诺贝尔奖与量子力学汇总
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1955年诺贝尔物理学奖
1955年的物理学奖,被美国的两位物理学家分享,他们是威利斯·兰姆(Willis mb)和波利卡普·库什(Polykarp
Kusch)。兰姆使用微波技术探究氢原子的精细结构,发现了兰姆位移;库什使用射频束精确地测量了电子的磁矩,完善了核理论。二人都对量子电动力学的创立和发展起到重大的推动作用。
兰姆和库什都是在第二次世界大战前不久进入哥伦比亚大学辐射实验室的,两人都是拉比的追随者与合作者。兰姆先是从事理论研究,发表过多篇论文。库什则直接参与了拉比的磁共振方法研究。他们二人在第二次世界大战期间都从事过雷达技术的工作,从而促使他们对微波有所了解,并在后来的实验中用到这一技术。他们在同一个实验室中工作,但分别领导着一个小组,在同一年完成并且可以用同样的原理来解释各自的发现,这一原理就是关于电子与电磁辐射相互作用的理论。显然,他们的研究工作是相互促进的,尽管使用的方法与实验装置有所不同。
威利斯·尤金·兰姆(Willis Eugene Lamb,1913—2008),出生于美国加利福尼亚州的洛杉矶,父亲是一位电话工程师。1930年,兰姆进入伯克利加州大学,1934年获化学学士学位。随后在奥本海默的指导下研究理论物理学,1934年获得博士学位。1938年,兰姆到哥伦比亚大学任教。从1943年到1951年,兰姆在哥伦比亚大学辐射实验室工作,在那里完成了他的主要成就。2008年,逝世于亚利桑那洲的图森。 2
兰姆的发现与氢原子有关,氢原子中有一个电子,沿一系列的轨道绕其核旋转,每条轨道对应于确定的能级,各能级都具有精细结构。长期以来,精细结构的解释是使用狄拉克的相对论性量子力学,并且得到了公认。然而,用光学方法验证狄拉克的精细结构理论,历经一二十年,始终未获得成功。
氢光谱作为最典型、最简单的一种原子光谱,对它的研究历时一百多年。1885年,巴耳末发现14根氢谱线的波长可以用一个简单的公式来表示,这就是巴耳末公式。随后不久的1887年,迈克尔逊和莫雷发现这一谱系的第一条谱线Hα线有精细结构,当时由于谱线本底太强,无法分辨结构的细节,只能认为是由双线组成。后人根据谱线强度的包络线作出种种猜测,例如,有人认为里面包含五条强度不等的细线。1913年,玻尔提出定态跃迁原子模型,成功地推出了巴耳末公式,然而仍不能解释精细结构。1916年,索末菲对玻尔的理论进行了修正,计算出了双线的理论值,与实验所得基本吻合。1926年,海林堡等人用量子力学计算能级,与索末菲的结果稍有出入。1928年,狄拉克用相对论量子力学,考虑到自旋和轨道耦合,提出了狄拉克方程,可以描述氢原子的能级,据此得出氢光谱中Hα的精细结构。只是由于与Hα有关的能级中22S1/2和22P1/2、32S1/2和32P1/2、32S3/2和32P3/2能级分别相等,所以实际上Hα只有五个成分。
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1954年诺贝尔物理学奖
1954年的物理学奖,被来自德国的两位物理学家分享,他们是马克斯·玻恩(Max Born)和瓦尔特·博特(Walther
W.G.Bothe)。玻恩完善了波函数的统计学解释,在量子力学理论体系的建立过程中做出了决定性的贡献;博特发明了符合计数法,用以研究核反应及γ射线。
马克斯·玻恩(Max Born,1882—1970),德国犹太裔理论物理学家,量子力学的奠基人之一。玻恩4岁时,母亲因胆结石去世。他与父亲、继母、外祖母,还有保姆生活在一起。玻恩的父亲是布雷斯劳大学的生理学教授,对他和妹妹格外关爱,下班后从不出门,陪伴在他们兄妹身边,极力想弥补因母亲早逝而给他们造成的缺憾。在家庭教育方面,父亲是开明的,一贯看重素质教育,而对学校的成绩不太看重。因此,玻恩在学校的成绩一直不突出,长期居于中下游水平。玻因18岁时,父亲因心脏病去世,这对他的打击很大。但他在继母的关爱下,坚强地挺了过来,把全部精力投入到学习之中,半年后如愿考取了海德堡大学。遵从父亲的教诲,他入大学后的头两个学期,选修了很多课程,涵盖数学、天文学、物理、化学、哲学、逻辑学和艺术史等。经过广泛涉猎知识,玻恩发现了自己的兴趣,开始偏重于数学、物理和天文学。尔后不久,他又将自己的发展方向确定为物理学。1907年,玻恩在哥丁根大学获得博士学位,随后去英国剑桥大学短暂工作,1908年回到德国布雷斯劳大学,次年转入哥丁根大学工作。1912年去美国芝加哥大学从事访问研究,回到德2
国后先后任教于柏林大学和法兰克福大学。1921年回到哥丁根大学,度过了他的黄金时期。1933年去英国,先后在剑桥大学和爱丁堡大学工作,1953年退休后回到德国。1970年逝世于哥丁根。
玻恩一生中最大的成就,是在哥丁根大学的从1921年开始的12年间做出的。他在量子力学、晶体点阵力学、晶体热力学等领域做出了有价值的贡献,被誉为“晶格动力学之父”。他与学生和助手共同创建了人数众多的理论物理学派。1924年,玻恩率先提出“量子力学”的专业术语。随后两年间,哥丁根的物理学家们制定了统计量子力学原理。在这其中,玻恩深入思考并奠定了量子力学的几率阐释,建立了“关于自然现象的新的思维方式”,确立的非决定论的思想。虽然矩阵力学的主导思想是海森堡提出来的,但是玻恩的功劳巨大。是他,带动了这种天才的思想方法,并且发展为完整的理论。1932年,瑞典皇家科学院决定把当年的诺贝尔物理学奖授予海森堡,而没有把这一荣誉授予玻恩。玻恩作为海森堡的老师与合作者、矩阵力学和波函数统计解释的创始人之一,这让很多人包括海森堡本人都感到奇怪。好在瑞典皇家科学院认识到了这个遗漏,于1954年将诺贝尔物理学奖授予了玻因,那年他已经72岁了。
2022物理学诺贝尔奖量子纠缠
2022年的诺贝尔物理学奖走进了量子纠缠的领域,让量子研究显得可望而不可及,令全世界的物理学家乃至普罗大众感到惊讶。
量子纠缠是费米定律中最精妙、最吸引人的概念,它表明两个原子之间存在一种不寻常的连接,它们之间连接在一个精神的空间中,当这两个原子的性质发生变化时,它们之间的性质变化也会相互耦合,而且会以光速传播,使得他们之间的关系不受距离限制,这种情况被称为“量子纠缠”。
量子纠缠已被许多物理学家研究,它具有重要的实际应用价值,可以用于惊人的计算机应用,物联网技术,安全技术,以及将来由量子信息存储,量子通信系统等引领的量子技术的基础。
量子纠缠不但可以用于实现量子通信和信息处理,而且还可以用于实现真正的穿越时空,在这种情况下,在未来的时间中可以影响未来的状态;也可以通过量子纠缠来实现超级计算,实现更加强大的计算效率,可以为未来研究带来巨大的好处。
因此2022年的诺贝尔物理学奖的给予量子纠缠更加的认可,初步让这一研究领域走入视野,将会促使后续更多的物理学家聚焦该研究领域,进而助力纠缠研究的发展,开辟出一片新的空间。
诺贝尔物理学奖及其对现代科技的影响
摘要:
诺贝尔奖是根据瑞典化学家阿尔弗雷德·诺贝尔的遗嘱所设立的奖项,包括的奖项有和平奖、化学奖、生理学或医学奖、文学奖、物理学奖,旨在奖励那些曾赋予人类最大利益的人。诺贝尔物理学奖从1901年开始颁发至今已有百余年的历史,目前它已成为国际上最具影响力及权威性的科学奖项。
本文简要介绍了诺贝尔的生平及诺贝尔奖的由来,着重论述了诺贝尔物理学奖对现代科技的影响,由诺贝尔物理学奖的颁发预测了21世纪物理学的发展趋势,揭示了诺贝尔物理学奖颁发的启示。
关键词: 诺贝尔物理学奖 现代科技 发展趋势 启示
第一章
诺贝尔生平及诺贝尔奖概述
1.1 诺贝尔生平
阿尔弗雷德·伯纳德·诺贝尔(Alfred Bernhard Nobel),是19世纪著名的化学家,1833年10月21日出生于瑞典首都斯德哥尔摩。就在诺贝尔出生前一年,一场火烧毁了他的家,全家只好靠借债度日,父亲为了躲债,单身离家出走,幸好由母亲把家务全部担当下来。诺贝尔凄苦的童年生活使他身体虚弱、性格内向。诺贝尔8岁上学,仅读了一年就辍学了,这是他一生唯一的一次接受学校教育。
诺贝尔父亲是一位很有才干的机械师,后来他父亲发明的机械在俄国受到欢迎,家境开始好转,在1842年,诺贝尔9岁时全家迁居俄国彼德堡。由于语言不通,诺贝尔和两个哥哥都进不了当地的学校,只得请家庭教师教他们学习外语和自然科学。由于诺贝尔的勤奋学习,他的学识不亚于他的两个哥哥,深得教师和父亲的喜爱。
过了不久,诺贝尔的哥哥要回瑞典,诺贝尔也只好停止学业,他就到父亲开办的工厂当助手。诺贝尔把工厂当大学,努力学习生产理论和生产技能。
为了扩大诺贝尔的视野,使他能学到先进的科学知识和技术,1850年他父亲让他出国进行旅行学习。两年中,他去过德国、法国、意大利和美国,由于诺贝尔善于观察,认真钻研,知识积累迅速,所以在两年后回俄国时,他已经是一位精通几国语言和受过科学训练的学者。