)，且?guī)缀跞抠|(zhì)量均集中在原子核內(nèi)部。帶負(fù)電的電子在核空間進(jìn)展繞核運(yùn)動(dòng)。原子構(gòu)造模型演化圖

玻爾電子分層排布模型1913年①原子中的電子在具有確定半徑的圓周軌道上繞原子核運(yùn)動(dòng)，不輻射能量。②在不同軌道上運(yùn)動(dòng)的電子具有不同的能量，且能量是量子化的。③當(dāng)且僅當(dāng)電子從一個(gè)軌道躍遷到另一個(gè)軌道時(shí)，才會(huì)輻射或吸取能量。原子構(gòu)造模型演化圖量子力學(xué)模型(1926年)現(xiàn)代模型〔電子云模型〕①電子繞核運(yùn)動(dòng)形成一個(gè)帶負(fù)電荷的云團(tuán)。②對(duì)于具有波粒二象性的微觀粒子在一個(gè)確定時(shí)刻其空間坐標(biāo)與動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)。原子構(gòu)造模型演化圖量子論量子論和相對(duì)論是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱，量子論的形成標(biāo)志著人類對(duì)于客觀規(guī)律的生疏，開頭從宏觀世界深入到微觀世界。量子力學(xué)和狹義相對(duì)論結(jié)合形成原子核物理學(xué)，指導(dǎo)制造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學(xué)還為電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和激光技術(shù)等奠定了理論根底。量子論普朗克曾經(jīng)說過一句關(guān)于科學(xué)真理的真理，它可以表達(dá)為:“一個(gè)新的科學(xué)真理取得成功并不是通過讓它的反對(duì)者們信服并看到真理的光明，而是通過這些反對(duì)者們最終死去，生疏它的新一代成長(zhǎng)起來。”這一斷言被稱為普朗克科學(xué)定律，并廣為流傳。愛因斯坦的學(xué)生時(shí)代愛因斯坦小時(shí)候?qū)W校的照片愛因斯坦傳記1879年3月14日誕生在德國(guó)小城烏爾姆，他的父母都是猶太人。愛因斯坦有一個(gè)幸福的童年，他的父親是位安靜、溫存的好心人，愛好文學(xué)和數(shù)學(xué)。他的母親共性較強(qiáng)，寵愛音樂，并影響了愛因斯坦，愛因斯坦從六歲起學(xué)小提琴，從今小提琴成為他的終生伴侶。愛因斯坦的父母對(duì)他有著良好的影響和家庭教育，家中布滿著自由的精神和祥和的氣氛。和牛頓一樣，愛因斯坦年幼時(shí)也未顯出智力超群，相反，到了四歲多還不會(huì)說話，家里人甚至擔(dān)憂他是個(gè)低能兒。六歲時(shí)他進(jìn)入了國(guó)民學(xué)校，是一個(gè)特別沉靜的孩子，寵愛玩一些需要急躁和堅(jiān)韌的玩耍，例如用紙片搭房子。1888年進(jìn)入了中學(xué)后，學(xué)業(yè)也不突出，除了數(shù)學(xué)很好以外，其他功課都不怎么樣，尤其是拉丁文和希臘文，他對(duì)古典語言毫無興趣。就是這樣一位榮耀奪目的人物，在整個(gè)中小學(xué)時(shí)代卻常常被斥為“生性孤僻、智力遲鈍”，“不守紀(jì)律、心不在焉、想入非非”。中學(xué)畢業(yè)前夕，校方甚至斷言他將來將“一事無成”，勒令他退了學(xué)。16歲那年，他以同等學(xué)歷報(bào)考大學(xué)，盡管物理數(shù)學(xué)成績(jī)很好，但由于需要死記硬背的科目考砸了鍋，只得名落孫山。其次年進(jìn)入大學(xué)后，他仍舊不情愿強(qiáng)迫自己去適應(yīng)那種被動(dòng)的、刻板的、純粹按部就班的學(xué)習(xí)生活，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(xué)。在四年大學(xué)生活中，他仍舊不是“好學(xué)生”：曾因做試驗(yàn)出事故受處處分，還曾被物理教授認(rèn)為不適宜學(xué)物理而應(yīng)當(dāng)改行。大學(xué)畢業(yè)時(shí)幾位同窗好友都留校當(dāng)了助教，他卻因得不到教授們的賞識(shí)而遭到了“畢業(yè)即失業(yè)”的命運(yùn)。這種種親身經(jīng)受，使愛因斯坦對(duì)教育的總體印象始終不佳。正由于如此，成名后的愛因斯坦通過自身的體驗(yàn)和長(zhǎng)期的觀看，形成了一種與眾不同的教育觀點(diǎn)。愛因斯坦傳記“學(xué)問是死的，而學(xué)校卻要為活人效勞?！边@是愛因斯坦對(duì)于學(xué)校教育的根本看法。他反對(duì)把學(xué)校僅僅看做是傳授學(xué)問的工具，更反對(duì)把學(xué)生“當(dāng)作死的工具來對(duì)待”。他認(rèn)為：“學(xué)校的目的始終應(yīng)當(dāng)是：青年人在離開學(xué)校時(shí)，是作為一個(gè)和諧的人，而不是作為一個(gè)專家?！弊罱K他在專利局里面找到一個(gè)職位，他每個(gè)星期要在專利局工作或許40多個(gè)小時(shí)。但盡管如此，1902年至1909年在專利局工作的7年是愛因斯坦科學(xué)制造的輝煌時(shí)期，特殊是1905年他取得的科學(xué)成就堪稱人類才智的奇跡，這一年他完成了6篇論文，為二十世紀(jì)物理學(xué)史做出了最輝煌的奉獻(xiàn)。愛因斯坦傳記愛因斯坦與相對(duì)論關(guān)于光的性質(zhì)，還有很多謎，直到現(xiàn)在也無法用科學(xué)解釋。光是怎樣產(chǎn)生的？在空間如何傳播？光是什么，是物質(zhì)、振動(dòng)、還是純能？顏色是否為光必不行少？對(duì)于這許很多多的問題，科學(xué)已經(jīng)作出了局部解釋，但歸根結(jié)底，這些問題尚未解答。不過，20世紀(jì)初，在人們了解光、爭(zhēng)論光的過程中，帶來了物理學(xué)的兩場(chǎng)革命，這就是相對(duì)論和量子論。為建立這兩個(gè)理論體系，很多科學(xué)家都作出了重要奉獻(xiàn)，他們都是一些出色的物理學(xué)大師，其中最為突出的是年輕的愛因斯坦。他對(duì)空間和時(shí)間這樣一些根本概念作了本質(zhì)上的變革,提出了相對(duì)論學(xué)說。這一理論上的根本性突破，開拓了物理學(xué)的新紀(jì)元。牛頓確定時(shí)空觀牛頓確定時(shí)空觀：在牛頓力學(xué)中，認(rèn)為空間距離和時(shí)間間隔是確定的，與參考系無關(guān)。這種認(rèn)為也稱確定時(shí)空觀。它要求——時(shí)間是確定的宇宙中各處存在的一個(gè)跟參考系的選擇無關(guān)的、不受物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程影響的、統(tǒng)一的普適時(shí)間，時(shí)間與空間沒有任何聯(lián)系；不管有無任何其他客體，確定的、真實(shí)的時(shí)間永久無條件的、均勻地消逝著。長(zhǎng)度〔或兩個(gè)同時(shí)大事之間的距離〕與參考系選擇無關(guān)。愛因斯坦的科學(xué)成就1、提出相對(duì)論1905年提出勻速運(yùn)動(dòng)體系的狹義相對(duì)論；1915年提出加速運(yùn)動(dòng)體系的廣義相對(duì)論。主要內(nèi)容：相對(duì)性原理和光速不變?cè)?、光的量子論〔獲得諾貝爾獎(jiǎng)〕3、提出了著名的質(zhì)能關(guān)系式：E=mc2，質(zhì)能關(guān)系式對(duì)后來進(jìn)展的原子能事業(yè)起到了指導(dǎo)作用愛因斯坦在時(shí)空觀的徹底變革的根底上建立了相對(duì)論力學(xué)，指出質(zhì)量隨著速度的增加而增加，當(dāng)速度接近光速時(shí)，質(zhì)量趨于無窮大。1〕相對(duì)論內(nèi)容：兩個(gè)根本原理是相對(duì)性原理和光速不變?cè)?。在相?duì)性原理中，愛因斯坦認(rèn)為時(shí)間、運(yùn)動(dòng)、質(zhì)量不是確定的，而是相對(duì)的。較典型的現(xiàn)象是運(yùn)動(dòng)的物體長(zhǎng)度變短〔尺縮效應(yīng)〕、運(yùn)動(dòng)的鐘比靜止的鐘走得慢〔鐘慢效應(yīng)〕、運(yùn)動(dòng)的物體重量變大。光速不變?cè)韯t認(rèn)為光的傳播速度在任何條件下都是不變的。2〕意義：擴(kuò)展了物理學(xué)的爭(zhēng)論空間和應(yīng)用領(lǐng)域〔從日常范圍到宏觀宇宙空間〕；開闊了人們的思維。愛因斯坦與相對(duì)論為了對(duì)這一淺顯的理論做通俗的說明，愛因斯坦曾經(jīng)幽默地對(duì)一名男青年說：“我打個(gè)比方，比方你屁股坐在火爐上烤和坐在公園柳蔭下與女士談情說愛，那么，同樣的時(shí)間你覺得哪一個(gè)更長(zhǎng)？”男青年說：“固然坐在火爐上烤的時(shí)間覺得長(zhǎng)期?！边@故事形象說明白時(shí)間和空間相對(duì)性。愛因斯坦關(guān)于相對(duì)論的比方1916年，愛因斯坦完成了長(zhǎng)篇論文《廣義相對(duì)論的根底》，在這篇文章中，愛因斯坦首先將以前適用于慣性系的相對(duì)論稱為狹義相對(duì)論，并進(jìn)一步表述了廣義相對(duì)性原理：物理學(xué)的定律必需對(duì)于無論哪種方式運(yùn)動(dòng)著的參照系都成立。愛因斯坦預(yù)言，遙遠(yuǎn)的星光假設(shè)拂過太陽外表將會(huì)發(fā)生一點(diǎn)七秒的偏轉(zhuǎn)?！皬V義相對(duì)論”被以頗為壯麗的形式證明：1919年，英國(guó)派出了兩支遠(yuǎn)征隊(duì)分赴兩地觀看日全食，經(jīng)過認(rèn)真的爭(zhēng)論得出最終的結(jié)論是：星光在太陽四周確實(shí)發(fā)生了一點(diǎn)七秒的偏轉(zhuǎn)。英國(guó)皇家學(xué)會(huì)確認(rèn)廣義相對(duì)論的結(jié)論是正確的。會(huì)上，著名物理學(xué)家、皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)湯姆孫說：“這是自從牛立刻代以來所取得的關(guān)于萬有引力理論的最重大的成果”，“愛因斯坦的相對(duì)論是人類思想最宏大的成果之一”。廣義相對(duì)論愛因斯坦指出物體使四周空間、時(shí)間彎曲，在物體具有很大的相對(duì)質(zhì)量〔例如一顆恒星〕時(shí)，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，轉(zhuǎn)變路徑。地球四周引力場(chǎng)和時(shí)空構(gòu)造拖曳扭曲時(shí)的情景?？茖W(xué)家通過分析兩枚繞地球軌道的人造衛(wèi)星11年的運(yùn)行軌跡，覺察由于地球旋轉(zhuǎn)所造成的特異的空間構(gòu)造，使這些衛(wèi)星或許每年消失大約2米的軌道偏離的現(xiàn)象。宇宙中黑洞旋轉(zhuǎn)引起的時(shí)空扭曲效應(yīng)，以及黑洞物質(zhì)猛烈噴發(fā)的情景。相對(duì)論奉獻(xiàn)長(zhǎng)期不被人所重視，以至于沒有給他諾貝爾獎(jiǎng)金，而光電效應(yīng)是他第一次明確地指出光既是波動(dòng)又是粒子的性質(zhì)，這個(gè)得到了諾貝爾獎(jiǎng)金委員會(huì)的認(rèn)可，所以愛因斯坦得到諾貝爾獎(jiǎng)金是光電效應(yīng)，其中沒有相對(duì)論。由于相對(duì)論的觀點(diǎn)與人們的日常閱歷不太全都，甚至有著鋒利的沖突，相對(duì)論從一開頭就受到包括一些科學(xué)家在內(nèi)的很多人的反對(duì)。1921年愛因斯坦獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)不少德國(guó)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者威逼說，假設(shè)給相對(duì)論授獎(jiǎng)，他們就要退回已獲得的獎(jiǎng)?wù)?，結(jié)果評(píng)比委員會(huì)只好讓愛因斯坦作為光電效應(yīng)理論的建立者得獎(jiǎng)，相對(duì)論始終沒有獲得諾貝爾獎(jiǎng)。但相對(duì)論在物理學(xué)上卻特別合理且為試驗(yàn)所證明。愛因斯坦的諾貝爾獎(jiǎng)愛因斯坦的其它奉獻(xiàn)1、和平的堅(jiān)決保衛(wèi)者一戰(zhàn)時(shí):發(fā)起成立反戰(zhàn)團(tuán)體“新祖國(guó)同盟”二戰(zhàn)時(shí):建議羅斯福搶在納粹之前研制原子彈痛心原子彈爆炸引起的大量平民損害冷戰(zhàn)時(shí):發(fā)表了反核戰(zhàn)的《羅素-愛因斯坦宣言》2、宏大的人格力氣平凡簡(jiǎn)樸的生活作風(fēng)謙遜和藹純樸的宏大人格不崇拜偶像、漠視嘉獎(jiǎng)的做人準(zhǔn)則1939年8月2日，愛因斯坦出于對(duì)人類命運(yùn)的極大關(guān)注，寫信給羅斯?？偨y(tǒng)，建議美國(guó)務(wù)必?fù)屧诜ㄎ魉沟聡?guó)之前制造出原子彈；后來，當(dāng)原子彈真的從潘多拉魔盒里跳出來后，愛因斯坦陷入了巨大的懊悔與苦痛之中，自認(rèn)一生最大錯(cuò)誤就是建議研制原子彈。他痛心地說，“早知如此，我寧可當(dāng)個(gè)修表匠！”愛因斯坦針對(duì)核武器問題的懊悔，代表了人類良知的高度，是人類良心發(fā)出的最強(qiáng)音。聽愛因斯坦的自責(zé)之聲，我們明白了人類良知之珍貴！愛因斯坦向電視觀眾介紹核武器對(duì)人類的巨大危害。有高度社會(huì)責(zé)任感的愛因斯坦在20世紀(jì)思想家的畫廊中，愛因斯坦就是公正、和藹、真理的化身。他的品德與天地日月相輝映，他的科學(xué)奉獻(xiàn)，人類將萬世景仰。愛因斯坦在普林斯頓的住宅愛因斯坦和夫人愛因斯坦的逝世與葬禮：1955年4月18日愛因斯坦病逝于普林斯頓。遵照他的遺囑，不發(fā)訃告，不進(jìn)展公開葬禮，不建墳?zāi)?，不立紀(jì)念碑?；鸹瘯r(shí)依據(jù)他的書面遺囑：免除全部花卉布置以及全部音樂典禮。骨灰撒在永久對(duì)人保密的地方，為的是不使任何地方成為圣地。遺囑執(zhí)行者用歌德悼念席勒的詩完畢了那樸實(shí)的葬禮：

我們?nèi)极@益不淺，

全世界都感謝他的教導(dǎo)；

那專屬他個(gè)人的東西，

早已傳遍寬闊人群。他像行將隕滅的彗星，

光華四射，

把無限的光線同他的光線永相連結(jié)。愛因斯坦宣誓參加美國(guó)國(guó)籍2023年是愛因斯坦逝世50周年，同時(shí)也是他提出狹義相對(duì)論100周年。100年前，年僅26歲的毛頭小伙愛因斯坦，以他卓越的思考力、非凡的洞察力，提出了狹義相對(duì)論，傳統(tǒng)經(jīng)典物理學(xué)由此徹底轉(zhuǎn)變。這一種顛覆是多么感動(dòng)人心，為紀(jì)念相對(duì)論誕生100周年暨愛因斯坦逝世50周年，聯(lián)合國(guó)大會(huì)將2023年確定為“國(guó)際物理年”，這是聯(lián)合國(guó)首次為一個(gè)學(xué)科確定的全球規(guī)模的紀(jì)念活動(dòng)。愛因斯坦，這位在很多國(guó)度千年人物(1001－2023年)評(píng)比中都居榜首的俊杰，絕不僅僅是由于在物理學(xué)上的成就。他既是宏大的科學(xué)家、現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人，更是出色的思想家，他是一幅視野開闊的思想寬銀幕?！?023世界物理年”徽標(biāo)其構(gòu)圖像一個(gè)光錐。它的紅底代表過去。在物理學(xué)中，光譜發(fā)生“紅移”是物體向遠(yuǎn)離我們的方向運(yùn)動(dòng)的光譜特征；紅色又有底部或根底的含義。它的藍(lán)頂表示將來;天空是藍(lán)色的;“藍(lán)移”是面對(duì)我們方向運(yùn)動(dòng)物體的光譜特征。黃和綠連接著過去與將來，表達(dá)出在過去的根底上建立將來的信念。其中，綠色又代表“綠燈可走”，即進(jìn)步；黃色代表和平、合作。因此，這個(gè)徽標(biāo)主要表達(dá)的意義是：技術(shù)進(jìn)步和國(guó)際合作共建光明的將來。只要我們大家，特殊是物理工作者向這個(gè)目標(biāo)努力，就能夠做到有益于社會(huì)的新覺察。紅色——代表過去

藍(lán)色——代表將來

黃綠——表連結(jié)過去到將來2023世界物理年對(duì)物理學(xué)家而言，這個(gè)標(biāo)識(shí)象征的是光錐；對(duì)一般群眾而言常被看成是沙漏，象征著愛因斯坦在時(shí)間相對(duì)性上淵博的見解及洞察力。愛因斯坦的大腦有何不同?愛因斯坦的主治醫(yī)生托馬斯·哈維博士認(rèn)為如此宏大的大腦，應(yīng)當(dāng)進(jìn)展?fàn)幷?，所以他便把愛因斯坦的大腦保存了下來。最新結(jié)論是：哈維曾首次承受美國(guó)《國(guó)家地理頻道》專訪，徹底曝光整個(gè)大事確實(shí)定內(nèi)幕。如今91歲高齡的哈維稱，為了便利爭(zhēng)論，他竟將愛因斯坦大腦切成了240塊！首先是愛因斯坦大腦左右半球的頂下葉區(qū)域特別興旺，比一般人的平均厚度多出一厘米，這造成愛因斯坦