粒子物理的发展史
粗略地说，世界是由基本粒子组成的。所谓基本粒子，就是我们不考虑它的进一步结构，而把它当成整体的东西或者说是构成世界万物的、不能再分割的最小单元。把多种多样的物质看成是由少数几个基本实体构成，并以这样一个物质基础来说明自然界的统一性和多样性，虽简单，但抓住了问题的要害。基本性是个历史的、相对的概念。不同的时代，由于人们认识的不同，基本粒子家族的内容在不断地演变。（1）希腊泰勒斯提出“水为万物之本”。（2）亚里士多得认为水、火、空气，土是构成物质的基本元素（3）460-370,德漠克利特提出了原子论。（4）周代，我们的祖先就提出了五行说，即认为万物是由金、木、水、火、土五种物质原料构成。（5）《周易》中有“太极生两仪，两仪成四像，四象生八卦”的哲学思想。太极即世界的本源，两仪是天地，四象是春、夏、秋、冬四季，八卦是天、地、雷、风、水、火、山、泽，由它们衍生出世界万物；（5）战国时的老子说：“道生一、一生二、二生三、三生万物”；（6）汉代则出现了天地万物由“元气”组成的哲学观点；（7）650年，牛顿曾说：“依我看，有可能一开始上帝就以实心的、有质量的、坚硬的、不可分割的、可活动的粒子来创造物质，它有大小和外形以及其它属性，并占据一定质量……” （8）1660年，英国科学家R.玻意耳提出化学元素的概念；（9）1741年，罗蒙诺索夫《数学化学原理》：“一切物质都是由极微小的和感觉不到的粒子组成，这些粒子在物理上是不可分的，并且有相互结合能力，物质的性质就取决于这些微粒的性质。” （10）1789年，英国息今斯《燃素说及反燃素说的比较研究》，提出粒子彼此相互化合的设想。（11）1844年，道尔顿学说：1/元素是由非常微小、不可再分的微粒即原子组成的，原子在化学变化中也不能再分割，并保持自己独特的性质。2/同一元素所有原子的质量完全相同，不同种元素原子性质和质量各不相同。原子的质量是每一种元素基本特征。3/不同元素化合时，原子以简单整数比结合。化合物的原子叫“复杂原子”。复杂原子的质量等于它的组分原子质量之和。十九世纪末、二十世纪初，物理学基本完成了它对宏观世界的描写，开始着手向物质结构的更深层次进军。放射性和原子的碰撞，使我们认识到，原子是由原子核和电子组成的；而所有的原子核是由质子和中子组成的，光电效应告诉我们象电磁场这样一种物质形成也可看成是粒子（光子）构成的。许多人以为这已经抓到了构造世界的最小砖块，但是历史表明，这只是人们渴望得到终极真理的一种热切心情罢了，30年代人们在发现中子、质子后，又发现了正电子；而到50年代，通过高能加速器，又发现了大批新粒子，数目超过了化学元素的数目，于是诞生了一门研究这些“基本粒子”结构的科学，这就是我们今天的基本粒子物理学。它是研究构成质子等的粒子（夸克），轻子（电子、中微子等）及传递相互作用的粒子（光子等）的一门科学，由于这些粒子的尺度非常小、对它们进行实验研究需要花费极高的能量，故也称为高能物理学。到今天，基本粒子物理学，已成了庞大的科学事业，全世界投入的人员近四千人，每年耗费的经费约几十亿美元。它不仅是物理学的三大科学前沿（指基本粒子、天体物理、生物物理）之一，也是人类科学的前沿，许多新思想在那里迸发，许多物质世界的新规律在那里得到发掘。相应地，许多诺贝尔物理学奖也在这领域里找到了它应有的主人，近几十年来有近40位科学家因粒子物理方面研究的杰出成果荣获诺贝尔物理学奖。二、今天的基本粒子指什么：粒子物理的几个发展阶段第一、粒子物理的萌芽（1895－1932）1895年，W.K.Rontgen发现X射线(光子)，因此荣获1901年诺贝尔物理学奖，A.H.Becquerel，P.Curie和M.Curie发现了放射性，共享了1903年诺贝尔物理学奖。1989年，J.J.汤姆逊(J.J. Thomson)证实了电子的存在，由于对气体导电理论的贡献及实验研究的成果，他荣获了1906年诺贝尔物理学奖。1905年，A.爱因斯坦(A.Einstein)揭示光电效应的定律，光的粒子性，即光子的概念被人们接受，他因此荣获了1921年诺贝尔物理学奖。1911年，E．卢瑟福(E.Rutherford) 根据α粒子被金属箔散射的实验现象指出原子的有核结构。1913年，N.波尔(N. Bohr)建立子原子的量子理论，因此，荣获1922 诺贝尔物理学奖. 1930年，W.泡利(W. Pauli)根据原子核β衰变的实验观察，提出中微子的假设，并由于他提出的泡利不相容原理而荣获1945年诺贝尔物理学奖. 20年代末,实验上得到证实的可以称为基本粒子的有光子(γ)、电子(e-)、质子(p).当时大多数物理学家都相信,一正一负两种粒子作为原子基本成份够了,而光子作为传递相互作用的粒子.但从元素周期表发现原子量与核外电荷数并不相等,如氦(2,4)镭(88,226)。由此,1920年,卢瑟福预言:除电子,质子之外,还可能存在第三种原子组份.它的电荷为零,可能是一个电子和一个质子紧密结合形成的一个中性粒子. 查德威克听了这个演讲后,相信这种粒子一定存在.他们想出各种
办法轰击氢原子, 企图从氢原子核得到质子与电子紧密结合而成的中子,由于思路不对头,结果毫无所获。1930年,德国物理学家博特和贝克尔发现用α粒子轰击铍得到的辐射强度,比轰击其它一些元素几乎大十倍。1931年,约里奥. 居里夫妇对这一现象进行了细致的研究,他们观察到这种辐射的穿透力很强,而且可以从石蜡及其它含氢物质打出高速质子,但由于他们没有听过卢瑟福的演讲,因此没能作出正确的解释. 仍认为这种辐射是高能的γ射线,但我们知道γ光子可以从原子中打出电子,但质子比电子重1840倍,不可能被γ光子打出.查德威克在读了居里夫妇的论文后, 立即开始重复他们的实验,他发现,这种辐射不仅很容易地穿透2厘米的铅,还能够从用来检验的所有元素中把质子轰击出来.由此查德威克得出:这种辐射是由质量几乎与质子相等的不带电荷的中性粒子组成.从重复居里夫妇的实验到完成报告中子有可能存在,前后总共花了10天.1932年，J.查德威克(J.chadwick)证实了中子的存在，因此荣获1935年诺贝尔物理学奖。第二、粒子物理的发展(1932-1964) 中子的发现,立即引起了海森堡,伊凡宁科等人对原子核结构问题的重视, 他们尝试引入一种强相互作用力,把n,p束缚在原子核内.这个工作引起了日本27 岁的汤川秀树的强烈兴趣,汤川联想到电子与质子之间的电磁作用力是由交换光子引起的,于是提出核力也是交换某种粒子引起的.考虑到电磁作用力程为无穷大,光子的静质量为零,而核力起作用的范围很小,所以传递核力的粒子一定很重, 利用爱因斯坦质能关系及假设的力程，汤川估称这种末知粒子的质量约200me，质量介于质子与电子之间，故称为介子）. 1935年，他发表了这一结果。1936年，C.D. 安德森用云雾室在宇宙线里意外地找到了一个类似于电子，但又比电子重许多的μ子；但研究发现,该粒子穿透力很强,与原子核基本不发生作用,不可能是核力的传递粒子. 1947年,鲍威尔利用核乳胶发现,有一种比μ介子更重的粒子,其质量约为电子的270倍,而且确实与核子有很强的作用.人们称之为π介子,它完全符合汤川的预言. 汤川秀树(Yukawa)因提出核作用力的唯象理论——核力的介子理论，荣获1949年诺贝尔物理学奖. C.F. 鲍威尔利用乳胶照相法在宇宙线中发现了核力的传播子——π介子，因此而荣获1950年诺贝尔物理学奖. 在这阶段，基本粒子成员包括:光子(γ)、电子(e+，e-)、质子(p)和中子(n) 及假设的中微子1932年，在发现中子的同时，C.D.安德森(C.D. Anderson) 在云雾室实验中发现了正电子，因此，荣获1936年诺贝尔物理学奖. 这是狄拉克的量子论预言的第一个反粒子一正电子。早在1930年，我国的赵忠尧在研究由放射性原子核所放出的高能γ射线（～2.61Mev）被物质吸收的规律时，发现了反常吸收现象，它不能用γ光子与核外电子作用来解释。值得注意的是在这种过程中会辐射出一种能量约为0.5 MeV的γ光子，且各向同性，正电子发现后，人们很快弄清了这种辐射的本质。γ+X →X+e++e-; e++e-→γ+γ γ的特征能量为0.511 MeV，所以赵忠尧的实验实际上是间接证明了正电子的存在，1948年，在汤川秀树预言了十几年之后，终于在实验室里找到了π介子。（汤川为了解释原子核中把中子、质子束缚在一起的核力，为了解释从氘核到氦核（α粒子）结合能迅速增加的事实，他和维格纳一起认识到，核力的力程一定很短；从此以后，粒子数量大量涌现，人们开始按粒子的性质进行分类研究。物理学家把质子（P）、中子（N），π介子，K介子等一类参与强相互作用的粒子叫强子；把像电子、μ子等一类只参与弱相互作用、电磁相互作用而不参与强相互作用的粒子叫做轻子。那些和质子差不多重的粒子叫重子；而重得多的粒子则叫超子。如∧超子、∑超子等；质量介于重子和轻子之间的粒子称介子，但现在看来这种分法有点过时了，如τ轻子的质量达3477.4me，不过由于历史的原因，人们还沿用这些名字。众多的粒子（～400个）使人们很难相信它们全都是基本的，于是人们开始寻找更深层的基本粒子。1949年,费米和杨振宁发表了题为介子是基本粒子吗?的论文,建议π+=pn ；π0=(pp-nn)/ 2；π-=np,但难以理解的是,由非常重的核子与反核子结合成π介子时,总质量减少到只有原来质量和的十分之一,它意味着一定存在一种极强的作用把两核子束缚在一起. 1956年，坂田昌一提出了一种模型，认为重子并非个个都基本，基本的只是质子p，中子n和超子∧。其余的粒子都可以由它们及它们的反粒子复合出来. 这实际上是推广了费米和杨振宁的模型，考虑到奇异粒子, 添加了一个带奇异数的∧粒子.如：π+=pn；π0=(pp-nn)/ 2；π-=np。κ+=p∧；κ0=n∧．显然按这样的组成方式，无论电荷、重子数、奇异数，都能给出正确的结果，而且这三个粒子与它们的反粒子的所有各种组合,构成9个介子,除了当时已知的3种π介子和四种K介子外,还预言了两种新的中性介子,不久它们被相继发现,称为η, η.虽然坂田模型对介子给出了较好的结果，但却无法完全解释重子，比如∑+、∑0、∑-等重子就很难用p、n、∧来构成。1961年，盖尔曼和内曼对板田模型作了修正，提出八重态模型，以八种基本粒子来说明全部
粒子，包括许多短寿命的共振态粒子的性质。他们还进一步论证所有的强子都可以用三种基本构元，一种称为夸克的东西构造出来，这三种夸克分别称u（上,up），d（下,down）和s（奇,strange），其电荷分别为2e/3,-e/3,-e/3,自旋都是1/2 。介子由正、反夸克构成；重子由3个夸克构成。这样可以方便地把介子和重子分为一个个家族，获得了很大的成功。例如，由于夸克是自旋为1/2的费米子，当三个夸克形成束缚态时，可能有两种自旋情况，一种是1/2，另一种是3/2，而后者应当有十个粒子（uuu;uud;uus;udd;uss;ddd;dss;dds;sss;usd），但在当时，只有九个在实验上有相应的对象，Ω－(sss)这个由三个S 夸克构成的粒子根本不知在哪里，盖尔曼预言了这个粒子的基本性质。1964年，在美国布鲁克海文实验室，分析了十万张气泡室照片后，终于发现了Ω－粒子，确证了预言的性质，如寿命为（0.82±0.03）×10-10秒，比其它共振态的寿命长几十万亿倍，被称为粒子物理中的“冥王星”。盖尔曼于1969年获得诺贝尔物理学奖的基石。从此夸克这一代新的基本粒子就登上了现代物理学的舞台了。在夸克模型提出来后的十多年里，人们忙于把它应用于研究各种碰撞、衰变等动力学过程，夸克模型取得了很大的成功。1974年11月，粒子物理学界出现了新的轰动，丁肇中小组宣布发现了一个新粒子，称之为J 粒子；稍后，几乎同时利克特小组也宣布发现了同一个粒子，他们称之为Ψ粒子。丁肇中是研究P＋P→e++e-+X过程发现的，P＋P→J+X e++e- J的质量为3097 MeV，约为质子质量的三倍多一点，而里克特是研究e+、e-对撞过程中发现的e++e-→X e++e-→Ψ→X 本来新粒子年年都有发现，司空见惯，并不希奇。但这个粒子究竟为什么如此轰动呢？实际上其奇特之处在于，这个粒子的寿命长达10-20 s，比通常共振子长了1000倍。一般来说粒子越重、寿命越短，尤其是共振子，寿命短到10-24 s （寿命的测量是通过测量能带宽度而得到的，由量子力学Γτ≈h ，τ为寿命，Γ为能量不确定范围，如π++p→Δ++→π++p，Δ++的质量为1232 MeV。如果这个质量确定，那么只有π+和p的质心能量正好等于1232 MeV时才会形成Δ++，但实际上Δ++→π++p是个强蜕变过程，寿命极短，Δ++的质量会有一个大的不确定范围，Γ≈115 MeV，由此τ≈5.7×10-24 s) 利用原有的夸克模型是很难描写这新粒子的行为的，进一步研究发现，这种新粒子有着一个和正反电子形成的束缚态——电子偶素相类似的能谱。因此最自然的假设是J/Ψ粒子是第四种夸克及其反夸克构成的束缚态，这个新夸克称为charm（可爱和迷人的意思），王竹溪教授给它起了名称为粲夸克；1977年，历史又重演了一次，菜德曼发现了Υ粒子，它也是一个重夸克偶素，该夸克称为底夸克（或美夸克beauty）。已知的几百种强子，都是由这五种夸克组成的，但从对称性的观点看，应该存在第六种夸克，虽当时没找到，但已命名为顶夸克（t夸克，真夸克,truth）。到1994年费米国家实验室为这种夸克的存在提供了实验证据，1995年加以确认，六种夸克被认为是粒子物理队伍的第一个家族。另一个家族是所谓的轻子。人类发现的第一个基本粒子——电子，就是轻子中的一员，1932年发现了一个与电子质量相同但带一个正电荷的粒子，称为正电子，在β衰变的能量失窃案中，泡利为维护能量守恒定律，于1931年设想了一个最自然的解决方案，认为在β衰变过程中，还放出了一个难以探测到的中性粒子，其自旋为1/2，质量很少，可能为0，称为中微子，原β蜕变修正为zXA→z+1YA+e-+νe （在zXA→z+1YA+e-+νe 中，测得电子的能量是不确定的，其动能从0到18.6 keV 均有，而超过这个能量的β粒子不存在，伴随的角动量也有损失，如H3→He3+e-，角动量不守恒。从此许多实验物理学家千方百计地设法寻找这个神秘的中微子，中微子由于不带电，作用微弱，因此极难测量。寻找中微子的第一个成功方案是王淦昌在1942年设计的，其基本思想是：如果中微子果真存在，它不仅具有能量，也应具有动量，其动量与能量应满足确定的关系，如果β衰变中能在实验上测定其丢失的能量和丢失的动量，就可以对中微子的存在与否提供一个明确的答案。由于β蜕变后共有三个子体，一为电子，一为中微子，一为反冲核，三者的能量、动量取决于它们的出射方向，故不易测量，但有一个K俘获过程与β蜕变属同类作用这时zXA+e-→z-1YA+νe 即原子核从最靠近核的K层轨道吸收一个电子，王淦昌建议选用Be7做实验，这篇文章登在美国的物理评论上（当时西南联大是没有这个条件做实验的）。同年阿伦完成了这个实验，这是显示中微子存在的第一个实验，不过，直接测量到中微子是到了1956年，由柯温和莱因斯完成的，这是一个非常难做的实验，因为中微子的穿透本领实在大，β衰变放射出来的中微子，可穿过大约一千亿个地球才会与其内的原子核碰撞一次，而号称本领很大的γ光子，在地球中走过若干厘米就会碰撞一次。在人们寻找汤川预言的介子时，1937年安德森和纳德梅逸等人在宇宙线的研究
中发现了一个质量大约为电子质量207倍的粒子，称为μ，μ有带正电，也有带负电的。μ是否就是汤川所预言的介子？实验及理论研究表明：μ与物质之间的作用非常微弱，并不具有核力作用的强度，当μ射入物质后，就象电子那样通过许许多多次电离碰撞逐渐丢失能量，而后几乎静止在物质中，最后蜕变为电子并放出两个中微子。μ-→e-+νe+νμ；μ+→e++νe+νμ μ的平均寿命为2×10-6秒。进一步研究发现与μ和e相伴的中微子不属于同一类，确切的实验是1961(2)年由丹培完成的，1962年，莱德曼等人证实存在两类中微子，获得1988年的诺贝尔奖，到1975年，在美国斯坦福直线加速器实验室发现了一个更胖的类似于电子和μ子的粒子，叫做τ子，人们给它一个矛盾的名字：重轻子，根据经验，与它相伴，应该还有一个中微子—τ中微子，后来实验上果然找到了它。τ中微子的直接观测DONUT实验组：54名（18人来自日本爱知教育大学、神户大学和名古屋大学；29人来自美国的7所大学；3名来自希腊雅典大学；4名来自韩国建国大学和庆尚大学。负责人是费米实验室的B.Lundberg，匹兹堡大学的V。paolone）实验构想：高能质子组成的高通量初级束流轰击钨靶，产生出几乎完全向前飞行的次级粒子束流，内包含大量的Ds粒子，Ds粒子寿命仅0.5ps，衰变产物中1/14 预计为τ轻子和τ中微子对。在费米超高能质子加速器上，DONUT实验进行了3年，记录下600万例有用反应，经筛选留下1000个有希望的后选者，从中找出了4个确凿无疑的事例成为直接观测到τ中微子的证据。三、相互作用——物质胶基本粒子三大家族，除了夸克，轻子两族外，还有与相互作用有关的粒子族。问起构成世界的砖块是靠什么东西粘在一起而树起物质大厦的问题时，我们说是靠物质间的相互作用。迄今为止，我们确认物质间的基本相互作用只有四种，它们是引力作用、电磁作用、弱相互作用和强作用。引力相互作用主要以天体、日月星辰作为它的主要施力对象，而电磁作用主要在原子、分子水平上不可替代，弱作用与强作用属短程力，其影响的主要舞台在原子核的范围。一个物体是怎样向另一个物体施加作用的，或相互作用是如何传递的？历史上有各种观点，如接触作用、超距作用、以太传递的等等。现在一般认为所有四种相互作用都是汤川型作用，即靠交换粒子而实现的相互作用，这些传递相互作用的粒子称为规范玻色子，如电磁作用靠光子传递；而弱相互作用靠玻色子W±和Z 0粒子；传递强相互作用的粒子为胶子。但没有发现过自由的胶子，最古老的相互作用——引力相互作用由称为引力子的粒子来传递，但关于它的信息还很少。这些规范子形成了基本粒子的第三家族，不过这些规范粒子都是理论预言在先，实验证实在后，例如传递电磁作用的光子，是1905年爱因斯坦为解释光电效应而假设的，但光子的实验证明是1923年的康普顿效应；再如传递弱相互作用的中间玻色子W±和Z0是先由GWS弱电统一理论预言，后在实验上找到的（1983．1．和6．）。夸克、轻子和规范子，通过它们层层迭迭的纠缠而造成了我们面前的世界，它们是我们今天知道的物质结构的最深底层，若想用一句话来概括我们关于基本粒子的知识，那就是三大家族四大力！粒子物理的标准模型从20世纪60年代到90年代，实验和理论的重大进展是确立了粒子物理的标准模型。该模型认为；物质世界的基本组成单元是规范玻色子、三代轻子和夸克以及希格斯粒子，他们之间存在四种基本相互作用，即色相互作用、电弱相互作用、引力相互作用和希格斯粒子之间的汤川相互作用。描述色相互作用的理论是量子色动力学，描述电磁相互作用和弱相互作用的理论是电弱统一理论。四、我们对物质结构的新认识几十年来对新老基本粒子的研究，使我们对物质结构方面的知识的了解有不小的进步。1、首先我们已经清楚地知道了一条物质结构的链条，夸克、轻子——强子——原子核——原子——分子——三态物质——地球——太阳系——银河系——宇宙，各个层次上的相互作用了解得也很清楚了。2、新的构成方式最近十多年的研究，使我们关于基本粒子如何组合成复合体的思想有了一定的扩展，过去我们在理解原子时，总认为它是由电子和原子核组成的，电子和核之间通过电磁作用（即交换光子作用），我们并不认为光子也是原子的成份之一，这相当于我们用胶水把两样东西粘合成一个复合体，但事成之后，胶水就不再作为复合体的组分，但当我们以这种认识去考察质子的结构时，情况发生了变化，按理质子应由两个上夸克和一个下夸克组成，夸克之间通过胶子相互作用，但胶子本身不再作为质子的成份，若我们只研究强子的静态性质，这种看法似乎行得通，但当我们对强子结构实施动力学研究时，会发现质子里面那三个夸克uud 只携带整个质子动量的一半，这正如一个带了一千元钱的三人代表团出访，结果发现三个人口袋里的钱加起来只有500元一样奇怪，一个自然的解决办法是，强子的另一半动量为胶子以及由它派生的夸克对（称为海夸克以区别构成质子组分的夸克称为价夸克）携带，这就是说，质子不单由三个夸克构成，而是由三个
价夸克，一大堆胶子以及转化的海夸克对混合组成的一团。五、力的统一对物质结构的研究，必然要牵涉到物质间的相互作用，前面我们提到，目前的四种基本作用都是汤川型相互作用，但其间的差别甚大，这可从其性质看出，如力程长到无穷大，短到10-13厘米，作用强度，则相差近40个数量级。但是科学发展的历史一再证明，人类认识的每一次飞跃，总是导致一种新理论的建立，这种新理论将原来的认为十分不同的领域统一起来，例如：①牛顿力学的建立（1686年）统一了地上的运动规律与天上的运动规律。
②安培和法拉第的工作（1831年）统一了电学与磁学。③麦克斯韦的电磁理论（1873年）进一步统一了电磁学与光学。④爱因斯坦的狭义相对论（1905年）统一了空间与时间的概念。⑤爱因斯坦的广义相对论（1916年）进一步统一了时空与物质运动。⑥统计物理学（1901年）在宏观物理与微观物理之间架起了桥梁。⑦量子力学（1926年）的建立更统一了物理学与化学甚至部分生物学, 也将统一起来。因此人们坚信四种基本的相互作用并不基本，它们一定有着某种统一的起源。四种力统一的第一次尝试，是由爱因斯坦开始的，他在创建了狭义相对论和广义相对论后，就着手统一引力相互作用和电磁相互作用，并为此付出了后半生的绝大部分精力.虽提出了几种方案，但没有成功，其失败的原因在今天看来，是由于走的太远了，超越了当时的时代。第一次成功的统一是弱作用与电磁作用的统一，是由温伯格、萨拉姆和格拉肖完成的。1/杨一米尔斯理论与Higgs场电磁作用理论，即量子电动力学理论，是粒子物理中最成功的一种理论。在这个理论中，作为力的传递者的电磁场是一种矢量场，其相应的粒子（即光子）是一种矢量粒子，自旋宇称为1- 。1954年，杨振宁和米尔斯发展了这种观念，提出了一种别的作用也可以适用的新理论，称之为规范理论。这里，传递相互作用的场也是矢量场，称为规范场，与这种场相应的粒子称为规范粒子。杨－米尔斯规范理论有个特点，即作为作用力传递者的规范粒子，其质量应为0，正如同光子那样。然而除了光子以外，实验上从未发现过别的零质量的矢量粒子。因此，杨－米尔斯理论在相当长的一段时间得不到任何实际应用。十年以后（1964年），希格斯才找到了使规范粒子获得质量的途径。不过，由此要求存在一类新的粒子，称希格斯粒子。这是标量粒子，这一类粒子目前尚未找到。2/传递弱作用的矢量玻色子对于弱相互作用的研究，以前一直是基于费米理论，弱作用被看成是四个费米子直接耦合的点作用，点作用意味着力程无限短，由测不准关系知，力程越短，说明传递相互作用的粒子越重，按弱作用的方式，传递弱作用的中间玻色子应是很重的，且经研究表明，它也应是矢量粒子，这个性质是极有利于建立弱作用与电磁作用的统一理论的。3/弱电统一理论完整的弱电统一理论是由格拉肖（1961）、温伯格（1967）、和萨拉姆（1968）建立的，他们把中间玻色子看作是一种杨－米尔斯场，一种规范粒子，且算得W±的质量为mw～80 GeV，由此估算出弱作用的力程～10-1 6厘米。由可见只要中间玻色子W±的质量取约80 GeV。就既可以用统一理论来解释低能情形下弱作用比电磁作用弱的很多，也可以解释弱作用力程极短的事实。该模型的一个突出之处是存在中性流，即传递作用的中间玻色子除子带电的W±外，还有中性的Z0粒子，且算得Z0的质量为～92 GeV。例如中徽子、质子散射过程以前从来没有存在中性流的实验迹象，因此许多关于弱作用的计算中一个重要的麻烦就是如何压低或消失中性流的成份，现在的GWS理论预言中性弱流过程是一定存在的。这促使实验家去认真检验，1973年以来，已经观测到许多中性流弱过程，且定量上与GWS理论符合得很好，这也为GWS荣获1979 年的诺贝尔物理奖奠定了基石。令人感到更为振奋的是GWS理论预言的中间玻色子W±、Z 0已分别在1983年1月和6月真的被发现了，实验测得mw=80.9±1.5 Gev mz=95.6±1.5 Gev 与理论结果吻合的很好，为此这项成果立即获得了1984年度年诺贝尔物理学奖的殊荣。对于强相互作用，最初是汤川秀树提出的核力π介子理论，以后由于盖尔曼的夸克模型，使人们认识到传递强相互作用的是色胶子，也是一种杨－米尔斯场，这就提供了将强作用与弱电统一作用统一起来的可能。
量子力学发展简史 摘要： 相对论是在普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难，引入能量子概念的基础上发展起来的，爱因斯坦提出光量子假说、运用能量子概念使量子理论得到进一步发展。玻尔、德布罗意、薛定谔、玻恩、狄拉克等人为解决量子理论遇到的困难，进行了开创性的工作，先后提出电子自旋概念，创立矩阵力学、波动力学，诠释波函数进行物理以及提出测不准原理和互补原理。终于在1925 年到1928年形成了完整的量子力学理论，与爱因斯坦的相对论并肩形成现代物理学的两大理论支柱。 关键词：量子力学，量子理论，矩阵力学，波动力学，测不准原理 量子力学是研究微观粒子（如电子、原子、分子等）的运动规律的物理学分 支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础，是现代物理学的两大基本支柱。经典力学奠定了现代物理学的基础，但对于高速运动的物体和微观条件下的物体，牛顿定律不再适用，相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题。量子力学认为在亚原子条件下，粒子的运动速度和位置不可能同时得到精确的测量，微观粒子的动量、电荷、能量、粒子数等特性都是分立不连续的，量子力学定律不能描述粒子运动的轨道细节，只能给出相对机率，为此爱因斯坦和玻尔产生激烈争论，并直至去世时仍不承认量子力学理论的哥本哈根诠释。 量子力学是一个物理学的理论框架，是对经典物理学在微观领域的一次革命。 它有很多基本特征，如不确定性、量子涨落、波粒二象性等，在原子和亚原子的微观尺度上将变的极为显著。爱因斯坦、海森堡、玻尔、薛定谔、狄拉克等人对其理论发展做出了重要贡献。原子核和固体的性质以及其他微观现象，目前已基本上能从以量子力学为基础的现代理论中得到说明。现在量子力学不仅是物理学中的基础理论之一，而且在化学和许多近代技术中也得到了广泛的应用。上世纪末和本世纪初，物理学的研究领域从宏观世界逐渐深入到微观世界；许多新的实验结果用经典理论已不能得到解释。大量的实验事实和量子论的发展，表明微观粒子不仅具有粒子性，同时还具有波动性（参见波粒二象性），微观粒子的运动不能用通常的宏观物体运动规律来描写。德布罗意、薛定谔、海森堡，玻尔和狄拉克等人逐步建立和发展了量子力学的基本理论。应用这理论去解决原子和分子范围内的问题时，得到与实验符合的结果。因此量子力学的建立大大促进了原子物理。固体物理和原子核物理等学科的发展，它还标志着人们对客观规律的认识从宏观世界深入到了微观世界。量子力学是用波函数描写微观粒子的运动状态，以薛定谔方程确定波函数的变化规律，并用算符或矩阵方法对各物理量进行计算。因此量子力学在早期也称为波动力学或矩阵力学。量子力学的规律用于宏观物体或质量和能量相当大的粒子时，也能得出经典力学的结论。在解决原子核和基本粒子的某些问题时，量子力学必须与狭义相对论结合起来（相对论量子力学），并由此逐步建立了现代的量子场论。
分析化学发展史 摘要]分析化学始于一些分析检验的实践活动。商品生产和交换的发展,促进了分析检验工作。 16世纪,化学反应广泛地应用于湿法分析。18世纪中叶,重量分析法使分析化学由单纯的定性分析迈 入了定量分析的时代。到了19世纪,定性分析趋于完善,定量分析的各种方法也相继出现并不断发展。 分析化学真正成为一门独立的学科是在20世纪初,被称之为经典分析化学。20世纪以来,在经典化学 不断充实、完善的同时,仪器分析也迅猛发展,并且在分析化学中占据越来越重要的地位。[关键词]化学分析;仪器分析 在化学还没有成为一门独立学科的中世纪,甚至古代,人们已开始从事分析检验的实践活动。这一实践活动来源于生产和生活的需要。如为了冶炼各种金属,需要鉴别有关的矿石;采取天然矿物做药物治病,需要识别它们。这些鉴别是一个由表及里的过程,古人首先注意和掌握的当然是它们的外部特征。如水银又名“流珠”,“其状如水似银”,硫化汞名为“朱砂”、“丹砂”等都是抓住它们的外部特征。人们初步对不同物质进行概念上的区别,用感官对各种客观实体的现象和本质加以鉴别,就是原始的分析化学。 在制陶、冶炼和制药、炼丹的实践活动中,人们对矿物的认识便逐步深化,于是便能进一 步通过它们的一些其他物理特性和化学变化作为鉴别的依据。如中国曾利用“丹砂烧之成水银”来鉴定硫汞矿石。随着商品生产和交换的发展,很自然地就会产生控制、检验产品的质量和纯度的需求,于是产生了早期的商品检验工作。在古代主要是用简单的比重法来确定一些溶液的浓度,可用比重法衡量酒、醋、牛奶、蜂蜜和食油的质量。 到了6世纪已经有了和我们现在所用的基本相同的比重计了。商品交换的发展又促进了货币的流通,高值的货币是贵金属的制品,于是出现了货币的检验,也就是金属的检验。古代的金属检验,最重要的是试金技术。在我国古代,关于金的成色就有“七青八黄九紫十赤”的谚语。在古罗马帝国则利用试金石,根据黄金在其上划痕颜色和深度来判断金的成色。 16世纪初,在欧洲又有检验黄金的所谓“金针系列试验法”,这是简易的划痕试验法的进一步发展。16世纪,化学的发展进入所谓的“医药化学时期”。关于各地各类矿泉水药理性能的研究是当时医药化学的一项重要任务,这种研究促进了水溶液分析的兴起和发展。1685年,英国著名物理学家兼化学家R·波义耳(Boyle,1627-1691)编写了一本关于矿泉水的专著《矿泉的博物学考察》,相当全面地概括总结了当时已知的关于水溶液的各种检验方法和检定反应。波义耳在定性分析中的一项重要贡献是用多种动、植物浸液来检验水的酸碱性。波义耳还提出了“定性检出极限”这一重要概念。这一时期分析检验法的多样性、可靠性和灵敏性,并为近代分析化学的产生做了准备。 18世纪以后,由于冶金、机械工业的巨大发展,要求提供数量更大、品种更多的矿石,促进了分析化学的发展。这一时期,分析化学的研究对象主要以矿物、岩石和金属为主,而且这种研究从定性检验逐步发展到较高级的定量分析。其中干法的吹管分析法曾起过重要作用。此法是把要化验的金属矿样放在一块木炭的小孔中,然后以吹管将火焰吹到它上面,一些金属氧化物便熔化并会被还原为金属单质。但这种方法能够还原出的金属种类并不多。到了18世纪中
物理学发展简史 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
一、古典物理学与近代物理学： 1、古典物理学：廿世纪以前所发展的物理学称为古典物理学，以巨观的角度研究物理，可分为 力学、热学、光学、电磁学等主要分支。 2、近代物理学：廿世纪以后(1900年卜朗克提出量子论后)所发展的物理学称为近代物理学， 以微观的角度研究物理，量子力学与相对论为近代物理的两大基石。
一、古典物理学对人类生活的影响： 1、力学：简单机械(杠杆、轮轴、滑轮、斜面、螺旋、劈) …… 2、光学： (一)反射原理： (1)平面镜：镜子…… (2)凹面镜：手电筒、车灯、探照灯…… (3)凸面镜：路口、商店监视镜…… (二)折射原理： (1)凸透镜：放大镜、显微镜、相机…… (2)凹透镜：眼镜、相机…… 3、热学：蒸汽机、内燃机、引擎、冰箱、冷(暖)气机…… 4、电学： (一)利用电能运作：一般电器用品，如：电视机、冰箱、洗衣机…… (二)利用电磁感应：发电机、变压器…… (三)利用电磁波原理：无线通讯、雷达…… 二、近代物理学对人类生活的影响： 1、半导体： (一)半导体：导电性介于导体和绝缘体间之一种材料，可分为元素半导体(如：硅、锗等)和 化合物半导体(如：砷化镓等)两种。 (二)用途： (1)半导体制成晶体管，体积小、耗电量少，具有放大电流讯号功能。 (2)半导体制成二极管具整流能力。 (3)集成电路(IC)： (A)1958年发展出「集成电路」技术，系利用长晶、蚀刻、蒸镀等方式于一小芯片上容 纳上百万个晶体管、二极管、电阻、电感、电容等电子组件之技术，而此电路即称为 集成电路。 (B)IC之特性：体积小、效率高、耗电低、稳定性高、可大量生产。 (C)IC之应用：计算机、手机、电视、计算器、手表等电子产品。 (4)计算机信息科技之扩展大辐改变了人类的生活习惯，故俗称第二次工业革命。 2、雷射： (一)原理：利用爱因斯坦「原子受激放射」理论，诱发大量原子由受激态同时做能态之跃迁 并放射同频率之光子，藉以将光加以增强。 (二)特性：聚旋光性好、强度高、光束集中、频率单一(单色光)。 (三)应用：
1．无线电导航的发展历程 无线电导航是20世纪一项重大的发明 电磁波第一个应用的领域是通信，而第二个应用领域就是导航。早在1912年就开始研制世界上第一个无线电导航设备，即振幅式测向仪，称无线电罗盘(Radiocompass)，工作频率0.1一1.75兆赫兹。1929年，根据等信号指示航道工作原理，研制了四航道信标，工作频率为0.2一0.4兆赫兹，已停止发展。1939年便开始研制仪表着陆系统(ILS),1940年则研制脉冲双曲线型的世界第一个无线电定位系统奇异(Gee)，工作频率为28一85兆赫兹。1943年，脉冲双曲线型中程无线电导航系统罗兰A(Loran-A)投入研制，1944年又进行近程高精度台卡(Dessa)无线电导航系统的研制。 1945年至1960年研制了数十种之多，典型的系统如近程的伏尔(VOR)、测向器( D ME)、塔康(Tacan)、雷迪斯特、哈菲克斯(Hi-Fix)等;中程的罗兰B(Loran-B)、低频罗兰(LF-Loran)、康索尔(Consol)等;远程的那伐格罗布((Navaglohe)、法康(Facan)、台克垂亚(Dectra)、那伐霍(Navarho),罗兰C(Loran-C)和无线电网(Radionrsh)等;超远程的台尔拉克(Delrac)和奥米加(Omega)与。奥米加;空中交通管制的雷康(Rapcon)、伏尔斯康(VOLSCAN)、塔康数据传递系统(Tacandata-link)和萨特柯((Satco)等，另外还有多卜勒导航雷达(Doppler navigation tadar)，这期间主要保留下来的系统如表1 表1主要地基无线电导航系统运行年代表 1．1 无线电导航发展的重大突破 1960年以后，义发展了不少新的地基无线电导航系统。如近程高精度的道朗((TORAN)、赛里迪斯(SYLEDIS)、阿戈(ARGO)、马西兰(MAXIRAN)、微波测距仪（TRISPONDER)以及MRB-201,NA V-CON,RALOG-20,RADIST等等;中程的有罗兰D (Loran-D)和脉冲八(Pulse8)等;远程的恰卡(Chayka);超远程的奥米加((Omega与 );突破在星基的全球导航系统，还有新的飞机着陆系统。同时还开始发展组合导航与综合导航系统，以及地形辅助导航系统等。表2列出几种常用的系统及主要性能与用量。 表2几种常用的地基系统性能与用量 *D为飞行距离。
成都理大学 科学技术史论文题目：世界科技发展史回顾与未来科技发展展望 彭静 201206020228 核自学院 指导老师：周世祥
世界科技发展史回顾与未来科技发展展望 科学技术发展史是人类认识自然、改造自然的历史，也是人类文明史的重要组成部分。今天，当人类豪迈地飞往宇宙空间，当机器人问世，当高清晰度数字化彩电进入日常家庭生活，当克隆羊多利诞生惊动整个世界之时，大家是否会感受到，人类经历了一个多么漫长而伟大的科学技术发展历程。 一．古代科技发展概况 大约在公元前4000年以前，人类由石器时代跨入青铜器时代，并逐渐产生了语言和文字。在于自然界的长期斗争中，人类不断推动着生产工具和生产技术的进步，与此同时，人类对自然界的认识也不断丰富，科学技术的萌芽不断成长起来。 世界文明发端于中国，埃及，印度和巴比伦四大文明古国。中国古代科学技术十分辉煌，但主要在技术领域。中国的四大发明对世界文明产生巨大影响。古代中国科技文明的主要支桂有天文学、数学、医药学、农学四大学科和陶瓷、丝织、建筑三大技术,及世界闻名的造纸、印刷术、火药、指南针四大发明。四大发明：造纸、印刷术、火药、指南针。 生活在尼罗河和两河流域的古埃及和巴比伦人在天文学，数学等方面创造了杰出的成就，埃及金字塔名垂史册，印度数学为世界数学发展史大侠光辉的一页。 古希腊是科学精神的发源地，古希腊人创造了辉煌夺目的科学奇迹，在人类历史上第一次形成了独具特色的理性自然观，为近代科学的诞生奠定了基础。在人类历史上第一次形成了独具特色的的理性自然观，为近代科学的诞生奠定了基础。毕达哥拉斯，希波克拉底，以及百科全书式的学者亚里士多德都是那一时期的解除代表人物。公元前3世纪，进入希腊化时期的古希腊获得更大的发展，出现了欧几里得，阿基米德和托勒密三位杰出的科学家，使得古代科学攀上三座高峰。 公元最初的500多年中，欧洲的科学技术持续衰落，5世纪后进入黑暗的年代，并且延续了1000多年，科学一度成为宗教的婢女。但是科学精神在14世纪发出自己的呐喊，近代实验科学的始祖逻辑尔-培根像一颗新星，点亮了欧洲的天空。 在整个古代,技术发展的水平不高,科学也没有达到系统的程度,不同地域的人民之间还未建立起长期稳定的经济、文化联系, 但许多古代的科学技术成果, 如阳历和阴历, 节气、月、星期和其它时间单位的划分, 恒星天区的划分和名称,数学的基础知识和十进制记数法、印度——阿拉伯数字、轮车技术、杠杆技术、造纸术、印刷术等等,都已深深镶入了整个人类文明大厦的基础。 古代自然科学的发展还停留在描述现象，总结经验的阶段，个学科的分野并不明确，因而具有实用性，经验性和双重性，但它给近代科学的发展准备了充分的条件。 2.近现代科学技术的发展
材料是人类生活和生产的物质基础，是人类认识自然和改造自然的工具。可以这样说，自从人类一出现就开始了使用材料。材料的历史与人类史一样久远。从考古学的角度，人类文明曾被划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代等，由此可见材料的发展对人类社会的影响。材料也是人类进化的标志之一，任何工程技术都离不开材料的设计和制造工艺，一种新材料的出现，必将支持和促进当时文明的发展和技术的进步。从人类的出现到20世纪的今天，人类的文明程度不断提高，材料及材料科学也在不断发展。在人类文明的进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段。 1．使用纯天然材料的初级阶段 在原古时代，人类只能使用天然材料（如兽皮、甲骨、羽毛、树木、草叶、石块、泥土等），相当于人们通常所说的旧石器时代。这一阶段，人类所能利用的材料都是纯天然的，在这一阶段的后期，虽然人类文明的程度有了很大进步，在制造器物方面有了种种技巧，但是都只是纯天然材料的简单加工。 2．人类单纯利用火制造材料的阶段 这一阶段横跨人们通常所说的新石器时代、铜器时代和铁器时代，也就是距今约10000年前到20世纪初的一个漫长的时期，并且延续至今，它们分别以人类的三大人造材料为象征，即陶、铜和铁。这一阶段主要是人类利用火来对天然材料进行煅烧、冶炼和加工的时代。例如人类用天然的矿土烧制陶器、砖瓦和陶瓷，以后又制出玻璃、水泥，以及从各种天然矿石中提炼铜、铁等金属材料，等等。 3．利用物理与化学原理合成材料的阶段 20世纪初，随着物理学和化学等科学的发展以及各种检测技术的出现，人类一方面从化学角度出发，开始研究材料的化学组成、化学键、结构及合成方法，另一方面从物理学角度出发开始研究材料的物性，就是以凝聚态物理、晶体物理和固体物理等作为基础来说明材料组成、结构及性能间的关系，并研究材料制备和使用材料的有关工艺性问题。由于物理和化学等科学理论在材料技术中的应用，从而出现了材料科学。在此基础上，人类开始了人工合成材料的新阶段。这一阶段以合成高分子材料的出现为开端，一直延续到现在，而且仍将继续下去。人工合成塑料、合成纤维及合成橡胶等合成高分子材料的出现，加上已有的金属材料和陶瓷材料（无机非金属材料）构成了现代材料的三大支柱。除合成高分子材料以外，人类也合成了一系列的合金材料和无机非金属材料。超导材料、半导体材料、光纤等材料都是这一阶段的杰出代表。 从这一阶段开始，人们不再是单纯地采用天然矿石和原料，经过简单的煅烧或冶炼来制造材料，而且能利用一系列物理与化学原理及现象来创造新的材料。并且根据需要，人们可以在对以往材料组成、结构及性能间关系的研究基础上，进行材料设计。使用的原料本身有可能是天然原料，也有可能是合成原料。而材料合成及制造方法更是多种多样。 4．材料的复合化阶段 20世纪50年代金属陶瓷的出现标志着复合材料时代的到来。随后又出现了玻璃钢、铝塑薄膜、梯度功能材料以及最近出现的抗菌材料的热潮，都是复合材料的典型实例。它们都是为了适应高新技术的发展以及人类文明程度的提高而产生的。到这时，人类已经可以利用新的物理、化学方法，根据实际需要设计独特性能的材料。 现代复合材料最根本的思想不只是要使两种材料的性能变成3加3等于6，而是要想办法使他们变成3乘以3等于9，乃至更大。 严格来说，复合材料并不只限于两类材料的复合。只要是由两种不同的相组成的材料都可以称为复合材料。 5．材料的智能化阶段 自然界中的材料都具有自适应、自诊断合资修复的功能。如所有的动物或植物都能在没
物理学发展简史 摘要：物理学的发展大致经历了三个时期：古代物理学时期、近代物理学时期（又称经典物理学时期）和现代物理学时期。物理学实质性的大发展，绝大部分是在欧洲完成，因此物理学的发展史，也可以看作是欧洲物理学的发展史。 关键词：物理学；发展简史；经典力学；电磁学；相对论；量子力学；人类未来发展 0 引言 物理学的发展经历了漫长的历史时期，本文将其划分为三个阶段：古代、近代和现代，并逐一进行简要介绍其主要成就及特点，使物理学的发展历程显得清晰而明了。 1 古代物理学时期 古代物理学时期大约是从公元前8世纪至公元15世纪，是物理学的萌芽时期。 物理学的发展是人类发展的必然结果，也是任何文明从低级走向高级的必经之路。人类自从具有意识与思维以来，便从未停止过对于外部世界的思考，即这个世界为什么这样存在，它的本质是什么，这大概是古代物理学启蒙的根本原因。因此，最初的物理学是融合在哲学之中的，人们所思考的，更多的是关于哲学方面的问题，而并非具体物质的定量研究。这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢。在长达近八个世纪的时间里，物理学没有什么大的进展。 古代物理学发展缓慢的另一个原因，是欧洲黑暗的教皇统治，教会控制着人们的行为，禁锢人们的思想，不允许极端思想的出现，从而威胁其统治权。因此，在欧洲最黑暗的教皇统治时期，物理学几乎处于停滞不前的状态。 直到文艺复兴时期，这种状态才得以改变。文艺复兴时期人文主义思想广泛传播，与当时的科学革命一起冲破了经院哲学的束缚。使唯物主义和辩证法思想重新活跃起来。科学复兴导致科学逐渐从哲学中分裂出来，这一时期，力学、数学、天文学、化学得到了迅速发展。 2 近代物理学时期 近代物理学时期又称经典物理学时期，这一时期是从16世纪至19世纪，是经典物理学的诞生、发展和完善时期。 近代物理学是从天文学的突破开始的。早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。
物理化学发展史——早期溶液理论和今日中学化学 很荣幸今天能为大家介绍物理化学发展史，物理化学博大精深，很有内涵，所以我耍个机灵，取了早期溶液理论的发展这一节，同时谈一谈今日中学化学对溶液理论的研究和教学实践。首先我想谈一谈物理化学，既然叫物理化学，那他一定和物理有点关联，例如空气湿度多大时我们能够观察到雾的现象？早晨的露珠为什么呈现球形？天上云层很厚实，为什么不下雨？人工降雨的原理到底是什么？等等这些物理现象，其实都属于物质的性质，而物理化学其实是研究物质性质和化学反应原理的学科。 自1887年奥斯特沃尔德和范霍夫合办了德文《物理化学杂志》，这门学科获得了快速的发展，今天物理化学的发展程度当然已经超乎人们的想象，具体包括化学热力学、化学动力学，电化学，光化学，表面化学，胶体化学，结构化学，量子化学，催化理论等等分支。应该说，物理化学以热力学、动力学和量子力学为基础。日本化学史家山岗望提出，物理化学学发端于拉瓦锡时代，本生进一步将物理学的实验方法应用到化学研究上，把物理学原理用来解释化学现象则是从范霍夫开始的。这段时间大致与两次工业革命的兴起重叠，也就是说，物理化学建立在产业革命兴起的大背景下，期间涌现了无数大牛，更有麦克斯韦，玻尔兹曼，普朗克这三尊神。例如麦克斯韦，以电磁理论闻名于世的物理大神，为化学做出的贡献在我看来要更加惊人。请看这两个数，一个热力学K，一个是动力学K，这两个K为什么长这么像？类似的还有克劳修斯克拉博隆方程，如果我把ΔG和ΔEa都用能量E表示，你会发现形式上和麦克斯韦能量分布积分式惊人的相似。这三位确定了热运动的本质，确定了热力学第二定律的适用范围，明确地给出了熵与微观状态数的数学关系。有意思的是文科里面更喜欢谈熵，伟大的科幻小说家阿西莫夫以熵增定律为主题写了科幻史上我认为是最好的一篇——最后的问题。 好言归正传，关于溶液理论，就必须提物理化学三剑客：阿伦尼乌斯，范霍夫和奥斯特沃尔德，三人之间的性格可以说迥异，又来自三个不同国家但对稀溶液的研究将他们的命运深深的绑定，三人友谊可以说是科学史上一段佳话。 故事要从溶液的依数性说起。首先是关于溶液渗透压的发现。最早观察到渗透现象的是法国物理学家诺勒。1748年他为了改进酒的制作时曾作过一个实验:把酒精装满一个玻璃圆筒，用猪膀胱膜封住，然后把圆筒全部浸进水中。他发现膀胱膜向外膨胀，即发现水通过膜渗透进了圆筒，最后膀胱膜竟被撑破。但他并未意识到这就是渗透压造成的。最早对渗透压进行半定量研究的则是法国生理学家杜特罗夏在1830年左右进行的。他用一个钟罩形的玻璃容器，下面用羊皮纸封住，从上面插进一支长玻璃管，容器中分别放入各种不同浓度、不同物质的溶液，然后把它浸入水槽中。于是观察到玻璃管内液面上升，浓度越大，水柱越高，两者成正比。这时候他意识到:这个压力是由于外面的水通过羊皮纸向溶液方向迁移而产生的。他给这种现象命名为“渗透”，该术语来源于希腊文“wσμos”，意思是“推进”。1848年，德国化学家K.维洛尔特（Karl Vierordt）证实了他的这一结论。但由于动物膜既可让溶剂分子也可让溶质分子渗透，只是速度不同，所以测得的渗透压力只是暂时的，不稳定的，而且与溶剂、溶质的渗透相对速度有关，因此测得的渗透压也只是粗略的，而且由于这类半透膜不够坚固，经受不住浓溶液的很大的渗透压。 1867年，德国生理化学家特劳贝让亚铁氰化铜或丹宁-明胶沉积在多孔陶瓷上，制出了真正只让水分子透过的膜，范霍夫称它为半透膜。这种膜非常牢固，能够经受几百个大气压的渗透压。1884年德国植物学家普菲弗便利用这种半透膜研究植物的枯萎状况，对蔗糖溶液的渗透压进行了广泛的定研究，得到了准确的数据。 这些实验结果激起了范霍夫对渗透压进行理论探讨的热情。他从浦菲弗的数据得知，含有一克蔗糖中加水，水加的越多，渗透压越小，但一定是一个常数，与波义耳定律对气体的
固体物理学发展简史 固体物理学是研究固体物质的物理性质、微观结构、构成物质的各种粒子的运动形态，及其相互关系的科学。它是物理学中内容极丰富、应用极广泛的分支学科。 固体通常指在承受切应力时具有一定程度刚性的物质，包括晶体和非晶态固体。简单地说，固体物理学的基本问题有：固体是由什么原子组成？它们是怎样排列和结合的？这种结构是如何形成的？在特定的固体中，电子和原子取什么样的具体的运动形态？它的宏观性质和内部的微观运动形态有什么联系？各种固体有哪些可能的应用？探索设计和制备新的固体，研究其特性，开发其应用。 在相当长的时间里，人们研究的固体主要是晶体。早在18世纪，阿维对晶体外部的几何规则性就有一定的认识。后来，布喇格在1850年导出14种点阵。费奥多罗夫在1890年、熊夫利在1891年、巴洛在1895年，各自建立了晶体对称性的群理论。这为固体的理论发展找到了基本的数学工具，影响深远。 1912年劳厄等发现X射线通过晶体的衍射现象，证实了晶体内部原子周期性排列的结构。加上后来布喇格父子1913年的工作，建立了晶体结构分析的基础。对于磁有序结构的晶体，增加了自旋磁矩有序排列的对称性，直到20
世纪50年代舒布尼科夫才建立了磁有序晶体的对称群理论。 第二次世界大战后发展的中子衍射技术，是磁性晶体结构分析的重要手段。70年代出现了高分辨电子显微镜点阵成像技术，在于晶体结构的观察方面有所进步。60年代起，人们开始研究在超高真空条件下晶体解理后表面的原子结构。20年代末发现的低能电子衍射技术在60年代经过改善，成为研究晶体表面的有力工具。近年来发展的扫描隧道显微镜，可以相当高的分辨率探测表面的原子结构。 晶体的结构以及它的物理、化学性质同晶体结合的基本形式有密切关系。通常晶体结合的基本形式可分成：高子键合、金属键合、共价键合、分子键合和氢键合。根据X 射线衍射强度分析和晶体的物理、化学性质，或者依据晶体价电子的局域密度分布的自洽理论计算，人们可以准确地判定该晶体具有何种键合形式。 固体中电子的状态和行为是了解固体的物理、化学性质的基础。维德曼和夫兰兹于1853年由实验确定了金属导热性和导电性之间关系的经验定律；洛伦兹在1905年建立了自由电子的经典统计理论，能够解释上述经验定律，但无法说明常温下金属电子气对比热容贡献甚小的原因；泡利在1927年首先用量子统计成功地计算了自由电子气的顺磁性，索末菲在1928年用量子统计求得电子气的比热容和输运现象，解决了经典理论的困难。
学物理学史的体会 院系：物理与信息技术学院 班级：2011级物理学班 学号：201105110134 姓名：牛亮亮 摘要：物理学史，顾名思义，万物之理。他是研究我们周围世界的一切现象，并努力的对其作出合理的科学解释，他承载的是人类对未知的好奇，用自己的行动去探索，去实践。从而揭示出世界的本质，使人们可以尽最大限度的了解我们生活的环境，了解我们的物理。 关键词：物理学史德育的火花教学的催化剂 科学史现在已是世界公认的一门独立学科。其中物理学史是科学史的重要组成之一，它是研究物理学辩证发展过程规律的一门学科。作为人类对自然界各种物理现象的认识史，它将揭示物理学作为一个整体的发展进程，特别是揭示物理学思想的发展和沿革的历史，研究物理学发生和发展的基本规律。 在《科学史与新人文主义》一书中萨顿曾说：“在旧人文主义者同科学家之间只有一座桥梁，那就是科学史，建造这座桥梁是我们这个时代的主要文化需要。”萨顿去世已近半个世纪了，但他70年前的话同样是适用于今天的时代的，对我们仍有启发：物理学史的教育价值不容忽视。记得有人曾说过：物理学是一门科学，是一门智慧，是一门文化。物理学是以物质基本结构、相互作用和基本运动规律为研究对象的自然科学，是人们认识物质世界的本质，揭示物质世界的规律，具有基础性和应用性的重要学科。物理学的知识和方法促进了许多相关学科和生产技术的发展，有力地推动了人类社会文明的进步。 关于物理学史，歌德曾说过：“一门科学的历史，就是这门科学本身。”而美国科学史家萨顿将科学史定义为“如果把科学定义为系统的实证知识或看作是在不同时期、不同地点所系统化了的这样一种知识，那么科学史就是这种知识发展的描述和说明”，从这一意义上讲物理学史就是：人类在长期的社会实践活动中对自然的物理知识系统的历史的描述，是物理学家征服世界、改造自然、创造发明的奋斗史，记述了物理知识的累积过程，以及物理科学的发展演变规律的发展史。
近代物理学史论文题目：量子力学发展脉络及代表人物简介 姓名： 学号： 学院： 2016年12月27
量子力学发展脉络 量子力学是研究微观粒子运动的基本理论，它和相对论构成近代物理学的两大支柱。可以毫不犹豫的说没有量子力学和相对论的提出就没有人类的现代物质文明。而在原子尺度上的基本物理问题只有在量子力学的基础上才能有合理地解释。可以说没有哪一门现代物理分支能离开量子力学比如固体物理、原子核粒子物理、量子化学低温物理等。尽管量子力学在当前有着相当广阔的应用前景，甚至对当前科技的进步起着决定性的作用，但是量子力学的建立过程及在其建立过程中起重要作用的人物除了业内人对于普通得人却鲜为人知。本文主要简单介绍下量子力学建立的两条路径及其之间的关系及后续的发展，与此同时还简单介绍了在量子力学建立过程中起到关键作用的人物及其贡献。 通过本文的简单介绍使普通人对量子力学有个简单认识同时缅怀哪些对量子力学建立其关键作用的科学家。 旧量子理论 量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的旧量子论包括普朗克量子假说、爱因斯坦光电效应光电子假说和波尔的原子理论。 在19世纪末，物理学家存在一种乐观情绪，他们认为当时建立的力学体系、统计物理、电动力学已经相当完善，而剩下的部分不过是提高重要物理学常数的观测精度。然而在物理的不断发展中有些科学家却发现其中存在的一些难以解释的问题，比如涉及电动力学的以太以及观测到的物体比热总小于能均分给出的值。对黑体辐射研究的过程中，维恩由热力学普遍规律及经验参数给出维恩公式，但随后的研究表明维恩公式只在短波波段和实验符合的很好，而在长波波段和实验有很大的出入。随后瑞利和金森根据经典电动力学给出瑞利金森公式，而该公式只在长波波段和实验符合的很好，而在短波波段会导致紫外光灾。普朗克在解决黑体辐射问题时提出了一个全新的公式普朗克公式，普朗克公式和实验数据符合的很好并且数学形式也非常简单，在此基础上他深入探索这背后的物理本质。他发现如果做出以下假设就可以很好的从理论上推导出他和黑体辐射公式：对于一定频率f的电磁辐射，物体只能以hf为单位吸收
化学热力学的发展简史 姓名：xx 学号：xx 1 引言 化学热力学是物理化学中最早发展起来的一个分支学科，主要应用热力学原理研究物质系统在各种物理和化学变化中所伴随的能量变化、化学现象和规律，依据系统的宏观可测性质和热力学函数关系判断系统的稳定性、变化的方向和限度。化学热力学的基本特点是其原理具有高度的普适性和可靠性.对于任何体系,化学热力学性质是判断其稳定性和变化方向及程度的依据。也就是说,相平衡、化学平衡、热平衡、分子构象的稳定性、分子间的聚集与解离平衡等许多重要问题都需要用化学热力学的原理和方法进行判断和解决。化学热力学的研究范畴决定了它与化学乃至化学学科以外的其他学科具有很强的交叉渗透性。化学热力学在化学学科的发展中发挥着不可替代的重要作用,与其他学科的发展相互促进。热力学的历史始于热力学第一定律，100多年来，化学热力学有了很大的发展和广阔的应用。 2 化学热力学的筑基 化学热力学的主要理论基础是经典热力学。19世纪上半叶，作为物理学的巨大成果，“能”的概念出现了; 人们逐渐认识到热只是能的多种可互相转换的形式之一，科学家意识到了统治科学界百年之久的“热质说”是错误的，于是热力学应运而生。19世纪中叶，人们在研究热和功转换的基础上，总结出热力学第一定律和热力学第二定律，解决了热能和机械能转换中在量上的守恒和质上的差异。1873-1878年，吉布斯进一步总结出描述物质系统平衡的热力学函数间的关系，并提出了相律。20世纪初，能斯特提出了热定理，使“绝对熵”的测定成为可能。为了运用热力学函数处理实际非理想系统，1907 年，路易斯提出了逸度和活度的概念%至此，经典热力学建立起完整的体系。 2.1 Hess定律 俄国的赫斯很早就从化学研究中领悟了一些能量守恒的思想。1836年，赫斯向彼得堡科学院报告: “经过连续的研究，我确信，不管用什么方式完成化合，由此发出的热总是恒定的，这个原理是如此之明显，以至于如果我不认为已经被
物理学发展简史 专业：物流工程１１１ 学生：吴建平 学号：２０１１２１６０３１ 老师：代群
摘要：物理学的发展大致经历了三个时期：古代物理学时期、近代物理学时期（又称经典物理学时期）和现代物理学时期。物理学实质性的大发展，绝大部分是在欧洲完成，因此物理学的发展史，也可以看作是欧洲物理学的发展史。 关键词：物理学；发展简史；经典力学；电磁学；相对论；量子力学；人类未来发展
引言 物理学的发展经历了漫长的历史时期，本文将其划分为三个阶段：古代、近代和现代，并逐一进行简要介绍其主要成就及特点，使物理学的发展历程显得清晰而明了。 一古代物理学时期 古代物理学时期大约是从公元前8世纪至公元15世纪，是物理学的萌芽时期。 物理学的发展是人类发展的必然结果，也是任何文明从低级走向高级的必经之路。人类自从具有意识与思维以来，便从未停止过对于外部世界的思考，即这个世界为什么这样存在，它的本质是什么，这大概是古代物理学启蒙的根本原因。因此，最初的物理学是融合在哲学之中的，人们所思考的，更多的是关于哲学方面的问题，而并非具体物质的定量研究。这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢。在长达近八个世纪的时间里，物理学没有什么大的进展。 古代物理学发展缓慢的另一个原因，是欧洲黑暗的教皇统治，教会控制着人们的行为，禁锢人们的思想，不允许极端思想的出现，从而威胁其统治权。因此，在欧洲最黑暗的教皇统治时期，物理学几乎处于停滞不前的状态。 直到文艺复兴时期，这种状态才得以改变。文艺复兴时期人文主义思想广泛传播，与当时的科学革命一起冲破了经院哲学的束缚。使唯物主义和辩证法思想重新活跃起来。科学复兴导致来，这一时期，力学、数学、天文学、化学得到了迅速发展。 二近代物理学时期 近代物理学时期又称经典物理学时期，这一时期是从16世纪至19世纪，是经典物理学的诞生、发展和完善时期。 近代物理学是从天文学的突破开始的。早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。 公元15世纪，哥白尼经过多年关于天文学的研究，创立了科学的日心说，写出“自然科学的独立宣言”——《天体运行论》，对地心说发出了强有力的挑战。16世纪初，开普勒通过从第谷处获得的大量精确的天文学数据进行分析，先后提出了行星运动三定律。开普勒的理论为牛顿经典力学的建立提供了重要基础。从开普勒起，天文学真正成为一门精确科学，成为近代科学的开路先锋。 近代物理学之父伽利略，用自制的望远镜观测天文现象，使日心说的观念深入人心。他提出落体定律和惯性运动概念，并用理想实验和斜面实验驳斥了亚里士多德的“重物下落快”的错误观点，发现自由落体定律。他提出惯性原理，驳斥了亚里士多德外力是维持物体运动的说法，为惯性定律的科学逐渐从哲学中分裂出建立奠定了基础。伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上
物理化学研究内容及其发展史 摘要: 物理化学是化学学科的理论理论基础。物理化学是以物理的原理 和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体 系中特殊规律的学科。随着科学的迅速发展和各门学科之间的相互渗 透，物理化学与物理学、无机化学、有机化学在内容上存在着难以准 确划分的界限，从而不断地产生新的分支学科。物理化学的研究在各 个方面的应用越来越广泛。[1]物理化学是一门发展潜力很大的学科！ 关键词: 物理化学，发展，学科形成，前景 物理化学是以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为， 发现并建立化学体系中特殊规物理化学律的学科。随着科学的迅速发展和各门 学科之间的相互渗透，物理化学与物理学、无机化学、有机化学在内容上存在 着难以准确划分的界限，从而不断地产生新的分支学科，例如物理有机化学、 生物物理化学、化学物理等。物理化学还与许多非化学的学科有着密切的联系， 例如冶金学中的物理冶金实际上就是金属物理化学。 1 物理化学简介 1.1建立化学体系中特殊规律的学科 化学学科的发展经历了若干个世纪。而物理化学则是以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系中特殊规律的学科。[1]物理化学是化学学科的理论基础，它从物质的物理现象与化学现象的联系入手，去探求化学变化的基本规律。 [2] 一般公认的物理化学的研究内容大致可以概括为三个方面：化学体系的宏观平衡性质以热力学的三个基本定律为理论基础，研究宏观化学体系在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡物理化学性质及其规律性。在这一情况下，时间不是一个变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学热力学。溶液、胶体和表面化学。 1.2物理化学发展的新阶段 化学体系的微观结构和性质以量子理论为理论基础，研究原子和分子的结构，物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构，以及结构与物性的规律性。属于这方面的物理化学分支学科有结构化学和量子化学。化学体系的动态性质研究由于化学或物理因素的扰动而引起体系中发生的化学变化过程的速率和变化机理。在这一情况下，时间是重要的变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学动力学、催化、光化学和电化学。物理化学被认为一门实验与理论并重的科学，基于物理理论的计算已成为化学不可缺少的组成部分，标志着物理化学发展进入了新的阶段。[3]
原子物理学简史 原子物理学是研究原子的结构、运动规律及相互作用的物理学分支。它主要研究：原子的电子结构；原子光谱；原子之间或及其他物质的碰撞过程和相互作用。 经过相当长时期的探索，直到20世纪初，人们对原子本身的结构和内部运动规律才有了比较清楚的认识，之后才逐步建立起近代的原子物理学。 1897年前后，科学家们逐渐确定了电子的各种基本特性，并确立了电子是各种原子的共同组成部分。通常，原子是电中性的，而既然一切原子中都有带负电的电子，那么原子中就必然有带正电的物质。20世纪初，对这一问题曾提出过两种不同的假设。 1904年，汤姆逊提出原子中正电荷以均匀的体密度分布在一个大小等于整个原子的球体内，而带负电的电子则一粒粒地分布在球内的不同位置上，分别以某种频率振动着，从而发出电磁辐射。这个模型被形象的比喻为“果仁面包”模型，不过这个模型理论和实验结果相矛盾，很快就被放弃了。 1911年卢瑟福在他所做的粒子散射实验基础上，提出原子的中心是一个重的带正电的核，及整个原子的大小相比，核很小。电子围绕核转动，类似大行星绕太阳转动。这种模型叫做原子的
核模型，又称行星模型。从这个模型导出的结论同实验结果符合的很好，很快就被公认了。 绕核作旋转运动的电子有加速度，根据经典的电磁理论，电子应当自动地辐射能量，使原子的能量逐渐减少、辐射的频率逐渐改变，因而发射光谱应是连续光谱。电子因能量的减少而循螺线逐渐接近原子核，最后落到原子核上，所以原子应是一个不稳定的系统。 但事实上原子是稳定的，原子所发射的光谱是线状的，而不是连续的。这些事实表明：从研究宏观现象中确立的经典电动力学，不适用于原子中的微观过程。这就需要进一步分析原子现象，探索原子内部运动的规律性，并建立适合于微观过程的原子理论。 1913年，丹麦物理学家玻尔在卢瑟福所提出的核模型的基础上，结合原子光谱的经验规律，应用普朗克于1900年提出的量子假说，和爱因斯坦于1905年提出的光子假说，提出了原子所具有的能量形成不连续的能级，当能级发生跃迁时，原子就发射出一定频率的光的假说。 玻尔的假设能够说明氢原子光谱等某些原子现象，初次成功地建立了一种氢原子结构理论。建立玻尔理论是原子结构和原子
第26卷总第313期2008年第4期(上半月) 物理教学探讨 Journal of Physics T eaching Vol.26No.313 (S) 4.2008.1. 专家 论坛 原子核物理发展现状简介 赵恩广 中国科学院理论物理研究所,北京市100080 编者按:2007年初,按中国科协的规划,中国物理学会组织了一些专家学者编写中国的物理学科发展报告。这里,我们邀请参与编写发展报告的部分专家,对物理学一些分支领域的发展现况做扼要介绍,供各位物理教师参考。下文是本系列推出的第一篇文章。 作者简介:中国科学院理论物理研究所研究员,博士生导师。1963年毕业于吉林大学物理系,1963-1967年是两弹元勋于敏先生研究生,从1992年起任中国核物理学会核结构专业委员 会主席和副主席。长期从事极端条件下的核结构,核天体物理中的中子星性质及核内非核子自 由度的研究。主持多项国家级科学项目,其中研究项目/高自旋与超变形核态的研究01993年获 原国家教委科技进步二等奖,/原子核与超核性质的介子探针研究01997年获原国家教委科技进步二 等奖,/原子核的奇特性质及新集体转动模式的研究02000年获教育部自然科学一等奖。 贝克勒尔1896年发现了铀元素的天然放射性,揭开了现代物理的序幕。同时,它也标志着原子核物理的起点。核物理的主要研究对象是原子核的结构、反应和衰变。一百多年来,通过核物理的研究,人们对物质结构、微观世界与宏观世界运动规律的认识不断深化;到20世纪末,核物理的发现和成果,得到过17个年度的诺贝尔物理学奖和8个年度的诺贝尔化学奖;核武器的研制与核能源的开发利用,对人类历史进程发生了巨大的影响;因此,原子核物理一直受到社会的普遍关注。下面,我们把原子核物理的发展现状,做一简要介绍。 原子核的尺寸很小,它的线度只有原子的十万分之一。但是,它的质量却占一个原子的99.9%以上。所以,我们的地球和宇宙中星体的质量,基本上都是由原子核贡献的。而恒星中对抗引力塌缩的力量,主要是来自轻原子核的燃烧过程。所以,原子核物理的研究范围,既可以小到10-15米的微观尺度,也可以大到宏观的恒星尺度。 从上个世纪30年代中子的发现起,就建立了原子核主要由中子和质子(它们又统称核子)组成的图像。这个图像,至今仍然正确。但是,由于粒子物理的发展,人们可以把一些其它的粒子,如+超子和2超子,束缚在原子核内,构成了所谓的超核。对超核的研究,已经成为核物理的一个重要领域。核子间的主要相互作用是强相互作用,又称核力。此外,弱相互作用与电磁相互作用在原子核中也扮演着重要的角色。原子核是一个由这些基本相互作用支配的有限量子多体系统,由此而建立的核多体理论独具特色。这些理论既有非相对论性的,也有相对论性的,它们仍处于不断的发展之中。 自然界存在的稳定原子核不到300种。如果以中子数为横轴,质子数为纵轴,把原子核排列起来,就构成所谓的核素图。图中的每个原子核叫一个核素。到目前,加上实验室发现和产生的各种寿命的不稳定原子核,核素的总数已经有3000多个。但是,理论预言,核素的总数应当有8000多个。对这些未知核素以及已经发现的不稳定核素进行探索和研究,构成了当代原子核物理的几个重大前沿领域,包括放射性核束物理、核天体物理以及超重元素的合成。 图1核素图。图中的直线标出了中子和质子幻数。 在核素图中(图1),所有稳定的原子核,都落在一条从左下角伸向右上角的斜线的附近。这条线被称为B-稳定线。因为,这些核相对于B-衰变是稳定的。相对于B-衰变稳定的原子核内,其质子和中子数目,都有一个比较合适的比例。当核素逐渐离开B-稳定线时,这个比例会变得过大或过小,其寿命不断变短。现有的原子核理论,基本是来自对稳定核的研究。在远离B-