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物理学发展札记——原子和原子核部分自然科学刚跨入20世纪，物理学领域内首先掀起了革命的浪潮。
19世纪末，物理学实验上的一系列重大发现，冲击着经典物理学的连续观念、绝对时空观念和原子不可再分的观念，使原有的经典理论显得无能为力。
这一冲击，对当时的物理学家们的影响是很大的。
因为19世纪物理学取得巨大成就时，不少物理学家除了赞叹以外，还流露出满足和无所作为的思想。
著名的德国物理学家基尔霍夫（G.R.Kirchhoff，1824—1887）曾经表示过：“物理学将无所作为了，至少也只能在已知规律的公式的小数点后面加上几个数字罢了。
”普朗克的导师也曾经说过，物理学将会很快地具备自己的终极的稳定的形式。
并表示，虽然在这个或那个角落里，还可能发现或消除掉一粒尘土或一个小气泡，但作为整体的体系却足够牢固可靠了。
理论物理学已明显地接近几何学100年来已经具有的那种完善程度。
在刚跨入20世纪的第一天，世界著名物理学家开尔文（Lord Kelvin，原名为W.Thomson，1824—1907）也曾经说过：“在已经建成的科学大厦中，后辈物理学家只能做一些零碎的修补工作了。
”但是，他又敏锐地发现，在物理学晴朗的天空里，还有两朵小小的令人不安的乌云。
这两朵“乌云”是指什么？为什么这两朵乌云会引起这样著名的物理学家的不安呢？我们还是回顾一下历史吧！物理学进入到19世纪80年代以后，物理学的经典理论不断完善，与此同时，物理学实验上却陆续发现一些重大的结果，这些结果使旧有的物理学理论显得无能为力。
这些实验中，至少有7个重大的发现，不但旧理论无法解释，有的还导致观念上的更新。
第一个实验是1887年赫兹（H.R.Hertz，1857—1894）在验证麦克斯韦（J.C.Maxw-ell，1831—1879）预言电磁波存在的实验过程中，发现了光电效应。
赫兹在研究电磁波发射和接收的实验过程中，发现产生火花的光与接收间隙隔绝时，必须缩短接收间隙，才能使它发生火花；任何其他火花的光射到间隙的端点，也能使间隙之间发生火花。
![最新[理学]哈工大原子物理学课件第一章课件PPT](https://img.taocdn.com/s1/m/0b9ee869d0d233d4b14e69ee.png)
近代物理学大事年表【注】2000年8月至2004年12月本人在宁夏大学参加物理教育专业自学考试方式的本科学习，期间有一门课程是北京大学出版社出版的《近代物理学》，王正行先生编著。
从书中整理出此大事年表。
《近代物理学大事年表》2003年6月获得由《中学物理教学杂志社》组织的“第六届全国中学物理教研论文”评选活动全国一等奖。
1801年皮亚齐（G.Piazzi）发现了谷神星，它的半径只有500km，比月球还小。
在天文观测上，1885年发现巴尔末系时，就观测到n=13的H 。
1893年观测到n=31的谱线，1906年观测到n=51的Na，而目前已观测到n≈350的大原子。
在实验室中，目前可做到n≈105的H。
1895年,伦琴（W.C.RÖn tgen）用照相底片探测和发现了X射线。
1896年,天文学家匹克林（E.C.Pickering）在船橹座ξ星的光谱中发现了匹克林系。
1896年3月,贝克勒耳（A.H.Becquerel）发现了U的天然放射性。
接着，皮埃尔和玛丽居里（Pierre,Maric S.Curie）从沥青铀矿中分离出发射性比U强得多的Po和Ra，表明放射性并不是U所独有的性质。
1897年汤姆孙（J.J.Thomson）发现电子。
1897年卢瑟福（E.Rutherford）发现，放射性的辐射不只一种。
他把穿透本领较差的一种称为α射线，穿透本领较强的一种称为β射线。
迈克耳孙（A.Michelson）—某雷（E.Morley）实验是19世纪最出色的实验之一。
为了测量“以太风（Aether）”。
它的原理很简单，但却导致了一场后果深远的科学革命。
E=hv式是普朗克(M.Planck)1900年首先作为一个基本假设提出来的，称为普朗克关系，比例常数h称为普朗克常数，是微观物理的基本常数。
普朗克常数在研究黑体辐射的能谱时，首先认识到电磁辐射的能量是量子化的，其能量子为hv。
1900年，威拉德（P.Villard）发现放射性物质还有第三种辐射，其穿透本领比α射线和β射线都强，并且不受磁场偏转，从而不带电。
原子核物理学和粒子物理学的发展? 1 .历史概述原子物理学起源于放射性的研究，是19 世纪末兴起的崭新课题。
在这以前，人类对这个领域毫无所知。
从事这项研究的物理学家，他们既没有史料可查，更没有理论可循，全靠自己用新创制的简陋仪器进行各种实验和观察，从中收集数据，总结经验，寻找规律，探索前进的方向，在原有的基础上不断开拓新的领域。
原子核物理学的历史至今还不到一百年，但是发展很快。
如果以 1932年中子等发现作为核物理学真正诞生的标志，则从1896年到 1932年之前，可以说是核物理学的前期。
这30多年中间，新发现层出不穷，大大丰富了微观世界的知识宝库，但是基本上还处于经验阶段，1933年以后，原子核理论才逐渐形成，各种核模型提了出来，大量实验为“基本”粒子的性质提供依据。
及至四、五十年代，核能的开发和利用，大大地促进了核物理学的进展，高能粒子的研究发展成粒子物理学。
?2 . 放射性的发现和研究(1 放射性的发展 21895年底，伦琴将他的第一篇描述X射线的论文《初步相信:一种新射线》和一些X射线拍摄的照片分别寄给各国著名学者。
其中有一位是法国的彭加勒，他是著名的数学物理学家，当时任法国科学院院士，对物理学的基础研究和新进展非常关心，积极参与各种物理问题(例如阴极射线本性)的争论。
法国科学院每周有一例会，物理学家在会上报告各自的成果并进行讨论。
1896年1月20日彭加勒参加了这天的例会，他带去了伦琴寄给他的论文和照片，展示给与会者看。
正好在这个会上有两位法国医生。
将他们拍到的人手X射线照片提交科学院审查。
这件事大大激励了在场的物理学家亨利.贝克勒尔，他问这种射线是怎样产生的,彭加勒回答说，也许是从阴极对面发荧光的那部分管壁发出的，荧光和X射线可能是出于同一机理。
不过他不太有把握。
第二天，贝克勒耳就开始试验荧光物质在发荧光的同时会不会发出X射线。
可是试来试去，却没有任何迹象。
正当贝克勒耳准备放弃试验时，又读到彭加勒的一篇科普文章介绍X射线，文中又一次提到荧光和X射线可能同时产生的看法。
知名的原子物理学家们通常会在相关领域发表大量的研究论文和著作。
以下是一些知名原子物理学家的代表性文献：
1. 尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）：《原子理论与光谱学》（Atomic Theory and the Description of Nature），这是玻尔的代表作，详细解释了他的原子结构理论。
2. 玻恩-海桥（Born-Oppenheimer）近似：1930年，弗里茨·休勒（Fritz Houtermans）
和罗伯特·朗道（Robert Oppenheimer）发表了《久期混合核与原子核融合反应速率》（On the Duration of the Mixed Nuclear-Atomic State and on the Reactivity of Ensembles of Nuclei）论文，该论文描述了玻恩-海桥（Born-Oppenheimer）近似，该近似理论成为了描述原子和分子结构的重要工具。
3. 保罗·狄拉克（Paul Dirac）：《量子力学原理》（The Principles of Quantum Mechanics），这是狄拉克出版于1930年的书，是量子力学的经典著作之一。
4. 罗伯特·奥本海默（Robert Oppenheimer）：《科学与文明的精神》（The Open Mind），该书探讨了原子时代的未来，并提出了对社会责任和科学发展的思考。
以上这些文献代表了一些著名原子物理学家的工作成果，这些文献对于理解原子物理学和相关领域的发展具有重要意义。
原子物理学的发展杨君岗（##师X学院物理与信息科学学院 ## ## 741000）摘要：本文较详实地介绍了原子物理学的发展历程。
从最早的“原子”概念出发，“不可分割”与“可分割”的争论，到19世纪后开始的黄金发展阶段，最后确定了原子的基本组成和运动规律。
引出了原子核物理的具体发展历程，每个时段都有独特的、有进步意义的新理论提出或对旧理论的完善，体现着人类探索物质内部结构的艰难。
关键词：原子;原子核;分割;发展The Development of Atomic PhysicsYang Jungang(School of Physics and Information science, Tianshui Normal University，741000 China)Abstract:This paper gave a detailed and accurate account of the development course of atomic physics. From the earliestconcept of "atomic". the controversyof "indivisible" and "divisibility" ,to the golden development stage beganof the 19th century, and finally to determine the atomic position and movement of the basic. Nuclear physics led to the specific course of development, each has a unique time, aprogressive or a new theory put forward to improve on the old theory, which embodies the internal structure of the human exploration of difficult material.Key words:atom, atomic nucleus, partition,development引言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。
原子物理学介绍原子物理学是研究原子的性质、结构和行为的科学。
它是物理学的一个重要分支，对于了解物质的微观结构和性质具有重要意义。
在原子物理学的研究中，人们经过多年的努力探索，得到了许多重要的理论成果和实验发现，从而推动了科技的发展和人类社会的进步。
原子结构原子是物质的基本单位，由原子核和围绕核旋转的电子组成。
原子核是由质子和中子组成的，而电子则带有负电荷。
根据原子的结构，可以将原子分为几个主要的部分：质子、中子和电子。
•质子：质子是具有正电荷的粒子，它们组成了原子核。
质子的质量为1个质子质量单位（amu），电荷为+1。
•中子：中子是没有电荷的粒子，它们组成了原子核。
中子的质量也为1个质子质量单位（amu）。
•电子：电子是具有负电荷的粒子，它们围绕原子核旋转。
电子的质量很小，可以忽略不计，电荷为-1。
原子模型的发展历程人们对原子的认识是在经过长期的研究和探索后逐步建立起来的。
自古以来，人们对物质的构成和性质就有着一定的认识，但直到19世纪末20世纪初，原子模型的发展才取得了重大突破。
没有内部结构的原子模型早期的原子模型认为原子是没有内部结构的，认为原子是不可分割的基本粒子。
这一观点首先由希腊哲学家德谟克利特提出，他认为物质是由一种无可分割的基本粒子组成的。
这种观点影响了很长一段时间，直到17世纪末，英国科学家道尔顿提出了“道尔顿原子论”，认为原子是一个球状的固体物质，不可再分割。
汤姆逊的原子模型19世纪末20世纪初，英国科学家汤姆逊的实验发现了电子，他提出了第一个完整的原子模型。
汤姆逊采用了“西瓜糖果模型”，认为原子是一个正电荷均匀分布的球体，而电子则像西瓜糖果中的干果一样分布在正电荷球体内部。
卢瑟福的原子模型在汤姆逊的原子模型基础上，卢瑟福进行了阿尔法粒子散射实验，并发现了原子核。
卢瑟福的实验结果表明，原子核是非常小而密集的，而电子则围绕在原子核周围。
根据这一实验结果，卢瑟福提出了著名的“卢瑟福原子模型”，也称为“行星模型”。
原子物理学大事年表 公元前384～322年 古希腊哲学家亚里士多德提出“四元素说”。 公元前500～400年 古希腊人留基伯及其学生德谟克利特等古希腊哲学家首先提出“原子说”。 公元1661年 英国化学家波义耳首先提出了化学元素的概念。 公元1687年 英国物理学家牛顿在其著作《自然哲学的数学原理》中奠定了经典力学基础，引入超距作用概念。 公元1774年 法国化学家拉瓦锡提出质量守恒原理。 公元1789年 德国化学家克拉普罗特首先发现了自然界中最重的元素——铀。 公元1808年 英国化学家道尔顿在他的著名著作《化学哲学新系统》中，提出了用来解释物质结构的“原子分子学说”。 公元1811年 意大利化学家阿伏加德罗提出了理想气体分子的假设，得出了著名的阿伏加德罗常数，并在1865首次实验测定。 公元1820年 瑞典化学家白则里提出了化学原子价概念，并在1828年发表了原子量表。 公元1832年 英国物理学家法拉第提出了电解定律。 公元1854年 德国的吹玻璃工匠兼发明家盖斯勒用“盖斯勒管”进行了低气压放电实验。 公元1858年 德国物理学家普吕克尔在研究低气压放电管时发现面对阴极出现绿色辉光。 公元1864年 德国物理学家汗道夫发现阴极射线。 公元1869年 俄国化学家门捷列夫和德国化学家迈耶按照原子量的顺序将元素排成了“元素周期表”，又在1871年写成了《化学原理》一书。 公元1876年 德国物理学家戈德斯坦断定低气压放电管中的绿色辉光是由阴极射线产生的。 公元1884年 瑞典化学家阿仑尼乌斯首先提出了电离学说，认为离子就是带有电荷的原子。 公元1885年 英国物理学家克鲁克斯用实验证明阴极射线是一种具有质量带有电花的粒子流，而不是没有质量的光束。 公元1891年 爱尔兰物理学家斯托尼首先提出把电解时所假想的电单元叫做“电子”。 公元1895年 德国物理学家伦琴在12月28日宣布发现了x射线(又称伦琴射线)。为此他获得了1901年度首届诺贝尔物理学奖。 法国物理学家佩兰断定阴极射线确是带负电荷的微粒流，他曾因研究物质的间断结构和测量原子体积而获得了1926年度诺贝尔物理学奖。 荷兰物理学家洛伦茨首先提出了经典电子论，他还确定了电子在电磁场中所受的力，即洛伦茨力，并预言了正常的塞曼效应。 公元1896年 法国物理学家贝克勒尔在3月1日用铀盐样品进行实验时发现了天然放射性，他也是第一个使用乳胶照相探测射线的科学家，为此同居里夫妇一起获得1903年度诺贝尔物理学奖。 荷兰物理学家塞曼在研究外磁场作用下的光发射时发现塞曼效应，这也是磁场对原子辐射现象的影响，为此他获得了1902年度诺贝尔物理学奖。 公元1897年 英国物理学家汤姆逊在4月30日从阴极射线的研究中证实了电子的存在。由于他在研究电在气体中的传导所作得的重大贡献而获得1906年度诺贝尔物理学奖。 1897～1914年，美国物理学家米利肯等先后多次精确测量电子的质量和电荷，1899年又测定了电子的荷质比。米利肯因对电子电荷的测定和光电效应的研究获得1923年度诺贝尔物理学奖。 公元1898年 后来加入法国籍的波兰物理学家和化学家居里夫人证明含有铀元素的化合物都具有放射性，并由此发现了“镭”。 法国物理学家皮埃尔·居里等在《自然》杂志11月16日这一期里第一次写下了“放射性”这一术语。 居里夫妇发现了钋和镭等放射性元素，由于他们发现了天然放射性和对铀的研究，在1903年同贝克勒尔一起获诺贝尔物理学奖。另外，居里夫人因发现镭和钋获得1911年度诺贝尔化学奖，成为世界上第一位连续两次荣获科学上最高奖赏的女科学家。 汤姆逊提出了第一个原子结构模型即“正电云”原子模型，俗称“西瓜模型”。 公元1899年 贝克勒尔等人发现射线在磁场中发生了偏转现象。同年，新西兰出生的英国物理学家卢瑟福区分了前两种不同辐射，分别叫做“α射线”和“β射线”，并指出β射线和阴极射线一样也是带负电的电子流。 俄国物理学家列别捷夫发现了光对固体的压力并进行了测量。 英国物理学家汤姆逊从一些毫无放射性的普通金属受到紫外线照射时能放出电子的现象中发现了“光电效应”。
公元1900年 贝克勒尔从β粒子流的研究中发现它的质量和电荷都与电子相同。 卢瑟福等从射线的研究中又辨认了第三种射线为“γ射线”。 卢瑟福第一次测量了放射性的周期并引入了“放射性常数”这一术语。 德国物理学家普朗克在12月17日柏林科学院物理学会的一次会议上，提出热辐射公式中的量子假设。后因为阐明光量子理论而获得1918年度诺贝尔物理学奖。 公元1901年 佩兰提出了关于原子行星结构的第一个假设。 公元1902年 英国物理学家卢瑟福和其合作者索第开始对铀的α放射性进行系统研究，发现了放射性递减的数学规律，到1907年从中找到了一连串放射性元素，建立了铀放射系，为此卢瑟福获得了1908年度诺贝尔化学奖。 法国化学家德马尔赛测定了镭的光谱线。 开始了在X或γ射线辐照下液态绝缘体的导电性研究。 居里夫妇发现了自然界放射性物质都有放射性现象，指出了放射能的强度，并从数吨沥青铀矿中提炼得0.1克氯化镭。 公元1904年 先后加入瑞士和美国籍的德国物理学家爱因斯坦首先提出“光子”概念，光子具有动量和质量，从而确立了光的波粒二象性。 公元1905年 著名科学家爱因斯坦提出了“狭义相对论”以及质能关系式E=mc²；同年他又提出了光电效应定律，并在1907年发表了热容量的量子论，1916年创立广义相对论。由于他对数学物理的杰出贡献和阐明光电效应规律而获得1921年度诺贝尔物理学奖。 公元1906年 卢瑟福开始研究大质量亚原子粒子α穿过物质时的现象，弄清了α粒子的本质为以后发现原子核进行了准备。 公元1907年 发现钾有放射性。 开始对特征X射线进行研究。 公元1908年 德国物理学家布赫雷尔用实验证实了爱因斯坦的理论。 德国物理学家盖革和卢瑟福用圆柱形计数器对α粒子进行测量。 公元1910年 精确地测定阿伏加德罗常数。 奥地利物理学家赫斯等证明“宇宙射线”来源于地球外的外层空间，他也因此和发现正电子的美国物理学家安德森一起获得1936年度诺贝尔物理学奖。 公元1911年 卢瑟福把α粒子大角度散射实验结果公诸于世，第一次计算了原子行星结构，确定了原子中有“核”存在，从而建立了“有核原子模型”或称“行星模型”。 苏格兰物理学家威尔逊发明云雾膨胀室，可用来跟踪和测量离子轨迹，他也因此和康普顿一起获得1927年度诺贝尔物理学奖。 索第提出同位素概念，后被汤姆逊进一步补充。索第因研究放射性物质和同位素获得1921年度诺贝尔化学奖。 英国物理学家巴克拉测得了各种原子所固有的“特征x射线”，他也因此获得1917年度诺贝尔物理学奖。 公元1912年 汤姆逊建成了第一台能够分离同位素的仪器(后被称为“质谱仪”)，并用来研究、分离氖的两种同位素氖-20和氖-22。 德国科学家劳厄发现X射线在晶体中产生衍射，他也因此获得1914年度诺贝尔物理学奖。 公元1913年 盖革制成了针状计数器。 丹麦著名理论物理学家玻尔提出原子结构的量子化轨道理论，并对氢原子进行计算。他也因此获得1922年度诺贝尔物理学奖。 英国物理学家莫塞莱利用特征x射线在晶体上的反射特性，准确地测定了其波长。由此可将各种元素按照特征x射线的波长顺序进行排列，得出它们之间的相互关系，使核电荷数和原子序数等同了起来。 卢瑟福提出原子内部隐藏着巨大能量。 公元1914年 卢瑟福把氢原子核叫做“质子”。 考塞耳奠定量子化学基础。 公元1916年 原子内的电子沿着椭圆轨道运动。 公元1919年 卢瑟福首次实现人工核反应，用α粒子轰击氮核结果打出了质子。 英国物理学家阿斯顿制成了第—台高效能质谱仪，并用来精确测定同位素质量。 公元1920年 测量分子运动速度。 卢瑟福提出在原子核的狭小范围内，一个质子和一个电子由于相互吸引而紧密结合成一体，可看成是一个单独粒子。 公元1921年 美国化学家哈金斯把质子-电子复合体看成是电中性的，并将它命名为“中子”。 公元1923年 美国物理学家康普顿从光量子和电子的碰撞实验中，发现从原子反射回来的X射线的康普顿效应，并因此与威尔逊一起获得1927年度诺贝尔物理学奖。这一效应也被中国物理学家吴有训所发现，故也称为康普顿-吴有训效应。 公元1924年 奥地利物理学家泡利提出一种排斥原理，称为“泡利不相容原理”，认为质子和电子都绕自身轴线旋转。这种自旋方向可以有两种相反的方向，即在一个原子中不能有两个或更多的电子处在完全相同的状态。为此他在1945年获得诺贝尔物理学奖。 法国物理学家德布罗意首先提出波动力学，建立了物质波概念。他因发现电子的波动性而获得1929年度诺贝尔物理学奖。 公元1925年 德国物理学家海森伯创立量子力学(矩阵力学)，这是一种强调可观察量的不连续性的新量子论。海森伯还在1927年发现了测不准原理，首先创造基本粒子中的同位旋观念，他也因此获得了1932年度诺贝尔物理学奖。 公元1926年 奥地利物理学家薛定谔创立量子力学(波动力学)的基本方程，这是一种强调物质波动性的新量子论，即把电子看成所谓电子云。为此，他与狄拉克共同获得1933年度诺贝尔物理学奖。 公元1928年 俄国出生的美国物理学家盖莫夫提出用质子代替α粒子作为轰击粒子。 盖革等制造了正比计数器。 美国和前苏联都成功地进行了电子衍射实验。 制成盖革-弥勒计数器。盖革用金属针作为集电极，而弥勒建议用一横穿整个圆筒的金属丝代替尖针，可使计数器工作时更稳定。
公元1929年 英国物理学家狄拉克从电子性质的数学处理方法中提出了“反粒子”概念，并得出相对论波动方程，亦称狄拉克方程。为此他与薛定谔共同获得1933年度诺贝尔物理学奖。 英国物理学家考克饶夫和瓦尔顿制造成功第一台“粒子加速器”，被叫做“静电加速器”。它实际上是一个高压倍压装置，通常被称为高压倍加器。为此他们获得了1951年度诺贝尔物理学奖。 公元1930年 美国天文学家拉塞尔指出有迹象表明太阳能是由氢的热核反应所形成。德国物理学家乌特曼等人也发现了这一现象。 德国物理学家博特和贝克尔开始用α粒子去轰击轻金属铍的实验。
