从诺贝尔物理学奖看物理对社会发展的影响 29页

摘要物理学研究的物质内部结构、运动及其规律的普遍性，是各门自然科学的基础；另一方面，物理学的研究领域涉及社会生产和生活的诸多领域，对社会发展起着巨大的作用。作为自然科学中三大诺贝尔奖之一的物理学奖则充分产县了物理学发展的辉煌成就，获奖者们在各自领域中取得的成就对社会发展起的作用也是显著的。因此，对历年来的诺贝尔物理学奖加以统计、分析、提炼，归纳出其中的规律，并加以阐述，便可以将20世纪物理学发展的脉络清晰地战线出来。物理学的发展也推动着社会的发展，尤其以对科学技术和军事的推动重要最为明显，又以X射线学、核物理学、光学、微电子和微电子技术几个典型的物理领域对社会发展的影响最为深远。本文将对上述的内容加以论述。关键词：诺贝尔物理学奖发展脉络作用典型领域29 AbstractThephysicsresearchmatterinternalstructure,themovementanditstheruleuniversality,isvariousnaturalsciencesfoundation;Ontheotherhand,thephysicsresearchareainvolvesthesocialproductandlifemanydomains,developsthehugefunctiontothesociety.AsnaturalsciencesinofaphysicsprizethreebigNobelprizesthensufficientlydividedaninheritancethecountyphysicsdevelopmentmagnificentachievement,prize-winnertheachievementwhichobtainedinrespectivedomainthefunctionwhichdevelopedtothesocietyalsoisremarkable.Therefore,comestoallpreviousyearstheNobelphysicsprizeperformstocount,theanalysis,therefinement,inducesrule,andperformstoelaborate,thenmaycomeout20thcenturyphysicsdevelopmentveinclearlyfront.Thephysicsdevelopmentalsoisimpellingsociety"sdevelopment,especiallybytoscienceandtechnologyandmilitaryimpetusimportantmostobvious,alsobyXbeamstudy,thenuclearphysics,optics,themicroelectronandthemicroelectrontechnologyseveraltypicalphysicsdomainstheinfluencewhichdeveloptothesocietyisprofoundest.Thisarticlewillperformtotheabovecontenttoelaborate.Keyword:Nobelphysicsprize，developmentveinfunctiontypicaldomain29 第1章绪论物理学作为一门科学，它的形成和发展是近四五百年的事情，但是物理知识的形成可以追溯到人类文明之初。从早期人类社会的遗迹中，已经出现人类形成的对物质运动认识具有最初的、不成系统的知识。随着生产的发展，社会的进步，物理知识逐步系统化、科学化，逐渐成为一门精密的科学。物理学研究的物质结构、运动及其规律的普遍性，是各门自然科学的基础，也是各门技术科学的基础。到19世纪以后，自然科学在收集大量科学材料的基础上，通过整理，分门别类地研究，使它的各门科学得到发展，物理学也不例外。在伽利略、牛顿建立的经典力学的基础上，物理学的各分支科学都得到发展。经过长达百年之久的争辩，对光的本性有了新的认识，光的波动学说获得胜利，从而物理光学很快发展。经过好几个国家六七十位科学家的努力，建立了能量守恒与转化定律，随之诞生了热力学第二定律，使热学、分子物理学得到发展。经过奥斯特、法拉第等人的研究，使人们知道电和磁有密切联系，在一定的条件下可以相互转化。经过麦克斯韦深入研究，使电磁场理论更加完善，使一些学者认为献词厂理论更加完善，使一些学者认为电磁理论是无懈可击的，经典物理学达到颠峰时期。历史进入20世纪以后，物理学进入了一个全新的时期，经过物理学家的努力和探索，诞生了量子论和相对论，开创了现代物理学。物质结构理论也得到了快速的发展。此外，物理学的各个分支学科也都得到了发展，连古老的分支学科声学、光学，在20世纪也焕发了青春，有的向理论深度拓展，有的则向应用方面进军。物理学的快速发展，在科学技术、军事等方面发挥着重要的作用，极大地推动着社会发展。29 提起现代物理学的各项成就，就不能不提诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖包括了物理学的许多重大研究成果，遍及现代物理学的各个主要领域。100多年来的颁奖显示了现代物理学发展的轨迹。可以说，诺贝尔物理学奖是现代物理学伟大成就的缩影，折射出了现代物理学的发展脉络。诺贝尔物理学奖的办法颁发体现了物理新成果的社会价值和历史价值，对科学进步有举足轻重的作用，对社会发展起着重要的影响。因此，研究物理学诺贝尔奖是研究物理对社会发展的一条捷径，有很强的学术价值和现实意义。第二章诺贝尔物理学奖概述2．1诺贝尔及诺贝尔物理学奖的设立诺贝尔（AlfredBernhardNobel，1833-1896）是一位瑞典发明家的儿子，他从小身体欠佳，因此主要靠家庭教师教育。他曾经在彼得堡学习工程，也曾经到美国，在伊里克逊指导下学习了大约一年。诺贝尔在他父亲的工厂里做实验时，发现当把甘油炸药分散在漂白土或木浆之类的惰性物质中时，可以使炸药的稳定性更高，从而更安全地处理。他还发明了其他炸药和雷管，并取得了这些发明的专利权。诺贝尔因炸药的制造和巴库油田的开发而得到了一笔巨额财产。他终生未婚，被认为是一个有自卑感和孤独感的人。他对同伴常抱有一种嘲笑态度，但他为人心肠慈善，对人类的未来满怀希望。诺贝尔留下9百万美元的基金，他在遗嘱中写道：“这些基金的利息每年以奖金的形式分发给那些在前一年中对人类作出最大贡献的人，上述利息分为相等的五部分：一部分奖给在物理领域有最重要发现和发明的人；一部分奖给在化学上有最重要发现和改革的人；一部分奖给在生理学或医学上有最重要发现的人；一部分奖给在文学领域内著有带理想主义倾向的最杰出作品的人；一部分奖给在促进国家之间友好、取缔或裁减常备军以及举行和促进和平会议方面作出显著贡献的人。”“29 物理学奖和化学奖由瑞典科学院颁发，生理学或医学奖由斯德哥尔摩的加罗琳斯卡研究院颁发，文学奖、由斯德哥尔摩研究院颁发，和平奖由挪威议会推选出一个五人委员会颁发。”诺贝尔提出奖金只授予“前一年间”所做的工作这一规定，从一开始就未实行。这是因为推选委员会考虑到要确认这一项成果对物理学的贡献的价值，往往需要很多年。诺贝尔奖不授予毕生的工作，而授予那些有特殊成果的工作。狄塞留斯在大诺贝尔化学委员会主任期间，曾经写道：“诺贝尔奖不能由于我称之为‘科学上良好行为’而授予。有很多伟大任务，他们曾经起到导师、组织者和鼓舞源泉的作用，但当要找出一项具体的贡献、具体的发明时，也许会一无所获。”诺贝尔奖只授予活着的人们，并且按照传统，没有任何一次诺贝尔奖授予三人以上的小组。每年秋天，大约有650封信发到瑞典皇家科学院成员、物理学和化学的诺贝尔委员会的成员、从前的物理学奖和化学奖获得者、瑞典8所大学以及科学院选出的40-50个大学和研究所的物理学教授和化学教授，以及国外的研究院和大型研究所的其他科学家，以征求诺贝尔奖的获奖者名单。这样，大约有60-100名物理学家被提名为候选人，然后，由一些非常严肃认真的人组成一个小组，承担这项繁重的业余工作，细心研究提出人选。有一位委员会主席说过：“你无法确定谁是最好的，因而唯一可行的是另外一种方法：即试图寻找一位特别值得推荐的候选人。”2．2诺贝尔物理学奖得主的国籍分布与分析自1901年到2004年的104年中，诺贝尔物理学奖有6届由于世界大战和经济萧条而没有颁发（1919年、1931年、1934年和1940-1942年）。所以物理学奖实际上只颁发了98届，共174人次，173位科学家获得过诺贝尔物理学奖。其中美国著名物理学家巴丁是唯一的在物理学领域中两次获得诺贝尔物理学奖的物理学家。从1901年-2004年诺贝尔物理学奖获得者的国籍和统计（表1）中可以看到，全世界共有17个国家的174位物理学家（以下均指人次）获此殊荣。获奖者最多的国家是美国，共有77人；英国第229 ；德国第3；中国有两位，他们是杨振宁和李政道（获奖时持有的是当年留学出国时的中国护照）。表1诺贝尔物理学奖得主的国籍分布国籍美国英国德国法国瑞典人数772221104国籍瑞士荷兰俄罗斯丹麦意大利人数481033国籍奥地利加拿大日本中国波兰人数21421国籍印度巴基斯坦总计人数11174统计发现，若以1945年第二次世界大战为届界，分成前45年和后58年，则可以明显看到一个现象：即在前45年中，美国获诺贝尔物理学奖的人数比英国与德国少，美国在这段时间内有8人获得物理学奖，而英国10人，德国11人。这一情况说明，在第二次世界大战以前，自然科学提别是物理学研究的中心在欧洲，尤其是在德国。德国格丁根大学是当时公认的世界理论物理研究中心，一大批诺贝尔物理学奖获得者曾在那里学习或工作过。而英国剑桥大学的卡文迪什实验室则是实验物理的研究中心，很多新发现都是在那里作出的。可是自从第二次世界大战结束至今的60年中，获得诺贝尔物理学奖的美国人和具有美国国籍的科学家明显增多，世界自然科学的研究中心已从欧洲转移到了美国。2．3诺贝尔物理学奖获奖项目专门学科分布与分析表229 列出了诺贝尔物理学奖的获奖项目在各专门学科的获奖次数。需要指出的是获奖项目在各个专门学科的划分只是相对的，因为同一内容完全可以归入到两个甚至三个不同学科中，同一年的奖项也可因人而分在多个不同的学科中。表2诺贝尔物理学奖获奖项目学科分布专门学科获奖次数热学、物性学、分子物理学7量子力学、量子电动力学、弱电统一理论26X射线学7核物理学15粒子物理学42凝聚态物理学20磁学4无线电电子学9波谱学15天体物理学10低温物理与超导14新效应12物质微观结构8新技术21光学11原子物理学9从表2可以看到，在物理学领域中，获奖次数最多的学科是粒子物理学、量子物理学（量子力学、量子电动力学、弱电统一理论）和凝聚态物理学，这三门学科都是20世纪物理学发展的主要分支，也是研究物质微观规律的基本学科。自从1895年发现X射线和1896年发现放射性，物理学在物质的微观结构上的研究在100年间取得了巨大的成就。从表2也可看到，新技术和新方法的获奖项目也占了一定的比例。1909年的诺贝尔物理学奖就授予在无线电通讯技术的推广和应用中作出突出贡献的意大利科学家马可尼和德国物理学家布劳恩。1939年的诺贝尔物理学奖奖给发明和制造出回旋加速器的美国物理学家劳伦斯，1960年的诺贝尔物理学奖授予了气泡室的发明者美国物理学家格拉塞。192229 年物理学奖授予发明和研制出多丝正比探测器的法国实验物理学家夏帕克。1997年物理学奖授予发展了用激光冷却和捕捉原子方法的美国物理学家朱棣文、法国物理学家科恩·塔诺季和美国物理学家菲利普斯。诺贝尔物理学奖如果按照理论方面和实验方面来划分，初步统计，理论方面为50人次，实验方面为92人次。，可以看出，实验方面的比重远大于理论方面。如果把新技术的开发也算在实验的名下，则实验的比例就更大了。第三章从诺贝尔物理学奖看现代物理学发展脉络3．120世纪第一个25年：现代物理学革命的开始第一个25年，诺贝尔物理学奖主要反映世纪之交及随后的年代里现代物理学革命的基本内容。值得注意的是，有些项目并不是获奖者最突出的成就。爱因斯坦1921年因理论物理学的成果得奖，主要奖励他在光电效应方面的工作。主持者特别申明，此奖与相对论的创建无关。这件事反映了20世纪初学术界对相对论的怀疑态度；迈克尔逊1907年因光谱学和精密计量得奖，却闭口不提迈克尔逊--莫雷实验的零结果以及因此造成的影响，然而，以太漂移实验的结果对经典物理学的冲击是众所周知的。在量子现象和原子物理学方面，诺贝尔物理学奖的判定总的来说是公正的。维恩黑体辐射定律的研究（1911年物理学奖）、普朗克发现能量子（1918年诺贝尔物理学奖）以及佩兰证实物质结构的不连续性（1926年诺贝尔物理学奖），为微观世界的不连续性提供了基本的依据，这是现代物理学的又一个出发点。在这2529 年中，除了某些项目，例如瑞利关于气体密度的研究（1904年诺贝尔物理学奖）、李普曼关于彩色照相的研究（1908年诺贝尔物理学奖）、马可尼、布劳恩关于无线电报的研究（1909年诺贝尔物理学奖）、范德瓦尔斯关于气液状态方程的研究（1910年诺贝尔物理学奖）、纪尧姆关于合金反常特性的研究（1920年诺贝尔物理学奖）等属于经典物理学范畴的补充和应用外，首届诺贝尔物理学奖就授予发现X射线的伦琴，正是这一发现拉开了现代物理学革命的序幕。X射线的发现和随后放射性和电子的发现以及作为其起因的阴极射线的研究相继在1902年、1903年、1905年、1906年授予诺贝尔物理学奖。α射线的研究导致了原子核的发现，虽然卢瑟福没有得到诺贝尔物理学奖，但在1908年获得了诺贝尔化学奖。X射线的研究，特别是X射线光谱学的研究，为原子结构提供了详细的信息，为此劳厄获得了1914年诺贝尔物理学奖（发现X射线衍射）、亨利·布拉格和劳伦斯·布拉格获得了1915年诺贝尔物理学奖（X射线晶体结构分析的研究）、巴克拉获得了1916年诺贝尔物理学奖（发现元素的标识X辐射）以及卡尔·西格班获得1924年诺贝尔物理学奖（X射线光谱学）。密立根的基本电荷实验和光电效应实验获得了1923年的诺贝尔物理学奖，弗兰克和古斯塔夫·赫兹对电子--原子碰撞的研究获得了1925年诺贝尔物理学奖，这些实验为原子物理学奠定了进一步的实验基础。而尼尔斯·玻尔对原子结构和原子光谱的研究获得了1923年诺贝尔物理学奖，则肯定了他在创建原子理论方面的功绩。3．220世纪第二个25年：量子力学、原子核物理学及粒子物理学建立20世纪第二个25年是量子力学和原子核物理学建立的时期。在这一期间，现代物理学取得了辉煌的发展。1927年诺贝尔物理学奖授予了康普顿效应的发现者康普顿；1929年诺贝尔物理学奖授予论证电子波动性的路易斯·德布罗意；1930年诺贝尔物理学奖授予发现赖曼效应的赖曼；1932年、1933年诺贝尔物理学奖授予创立量子力学的海森伯、薛定谔和狄拉克；194529 年诺贝尔物理学奖授予提出不相容原理的泡利。在核物理方面，查德威克发现中子（1935年奖）、费米发现慢中子的作用（1938年奖）并由此导致核裂变的发现，劳伦斯建造回旋加速器（1939年奖），汤川预言介子的存在（1949年奖）以及鲍威尔发明核乳胶（1950年奖）都是有重大意义的成就。伴随着原子物理学和原子核物理学的发展，粒子物理学也逐步形成。自从1932年发现中子和正电子（1936年奖）以后，人们提出了基本粒子的概念，由于回旋加速器和核乳胶的发明，一大批基本粒子陆续得到发现，于是在20世纪的第三个25年，出现了粒子物理学发展的高潮。与此同时，凝聚台物理学也得到很大发展。而在理论物理学方面，量子电动力学和核模型理论都是诺贝尔物理学奖的重点项目。例如：格拉塞发明泡室（1960年奖），为发现新粒子提供了重要工具。二战期间发展起来的微波技术为分子束方法打开了新的局面，人们用一颗树来形容分子束方法的发展，称之为“拉比树”。这颗树可以说是由斯特恩“栽种”，由拉比“培育”（斯特恩和拉比先后于1943年和1944年获得诺贝尔物理学奖）并在第三个25年里结出了丰硕的果实，其中在第三个25年里获得诺贝尔物理学奖的有兰姆位移和库什的电子反常磁矩（1955年奖），这两个实验的结果，为朝永振一郎、施温格和费因曼建立量子电动力学重正化理论（1965年奖）提供了实验基础。这些年代里对起义粒子的研究，导致了李政道和杨振宁发现弱相互作用的宇称不守恒定律（1957年奖）以及盖尔曼提出基本粒子及其相互作用的分类方法（1969年奖）。有些项目则是为了20余年后才给予表彰的，例如：克罗宁和菲奇发现C-P破坏（1980年奖）；莱德曼、施瓦茨、斯坦博格通过μ子中微子的发现显示轻子的二重态结构（1988年奖）。“拉比树”的丰硕成果还可以用如好几项获得诺贝尔奖的项目来代表：1946年布洛赫和珀赛尔分别用核感应法和共振吸收法测核磁矩（1952年奖）；1948年拉姆齐用分离振荡场方法常见了铯原子钟，随后又于1960年制成氢原子钟，原子钟后来发展成为最准确时间基准（1989年奖）；1950年卡斯特勒提出光抽运方法（1966年奖）；1954年，汤斯小组研制“分子振荡器”29 成功，实现了氨分子束的粒子数反转；接着，汤斯和肖洛提出激光原理；汤斯、巴索夫和普罗霍罗夫因量子电子学方面的基础工作1964年获诺贝尔物理学奖；布隆姆贝根和肖洛获1981年物理学奖。3．320世纪第三个25年：凝聚态物理学的大发展在第三个25年里，凝聚态物理学的大发展可以用如下的诺贝尔物理学奖来代表：1956年肖克利、巴丁和布拉坦因为对半导体的研究和晶体管效应的发现获奖；1952年布洛赫和珀塞尔因发展了核磁精密测量的新方法及由此所作的发现获奖；1916年穆斯堡尔因为γ辐射的共振吸收的研究和发现与此联系的以他的名字明明的效应获奖；1962年朗道因为作出了凝聚态特别是液氨的先驱性理论获奖；1964年汤斯、巴索夫和普罗霍罗夫因为从事量子电子学方面的基础工作，这些工作导致了基于微波激射器和激光原理制成的振荡器和放大器获奖；1970年阿尔文以内对磁流体动力学的基础工作和发现、奈尔因为对反铁磁性和铁氧性所作的基础研究和发现获奖；1927年巴丁、库珀和施里弗因为合作发展了通常称为BCS理论的超导电性理论获奖；1973年江崎玲於奈、贾埃沃因为在有关半导体和超导体中的隧道现象的实验发现、约瑟夫森因为约瑟夫森效应的发现获奖；1996年戴维·李、奥谢罗夫和R·C里查森因为他为他们在1972年发现了氨-3中的超流动性获奖。2004年戴维·格罗斯、戴维·波利策和弗兰克·维尔切克这三人因1973年发表揭示了粒子物理强相互作用理论中的渐进自由现象的论文而获得诺贝尔物理学奖。3．420世纪第四个25年至现在：物理学发展奇花怒放进入20世纪最后一个25年后，物理学的发展更是奇花怒放，其中仍以粒子物理学、凝聚态物理学和天体物理学最为壮观。随着粒子物理学的发展，在自然力的统一性方面取得了新的成果。里克特和丁肇中因为J/ψ粒子的发现获得197629 年诺贝尔物理学奖；格拉肖、萨拉姆和温伯格因为建立了弱电统一理论而获1979年诺贝尔物理学奖，克罗宁和菲奇因为C-P破坏的发现获1980年诺贝尔物理学奖；鲁比亚和范德米尔因为发现弱相互作用的传播体W±和Z0的大规模研究方案中所起的决定性贡献而获1984年诺贝尔物理学奖；莱德曼、施瓦茨和斯坦博格因发展了中微子束方法以及通过μ中微子的发现显示轻子的二重态结构所作的贡献而获1988年诺贝尔物理学奖；佩尔因发现了τ轻子、莱因斯因检测中微子而获1995年诺贝尔物理学奖。其中值得注意的是，探测和研究微观粒子的手段又有很大进步，有些新的进展甚至是前人无法想象的：拉姆奇因为发明了分离振荡场方法及用之于氢微波激射器及其他原子钟、德墨尔特和保罗因发展了离子捕集技术获得1989年诺贝尔物理学奖；弗里德曼、肯德尔和理查德·泰勒因运用高能加速器进行深度非弹性散射所进行的研究而获得1990年诺贝尔物理学奖；布罗克豪斯因为发展了中子谱学、沙尔因为发展了中子衍射技术而获1994年诺贝尔物理学奖；朱棣文、科恩·塔诺季和菲利普斯因为发展了激光冷却和捕捉原子的方法而获1997年诺贝尔物理学奖。在凝聚态物理学方面的新进展有：P·W·安德森和范弗勒克对磁性和无序系统的电子结构所作的基础理论研究（1977年奖）；卡皮查在低温研究和磁学方面的成果（1978年奖）；凯·西格班在高分辨率电子能谱学方面（1981年奖）；K·威尔逊对相变有关的临界现象所作的理论贡献（1982年奖）；冯·克利青发现了量子霍尔效应（1985年奖）；鲁斯卡发明了电子显微镜、宾尼希和罗雷尔发明了扫描隧道显微镜（1986年奖）；柏诺兹与缪勒发现陶瓷材料中的高温超导电性（1987年奖）；德然纳把研究简单系统中有序现象的方法推广到更复杂的物质态，特别是液晶和聚合物（1991年奖）以及劳克林、沃尔夫冈、凯特纳和卡尔·E·威依迈对凝聚态物质性质早期基础性研究（2001年奖）、维他利·金茨堡、阿列克谢·阿布里科索夫及安东尼·莱格特在超导性和超流态两个量子物理学领域的研究（2003年奖）。在天体物理学方面：彭齐亚斯和R·威尔逊发现了宇宙北京微波辐射（197829 年奖）；钱德拉塞卡尔对恒星结构和演变的理论研究、福勒对宇宙中化学元素的形成的理论和实验研究（1983年奖）；赫尔斯和约瑟夫·泰勒发现了一种新型的脉冲星，这一发现为研究引力开辟了新的可能性（1993年奖）；小雷蒙德·戴维斯、小柴昌俊和卡尔多·贾科尼在天体物理学领域做出的先驱性贡献打开了人类观测宇宙的两个新“窗口”（2002年奖）。诺贝尔物理学奖是20世纪物理学伟大成就的缩影，折射出了现代物理学发展的轨迹和趋势，对科学进步有很大的促进作用。它的颁发体现了科学成果的社会价值和历史价值。第四章物理学对社会发展的作用4．1概述由历年的诺贝尔物理学奖可以清晰地看出现代物理学发展的轨迹。在现代物理学当中，先进的研究成果，深刻的理论体系，渗透到社会生活的各个领域和层面，对社会的发展起着强有力的推动作用。从人类的文明出现开始，物理知识便已经和人们的生活紧密联系在一起了。从日常的生产、生活当中，人们总结出了物质的结构、性质及运动的规律等，将其系统化，成为一门崭新的自然学科--科学。那时，科学所包含的知识是广博的，囊括了自然科学的所有领域。人们将通过实践活动总结出来的知识不断积累，不断补充到科学中去。随着社会的不断发展和人类对客观世界的认识的逐步深入，科学被细分为物理、医学、数学、生理等方面，而其中物理是与人们的生产、生活联系最为紧密的一门科学。日益丰富的物理原理应用于人们的各种实践活动中，使各领域的实践活动的效率不断提高，也推动着社会的发展和社会各领域的变革。其中最为突出的是瓦特蒸汽机的发明。蒸汽机的出现从根本上提高了整个社会的生产力，直接导致了轰轰烈烈的欧洲工业革命。物理实践的发展促使物理学家们不断完善物理理论。1929 世纪，在伽利略、牛顿等人建立的经典力学的基础上，物理学的各分支学科都得到了发展。经典物理学达到了颠峰时期。而此时，经典物理学的知识已经完全应用于人们对世界的探索和认识，成为社会实践活动的理论指导，人类社会的面貌有了很大的进步和提高。其中最具有代表性的是将电磁场理论应用到社会生产和生活从而使人类进入了电气化时代。随后，物理的理论研究与实践活动不断深化，从物理中分离出化学成为单独的学科。与此同时，物理学却出现了一些“不和谐”的音符，一些实验现象是传统的经典物理学观点所不能够合理解释的。于是，新的理论在曲折中诞生了，这就是量子论和相对论。新理论颠覆了旧的知识体系，开创了现代物理学，印发了物理学一系列新理论、新发现，并迅速使科学转化为技术，如X射线的广泛应用、核技术在生产、军事等领域的应用等，诞生了影响生活的IT产业、无线电报产业等等。4．2物理学与当代科学技术4．2．1物理学与数学物理学与数学的关系密切，源远流长。历史上有许多著名科学家如牛顿、欧拉、高斯等，对于这两门科学都做出重要贡献。此风一直延伸到19世纪末、20世纪初。当时的一些大数学家如庞加莱、克莱因、希尔伯特等，尽管学术倾向不尽相同，但都精通理论物理。1950年代初，杨振宁等提出的规范场论，赋予了微分几何中纤维丛这类相当抽象概念具体的物理意义，不啻是物理学与数学之间内在联系的见证。1990年，作为数学界最高荣誉的菲尔兹奖，破天荒地授予一位从事超弦理论研究的理论物理学家威滕，也是一种表明两大学科在重新靠拢的信号。另一方面是电子计算机发展的结果。它的发展得到了一些有远见的数学家如冯·29 诺伊曼、图灵等的关注。计算机的高速发展，不仅在技术上成果累累，理论上也有其重要意义。过去物理学所津津乐道的是运动方程式的可积问题，特别是可以用函数解析式来表示的问题（如谐振子、二体运动等），显示出对于运动状态高度精确的可预测性。经典物理是如此，量子物理也是如此。但可积问题只是少数特殊情况，多数问题是不可积的，由于数学上求解困难，只有数值计算的结果，因而对于这类问题的物理本质理解不透。计算技术的进展，大大地促进了这一领域的发展，为现代非线性物理这一新学科分支奠定了基础。4．2．2物理学与天文学物理学与天文学的关系更是密不可分，也可以追溯到早期的开普勒与牛顿。到了当代，提供天文学信息的已从可见光扩展到无线电波乃至X射线宽广的电磁波频段，这依赖于现代物理学所提供的各种探测手段。另一方面，天文学提供了地球上实验室所不具备的极端条件，如高温、高压、高能粒子、强引力等，是检验物理学理论的理想实验室。因此，毫不奇怪，几乎所有广义相对论的证据都来自天文观测。正电子是首先在宇宙线研究中观测到的，为粒子物理学的创建做出了贡献。贝特的热核反应理论是首先为解释太阳能源问题而提出的。朗道、奥本海默等人的中子星理论，由休伊什与贝尔发现脉冲星而得到证实。而现代宇宙论的标准模型--大爆炸理论，是完全建立在粒子物理理论基础上的。从二十世纪七十年代以来，诺贝尔物理学奖频频授予天文学家，也是天文学与现代物理学密不可分的一个标志。4．2．3物理学与化学物理学与化学唇齿相依、息息相关。热力学、统计物理和量子力学都在化学中获得了重要应用。在19世纪，吉布斯的工作横跨了这两个学科，得到学术界的尊重；在20世纪德拜、昂萨格也是如此。物理和化学实际上是互为补充、不可偏废的。随着固体物理学发展为凝聚态物理学，研究对象日益深入到更加复杂的物质结构层次：就半导体而言，从硅、锗等元素半导体，到Ⅲ-Ⅴ与Ⅱ-Ⅳ29 族化合物半导体，乃至于聚乙炔这类有机半导体；就超导体而言，从合金超导体，到氧化物和有机超导体，也都反映了结构复杂化的趋势，愈来愈需要化学家的配合与协助。凝聚态物理学的概念和方法，也促进了液晶科学、高分子科学和分子膜科学的日趋成熟，导致了软物质科学的建立。这是化学家和物理学家共同努力的成果。另一方面，化学反应动力学这一化学的基本问题，得到分子束、激光束等新实验技术的推动；和量子力学、统计物理、原子物理、分子物理等理论分析的配合，成为当今化学发展的前沿领域，也是物理学家大有用武之地的一个领域。还有在原子、分子和大块凝聚态物质之间新开辟的研究领域，即团簇，得到物理学界和化学界的共同关注。4．2．4物理学与生命科学从聚合物和复杂结构的分子再前进一步，就到达生物大分子，接触到分子生物学的核心问题。从19世纪后期起，生物学家在生物遗传方面进行了大量的研究工作，在孟德尔、摩尔根、缪勒等人所得规律的基础上提出了基因假设。但是，基因的物质基础仍是一个疑问和挑战。在二十世纪四十年代，物理学家德尔布吕克和薛定谔对生命的基本问题感兴趣，提出了遗传密码存储于非周期晶体的观点，由于薛定谔在小册子《生命是什么》中对此进行阐述而广为人知。二十世纪四十年代，英国剑桥大学的卡文迪什实验室在布拉格的领导之下，开展了对蛋白质晶体的X射线结构分析，这是一项工作量极大、甚为艰巨的工作，持续时间超过15年，以肯德鲁与佩鲁茨获得诺贝尔奖而告终。与此同时，美国化学家鲍林则利用他熟谙的化学知识和搭模型的方法，解决了晶体结构。受德尔布吕克与薛定谔的影响，生物学家沃森与物理学家克里克，在晶体学家富兰克林与威尔金斯的X射线衍射图的启发下，采用搭模型的捷径，终于在卡文迪什实验室定出了DNA（脱氧核糖核酸）的晶体结构，揭示了遗传密码的本质，这是20世纪生物科学最重大的突破。4．2．5物理学与地球科学20世纪地球科学的重大突破在于板块理论的确立。当然，板块理论可以溯源于20世纪初威格纳所提出的大陆漂移说，但是由于缺乏佐证，没有得到学术界的公认。194529 年以后，物理学家布拉凯特倡导岩石磁学的研究，形成了古磁学这一新的交叉学科。后来，在大西洋脊附近的古磁学研究揭示了洋脊扩展的时序，为板块理论的确立奠定基础。板块运动的驱动力问题，又涉及下地幔的缓慢对流问题，是非线性科学中的一个课题。地球的内核也存在着许多挑战性的疑难问题，诸如地球磁场的产生和其反转等。可以预期，将有更多的物理学家被吸引到这一领域中去。大气物理学是气象学与物理学相接触的领域，两者也存在强烈的相互作用。气象学中有重要意义的洛斯贝涡旋，以及气象学家洛伦兹为探讨长期天气预报的可能性而导出的洛伦兹方程，在现代非线性科学中扮演重要的角色。4．2．6物理学和能源技术能源的取得和利用是工业生产的头等大事。20世纪物理学的一项重大贡献就在于核能的利用。这可以说是由基础研究生长出来的全新的技术部门。在我国，由于大亚湾和秦山核电厂的建设，核电的发展也提到工业发展的议事日程上来。在能源和动力方面，可以无损耗地传输电流的超导体的广泛应用，也可能导致一场革命。在液氦温区工作的常规超导体所绕成的线圈，已在加速器、磁流体发电装置乃至托卡马克装置等大型实验设备中用来产生强磁场，可以节约大量电能；在发电机和电动机上应用超导体，已经制成接近实用规模的试验性样机。由于这些成功的应用，再加上超导储能、超导输电和悬浮列车等的应用前景，使人们对之存有很高期望。自从1987年液氮温区的超导体问世以来，它在强电中的应用前景是最激动人心的。进展虽然并不像预期那样迅速，但通过15年的努力，这方面应用的物理可行性已得到证实：已经掌握了制备长线材的工艺技术，但还需要进一步降低成本。太阳能的利用也对物理学提出了挑战，如何制出价廉而高效的太阳能电池将是一个关键性问题。至于更加常规的能源利用，如石油勘探、煤的燃烧、氢能的利用、节能技术等，也有不少涉及物理学的问题有待于进行研究。　除了信息、材料、能源技术之外，医疗卫生技术也是物理学发挥作用甚大的领域：诸如X射线透视和层析技术，核磁共振透视与层析技术等，引发了诊断技术的革命；放射线元素和加速器提供了治癌有效的手段。这里就不详加细述了。值得注意，有一些纯属基础的物理学研究，也为技术发展提供意想不到的机遇。在这方面，高能物理学就是一个很好的例子。高能物理学是为了探索微观世界最基本规律--29 基本粒子及其相互作用而进行的，涉及了大量数据的提取、处理和传输，因而在信息处理和网络技术中发挥了极其关键性的作用。在国际上，欧洲核子中心（CERN）为因特网的诞生立下了汗马功劳，而中国科学院高能物理所也为我国因特网的建立起到了关键作用。4．3物理对军事的作用物理学是其他学科的基础，因而物理学中的新发现常常会推进相关学科的发展；反之，其他学科中的进步亦会激励物理学家作更深入的研究。由此，物理学进入军事领域，是理所当然的。一直以来，物理学在军事科学中的应用均占有小的比例，而军事武器的不断发展在一定程度上也促进了物理学的进步。几百年来，一度在科幻作品中出现的那些神秘武器，如光学武器，声波武器，电磁波武器，核武器等，如今已纷纷面世。现代军事科学的知识密度高，综合性强。许多高精尖现代化军事武器，比如红外制导、红外夜视、激光雷达、声纳以及核武器等都与物理学的最新成就密切相关。4．3．1声波武器我们知道，声波是机械纵波，它可以在固体、液体和气体中传播。人们日常可以听到的声音便是20－20000Hz频率范围内的声波。目前军事领域中应用的主要是次声波部分（即频率低于20Hz的声波）。和可闻声波相比，次声波在介质中传播时，能量衰减缓慢，隐蔽性好，不易为敌人察觉，所以军事上常用次声波接收装置来侦察敌情。另一方面，次声波武器还可直接消灭敌人的有生力量。那么，它的杀伤原理是什么呢？这里要涉及到物理学的一个重要概念--共振。原来，次声武器是利用和人体器官固有频率相近的次声波与人体器官发生共振，导致器官变形、移位、甚至破裂，以达到杀伤目的的。次声武器大体可分为两类：（l）“神经型”次声武器。次声频率和人脑阿尔法节律（8－12Hz29 ）很接近，所以次声波作用于人体时便要刺激人的大脑，引起共振，对人的心理和意识产生一定影响：轻者感觉不适，注意力下降，情绪不安，导致头昏、恶心；严重时使人神经错乱，癫狂不止，休克昏厥，丧失思维能力。（2）“器官型”次声武器。当次声波频率和人体内脏器官的固有频率（4－18Hz）相近时，会引起人的五脏六腑产生强烈共振。轻者肌肉痉挛，全身颤抖，呼吸困难；重者血管破裂，内脏损伤，甚至迅速死亡。需指出的是，目前次声武器发出的次声波的强度和方向性等因素尚待进一步研究，所以真正应用于战争的次声武器还不多见。此外，超声波在军事上的应用也很多。由于海水有良好的导电性，对电磁波的吸收能力很强，因而电磁雷达无法探测水下作战目标（如潜水艇）的方位和距离。所谓超声波，是指高频率的机械波（频率大约在20kHz以上）。它具有能流密度大，方向性好，穿透力强等特点。超声波在空气中衰减较快，而在固体、液体中的衰减却很小，这正好与电磁波相反。这种情况下，超声波雷达--声纳，便可发挥巨大的威力。4．3．2激光武器激光是与原子能、半导体、计算机一起出现的20世纪的四项重大发明之一。由于激光有方向性强，单色性好，亮度高，相干性好等特性，其在军事上的应用十分广泛。激光武器是利用激光束来直接攻击敌方目标的。其优点主要是：（l）速度快，射束直，射击精确度高。激光束以每秒三十万公里的速度传播，不需提前量，瞬发即中。（2）摧坚能力强。激光能量高度集中，可摧毁任何坚固材料制成的目标。（3）灵活、无惯性，不产生后座力。因光子的静质量为零，故激光武器不会产生普通枪炮发射时所产生的后座力。激光武器易于迅速变换射击方向，能在短时间内射击多个目标。（4）抗电磁干扰能力强。人眼最敏感的光是波长为>0.54微米的绿光。实验表明，人射到瞳孔的绿光能量只要达到7×10－7焦耳就会烧伤视网膜，能量再高将造成人眼的永久失明，严重的还会危及生命。目前，美国已经出现了能够令攻击目标暂时或永久性失明的致盲激光武器。4．3．3电磁武器29 电磁波是指迅速变化的电磁场在空间的传播。人类从形成之日起便生活在电磁波的汪洋大海之中。电磁波在军事上的应用异常丰富。所谓电子对抗（又称电子战）便是指敌我双方利用专门的设备、器材产生和接收处于无线电波段内的电磁波，以电磁波为武器，阻碍对方的电磁波信号的发射和接收，保证自己的发射和接收。电磁波对人体是有害的。据说，美国有人提出设计电磁枪，该电磁枪将会“诱发癫痫病那样的症状”。另有一种所谓的“热枪”，采用的是电磁波段中的微波。热枪能够产生使人体温升高至40.6-41.7摄氏度的作战效果，让敌人不舒服、发烧甚至死亡。据中国电磁辐射测试中心经过两年的跟踪检测证实，超量的电磁辐射会造成人体神经衰弱、食欲下降、心悸胸闷、头昏目眩、甚至脑部肿瘤。4．3．4核武器将核能引入战场是武器发展史上的重要里程碑，核能的军事应用首先是核武器的诞生。核武器的研究和发展有近50年的历史，至今已制造出的核武器达几十种之多，而人们通常所说的核武器是指原子弹、氢弹和中子弹等。重核和轻核分别通过聚变核反应和裂变核反应可以转化成更稳定的中核，这两种反应均可释放出核间的巨大能量。原子弹即是利用了其中的能量。原子弹的核装料是纯的铀235或钚239、铀233.这类原子核在中子轰击下发生链式反应。原子弹爆炸产生的高温高压及裂变碎片和各种射线，最终形成了冲击波、光辐射、早期核辐射、放射性污染以及电磁脉冲等杀伤破坏因素，其巨大杀伤力对现代战争的战略战术产生了重大的影响。29 氢弹是以氘和氚作为核装料，其爆炸即是氢的同位素的聚变反应。氢弹的杀伤破坏因素与原子弹相同，但威力比原子弹大得多。氢弹的爆炸过程就是原子弹爆炸加上轻核聚变的过程，由此可见其份量。中子弹是氢弹小型化的产物，是一种战术核武器。中子弹爆炸时产生的冲击波、光辐射及放射性污染的杀伤破坏作用比原子弹和氢弹小得多，但它的贯穿辐射杀伤作用颇大，其能量所占比例超过40％。中子弹爆炸时放出大量高能中子，对人员具有杀伤作用。核武器正朝着小型化、高精度、低当量的方向发展，这也是现代军事武器的发展趋势：灵活、机动。第五章从几个影响深远的物理领域看物理对社会发展的作用5．1X射线学十九世纪末，阴极射线研究是物理学的热门课题。许多物理实验室都致力于这方面的研究，伦琴就是其中之一。1895年，伦琴正在实验室做阴极射线所引起的荧光现象。当他正端详着高真空放电管时，意外地发现放在距离放电管两米远的涂有铂氢钡的屏也发出荧光。他当时不理解这射线哪里来，就叫它X射线。发现X射线的消息很快传遍全球。由于这一射线有强大的穿透力，能够透过人体显示骨骼和薄金属中的缺陷，在医疗和金属检测上有重大的应用价值，因此引起了人们的极大兴趣。X射线迅速被医学界广泛应用，成为透视人体、检查伤病的有力工具，后来又发展到用于金属探伤，对工业技术也有一定的促进作用。伦琴也因此在1901年获得诺贝尔物理学奖。X射线被广泛应用于医学领域。由于X射线能顺利穿透肌肉组织，但穿不过骨骼这样密度大的组织，于是在底片上留下阴影。如果骨折的话，在底片上的阴影里很容易找到断裂处，因此，X射线首先就被应用到外科探伤中去。虽然X射线衍射最初用在比较简单的无机晶体上，但现在它已成功地用于生物分子。比如蛋白质和核酸分子，由于我们可使这些分子结晶，因此可对其进行结构分析。另外，以X射线的研究作为部分依据的另一个重大进展是克里克和沃森在1953年的发现，他们以女物理学家富兰克林在1951年底拍到的一张十分清晰的DNA的X29 射线衍射照片为基础，由此构想脱氧核糖核酸是双链螺旋结构。沃森和克里克立即行动，马上在实验室中联手开始搭建DNA双螺旋模型。1953年，沃森和克里克在《自然》杂志上发表了题为《脱氧核糖核酸的结构》的论文。从此，遗传学的历史和生物学的历史都从细胞阶段进入了分子阶段。X射线在经济和社会中的应用也极其广泛。机场里对游客行李的安全检查，就是使用X光机。它能把隐藏在行李中的枪支透视出来。码头上大型X光机能协助海关人员，把夹杂在集装箱里的走私物品查出来。半导体工厂的质检人员，用X光机来检查已封好的集成电路板质量。事实上，X射线分析法已成为工业产品质量检查的重要手段。5．2核技术的应用近年来，核物理跟其他学科相互渗透，形成一些新的边缘学科，开发出不少使用的核技术，他们对经济建设和科学技术的各个领域的现代化以及各个学科的蓬勃发展，正在发挥越来越大的影响。在原子核物理基础上发展起来的核技术，既应用于军事，也应用于民生。它跟电子技术、半导体技术、激光技术、计算机技术一起，成为现代科学技术的重要组成部分。核物理的原理和技术的应用十分广泛，从固体物理到分子遗传学，从食品技术到法医学，从矿产勘探到癌症治疗，从考古到空间技术，到处显现出它的独特优越性。通常说的核技术包括辐照加工、放射性同位素、稳定同位素的应用，各种核分析技术和核物理效应的应用、辐射育种、辐射的生物效应、同位素示踪技术等。它们所用的手段包括原子核反应堆、粒子加速器、放射性同位素以及核粒子探测器等各种核技术设备。古代的东西（不管是人造的还是天然的，地址形成的还是来自宇宙的）都深深吸引许多领域的科学家，因为这些东西能提供有关她们形成环境性质的极为重要的信息，于是精确计算它们的年龄变得十分重要了。放射性碳计算技术（利用C核素，它的半衰期是5730年）是核技术最早应用的一个方面，它在考古学和古代生物学中具有重大价值，使人们能够计算存在于五万年前事物的年代。其他长寿命放射核衰变产物的类似测量，已经进一步推广这种技术的应用范围。29 另一个巨大进展是加速器质谱学（简称AMS）。世界上很多重离子加速器都被改装成超灵敏的质谱仪，使它的测量灵敏度一下子提高1012倍。这样高的灵敏度，反过来又允许使用比此前小得多的样品（在微克范围内）来分析。最著名的事件是1988年鉴定意大利都灵大教堂供奉的“圣物”--耶酥裹尸布的真伪，利用AMS技术确定此物存在的年代是公元1325年（估计误差不超过30年），从而肯定它是14世纪伪造的赝品，而提供测试的只是一块邮票大小的布块。这种技术近年来发展迅速，研究对象仍在不断增加，如大气中的甲烷成分、极地的冰雪、湖泊海洋的沉积层、锰结石、陨石以及由宇宙线产生的长寿命放射性核素。在矿产勘探方面，核技术被用来帮助探索地质形成情况，并确定地质层深处碳氢化合物或其他有价值资源的位置。利用核分布技术（如中子活化、质子激发X荧光分析等）对环境中的各种污染物（以微量元素方式存在，特别是对人体有害的元素，如Pb，Hg，Sb，As，Ar，Be，Tl，F，Ni，Zn，Cd，Se，Sn等）进行质和量的分析测定，并和国家标准相比较以确定环境的污染程度，研究大气颗粒物及水体污染的来源和扩散规律，评价环境质量，指定治理措施。核分布技术由于灵敏度高，并可同时进行多元素分析，目前已成为测定环境物质中微量元素的有效手段。多年来，核物理学跟医生、化学家、药物学家以及计算机科学家紧密合作，对人类健康已经作出重大贡献，这种努力导致核医学成为近代医学诊断治疗中不可或缺的部分。核医学最广泛应用的技术是使用放射性诊断疾病。与此同时，放射性核素和加速粒子束在治疗方面也起重要的作用，利用γ射线治疗脑肿瘤（俗称γ刀）就是一例。核技术用于医学的又一个方面，是制造包含人工关节的整形外科移植器件（如人工臀）用的外科合金材料。因此，像核磁共振断层呈像（简称NMR）、医疗器材的辐照灭菌消毒等技术，都在医务界得到广泛的应用。29 通过辐射育种来改良农作物品种。利用射线照射害虫，使它不能繁殖后代，就能防止或控制害虫大量发生，且没有农药污染环境的问题。同位素（标记原子）示踪技术零用放射性同位素的标记化合物，可以研究农作物的营养代谢，肥料的吸收和利用，土壤中水分和盐碱的迁移动态，农药在植物生长中的转移、分布和残留量等，可以为合理施肥、灌溉、耕作、合理投放农药等提供科学依据，从而使农作物获得增产。核技术在食品工业中的应用主要是食品辐照。食品经过γ射线（或加速电子）以一定剂量照射，能杀虫灭菌和抑制细菌的某些生理活性，使食品在常温下存放较长时间而不致霉烂变质。目前，全世界约有80%的人口在食用严重带菌的食品。全世界粮食因病虫害造成的损失大约占总产量的20%。在我国，粮食损失约占总产量的10%，油类为20%，肉食品高达30%，蔬菜、禽蛋等损失也很大。如果采用食品辐照技术，就能大大减少损失。5．3光学的应用20世纪激光的发明，不仅对光学学科本身产生巨大的影响，萌生诸多学科分支，而且对人类科学和技术进步产生巨大的推动作用。激光改革了国际度量衡标准米是国际单位制中七个基本量之一，也是科学发展、生产现代化、社会进步的技术保证。人们日常生活离不开米这一长度单位。“米”这一长度单位是应18世纪欧洲为结束长度单位混乱局面而提出的，规定以通过巴黎的地球子午线的1/为1米。不仅人们就发现上述定义不能满足工业发展的需要。米的定义经历三次变更。1960年激光诞生后，物理学家和计量学家们对单色性很好的激光器进一步采取种种稳定措施，克服它由各种物理和技术原因造成的频率漂移和跳动，使稳频激光器的输出稳定性和复演性优于百亿分之一。1983年10月20日在巴黎召开的第十七界国际计量大会通过以光速作为换算常数（光速不再作为需测量的物理量）作出米的定义：“米是光在真空中在1/秒时间内运行路程的长度。”这是米定义的第三次变更。29 近些年来，激光和物质相互作用的研究扩展到生物大分子和生物组织，使生物学取得难以想象的新进展，也为医学提供新的诊断方法和手段，现已在激光和生物医学的交叉点上形成十分活跃的新学科分支--激光生物学和激光医学。激光在遗传工程中的应用也很有成效，已在用激光感应荧光研究蛋白质--DNA相互作用；用1.06微米激光束的光学囚禁，犹如光学镊子可自由操作单个活细胞内的细胞器而不造成光学损伤；紫外激光束可对人类染色体进行微切割等。这些研究对于探索疾病的分子基础具有很重要作用。第二次世界大战后的半个世纪里，电子通信（主要是微波通信）已取得巨大进展，几乎已达到尽善尽美的地步。然而，通信容量不能满足人类日益增长的需要，关键是要提高载波频率。解决办法是以激光作为微波信号的载波，即实现激光通信。激光通信跟无线电通信在原理、结构和通信过程方面是类似的，不同的是产地信息用的运载工具是激光而不是通常的无线电波；用光学透镜作为天线和波束变换装置。光通信的优点主要有六个。（1）通信信道数剧增；（2）用激光代替微波进行卫星通信时，可以大大减小卫星的体积和质量；（3）能适应卫星中继站的需要；（4）图象分辨率提高；（5）相对频率稳定度高；（6）不受电磁信号干扰，性能稳定。5．4微电子学和微电子技术微电子学跟材料、电子、医学、生物、通讯、计算机等学科密切相关。微电子技术有高新科学技术的高度综合性，应用范围的广泛渗透性，以及在它的发展中有很强的多学科依赖性的特点。这些特点说明它包含的科学技术的复杂性，需要多学科的人才。它能应用于国民经济的各个部门，渗透到科技领域以及各个产业的各种商品中。微电子技术的发展和广泛应用为人类带来灿烂的文明。当今，世界上发达国家以及新兴工业化国家都把发展微电子工业提高到战略地位来认识，不惜投入巨资来发展微电子技术。把微电子工业规模和技术水平作为衡量一个国家综合国力的重要标志。29 微电子学和微电子技术对科学技术、经济发展的巨大影响和作用很难在有限的篇幅里全面地描绘出来。它促进电子计算机的普及应用和不断地更新换代，促进了信息革命和信息社会的到来。它使人们造出智能化机器人来为人们服务的幻想得以实现。在现代军事科学中，战略武器的不断更新，工矿企业中生产自动化的实现等，微电子的发展都是极其关键的因素之一。同时，正因为各个领域不断发展，反过来推动微电子技术的进一步发展。1946年世界上出现第一台电子管计算机，占地面积约550平方米，运算速度仅为5秒钟5千次，花费1千万美元。1959年第一台晶体管计算机问世，占地面积数十平方米，耗电相当于100个灯塔，花费几十万美元。1971年出现第一台以大规模继承电路为主题组成的微小型电子计算机，经过30多年不断快速发展和更新换代，目前生产的超大规模集成电路计算机的处理能力每秒高达100亿次，耗电只有数十瓦。由于微处理机和微型计算机的性能价格比远高于其他一般的信号处理器，已经广泛地渗透进许许多多仪器设备和控制系统中去，极大地推动国民经济的快速发展。高速巨型计算机已在为人们进行宇宙飞行、原子能反应、地震分析、气象预报等方面的计算和控制。随着人工智能科学的发展，使计算机技术与人类的思维或紧密联系起来，人工智能计算机已经问世，并不断地改进，向着可以跟人脑媲美的超智能计算机方向迈进。应用现代微电子技术，使现代的通信设备不断向小巧、高效、方便、可靠和多功能等方面发展，工作效率得到明显提高。人们可以在最短时间最快地获得大量的信息，使人类在信息交流和经济活动方面耳目一新。例如，利用应用微电子技术的先进的现代化通信设施，美国“旅行者一号”、“旅行者二号”探测飞船在太空飞行的14年中，已发回相当于6000套大英百科全书内容的天体科技信息资料；美国快信公司每天能处理来自全世界50万件以上的快件业务、处理100多万条以上信息，在保险、商品合同以及其他各种国际金融文件方面进行直接的、快速的交易。29 微电子技术在军事领域中的应用大大地提高了现代武器系统的作战效能和威力，成为国防上不可缺少的核心技术。就拿雷达来说，没有微电子技术就没有机载雷达。因为只有微电子技术才能达到航空的轻、薄、短、小的要求。微电子技术的发展使80年代机载雷达比60年代时的功能大60倍，故障间隔时间延长230倍，而重量和能耗却只为它的1%。结论物理学作为自然科学领域中的重要学科，在自身不断发展、不断完善的同时，也改变着人们对客观世界的认知态度和认知程度，为社会的变革和发展提供着巨大的力量。同零散破碎的自然科学知识的积累，到系统化、科学化的现代物理学的建立，物理学逐步完善引领着科技的进步；从牛顿的绝对时空观到爱因斯坦的相对论，物理学的成熟深刻影响着人们思想的变革；从蒸汽机引发的工业革命至电气化时代的来临再到信息化的今天，物理学的新发明、新发现转化成为先进生产力，推动着社会的发展。人类社会的发展，已被深深地打上了物理的烙印。20世纪以后是物理学取得累累硕果的时期。经过几代物理学家们的探索和思考，物理学在20世纪开辟了崭新的局面。新的理论、新的发明和新的发现不断涌现。诺贝尔物理学奖则将其中的许多重大研究成果体现地淋漓尽致。综观诺贝尔物理学奖百年来的历程，就会描绘出现代物理学发展的轨迹。29 从诺贝尔物理学奖中我们还可以看到，正是物理学的不断发展和完善，才导致了许多重大发明、发现的诞生，并迅速转换为社会生产力，引发了社会的变革，对现代技术、局势产生了不可估量的影响，这一点，从X射线学、核物理学、光学、微电子学及微电子技术等领域便可窥之一斑。由此可见，物理学的社会发展所起的巨大作用是难以估量的。当今社会的竞争，归根到底是科学技术的竞争。因此，物理学作为国家级重点学科，将在我国构建和谐富强的社会这一进程中发挥更大的效能。因此，物理学对社会发展的作用的课题的研究具有很强的学术价值和现实意义。致谢撰写论文的工作已接近尾声，在此由衷地感谢王少华老师。毕业论文工作开始伊始，我颇为为难。题目领域过大、资料来源匮乏、内容深度与广度不易把握，是我撰写论文的三大难题。但在王老师的指导与帮助下，这些问题都得以迎刃而解。尤其令我感动的是，王老师将个人的藏书提供给我作为参考资料，至今仍不胜感激。最让我记忆深刻的是王老师治学严谨的师风，诲人不倦的师德，博学的知识和科学的态度，这些都是我日后奋斗的目标。受王老师帮助很多，无以回报，唯有更好地完成自己的论文。特此致谢，以表心意。29 参考文献1.郭奕铃沈惠君诺贝尔物理学奖1901-1998高等教育出版社2.张瑞琨物理学的进展和前言上海教育出版社3.20世纪物理学前沿4.诺贝尔奖金物理学奖的启示冼鼎昌5.半导体科学技术与诺贝尔物理学奖彭英才傅广生X·W·Zhao6.物理学与当代科学技术冯瑞7．PhysicsdevelopmentJohnSmithUniversityofLondonpublishinghouse8．PhysicsfrontMikeOwenColumbiaUniversitypublishinghouse29