诺贝尔物理学奖百年回眸 104页

   诺贝尔物理学奖—百年回眸诺贝尔奖金物理学奖获得者获奖年代获奖者姓名国籍获奖原因1901W.C.伦琴德发现伦琴射线(X射线)1902H.A.洛伦兹荷兰磁场对辐射现象的影响的研究P.塞曼1903H.A.贝克勒尔法发现天然铀元素的放射性放射性物质的研究，发现放射性元素钋与镭并发现钍也有放射性P.居里M.居里1904L.瑞利英在气体密度的研究中发现氩1905P.莱纳德德阴极射线的研究1906J.J汤姆孙英通过气体电传导性的研究，测出电子的电荷与质量的比值1907A.A迈克耳孙美创造精密的光学仪器和用以进行光谱学度量学的研究，精确测出光速1908G.李普曼法发明应用干涉现象的天然彩色摄影技术1909G.马可尼意发明无线电极及其对发展无线电通讯的贡献C.F.布劳恩德1910J.D.范德瓦耳斯荷兰对气体和液体状态方程的研究    诺贝尔物理学奖—百年回眸诺贝尔奖金物理学奖获得者获奖年代获奖者姓名国籍获奖原因1901W.C.伦琴德发现伦琴射线(X射线)1902H.A.洛伦兹荷兰磁场对辐射现象的影响的研究P.塞曼1903H.A.贝克勒尔法发现天然铀元素的放射性放射性物质的研究，发现放射性元素钋与镭并发现钍也有放射性P.居里M.居里1904L.瑞利英在气体密度的研究中发现氩1905P.莱纳德德阴极射线的研究1906J.J汤姆孙英通过气体电传导性的研究，测出电子的电荷与质量的比值1907A.A迈克耳孙美创造精密的光学仪器和用以进行光谱学度量学的研究，精确测出光速1908G.李普曼法发明应用干涉现象的天然彩色摄影技术1909G.马可尼意发明无线电极及其对发展无线电通讯的贡献C.F.布劳恩德1910J.D.范德瓦耳斯荷兰对气体和液体状态方程的研究    诺贝尔物理学奖—百年回眸诺贝尔奖金物理学奖获得者获奖年代获奖者姓名国籍获奖原因1901W.C.伦琴德发现伦琴射线(X射线)1902H.A.洛伦兹荷兰磁场对辐射现象的影响的研究P.塞曼1903H.A.贝克勒尔法发现天然铀元素的放射性放射性物质的研究，发现放射性元素钋与镭并发现钍也有放射性P.居里M.居里1904L.瑞利英在气体密度的研究中发现氩1905P.莱纳德德阴极射线的研究1906J.J汤姆孙英通过气体电传导性的研究，测出电子的电荷与质量的比值1907A.A迈克耳孙美创造精密的光学仪器和用以进行光谱学度量学的研究，精确测出光速1908G.李普曼法发明应用干涉现象的天然彩色摄影技术1909G.马可尼意发明无线电极及其对发展无线电通讯的贡献C.F.布劳恩德1910J.D.范德瓦耳斯荷兰对气体和液体状态方程的研究    诺贝尔物理学奖—百年回眸诺贝尔奖金物理学奖获得者获奖年代获奖者姓名国籍获奖原因1901W.C.伦琴德发现伦琴射线(X射线)1902H.A.洛伦兹荷兰磁场对辐射现象的影响的研究P.塞曼1903H.A.贝克勒尔法发现天然铀元素的放射性放射性物质的研究，发现放射性元素钋与镭并发现钍也有放射性P.居里M.居里1904L.瑞利英在气体密度的研究中发现氩1905P.莱纳德德阴极射线的研究1906J.J汤姆孙英通过气体电传导性的研究，测出电子的电荷与质量的比值1907A.A迈克耳孙美创造精密的光学仪器和用以进行光谱学度量学的研究，精确测出光速1908G.李普曼法发明应用干涉现象的天然彩色摄影技术1909G.马可尼意发明无线电极及其对发展无线电通讯的贡献C.F.布劳恩德1910J.D.范德瓦耳斯荷兰对气体和液体状态方程的研究    诺贝尔物理学奖—百年回眸诺贝尔奖金物理学奖获得者获奖年代获奖者姓名国籍获奖原因1901W.C.伦琴德发现伦琴射线(X射线)1902H.A.洛伦兹荷兰磁场对辐射现象的影响的研究P.塞曼1903H.A.贝克勒尔法发现天然铀元素的放射性放射性物质的研究，发现放射性元素钋与镭并发现钍也有放射性P.居里M.居里1904L.瑞利英在气体密度的研究中发现氩1905P.莱纳德德阴极射线的研究1906J.J汤姆孙英通过气体电传导性的研究，测出电子的电荷与质量的比值1907A.A迈克耳孙美创造精密的光学仪器和用以进行光谱学度量学的研究，精确测出光速1908G.李普曼法发明应用干涉现象的天然彩色摄影技术1909G.马可尼意发明无线电极及其对发展无线电通讯的贡献C.F.布劳恩德1910J.D.范德瓦耳斯荷兰对气体和液体状态方程的研究    诺贝尔物理学奖—百年回眸诺贝尔奖金物理学奖获得者获奖年代获奖者姓名国籍获奖原因1901W.C.伦琴德发现伦琴射线(X射线)1902H.A.洛伦兹荷兰磁场对辐射现象的影响的研究P.塞曼1903H.A.贝克勒尔法发现天然铀元素的放射性放射性物质的研究，发现放射性元素钋与镭并发现钍也有放射性P.居里M.居里1904L.瑞利英在气体密度的研究中发现氩1905P.莱纳德德阴极射线的研究1906J.J汤姆孙英通过气体电传导性的研究，测出电子的电荷与质量的比值1907A.A迈克耳孙美创造精密的光学仪器和用以进行光谱学度量学的研究，精确测出光速1908G.李普曼法发明应用干涉现象的天然彩色摄影技术1909G.马可尼意发明无线电极及其对发展无线电通讯的贡献C.F.布劳恩德1910J.D.范德瓦耳斯荷兰对气体和液体状态方程的研究 1911W.维恩德热辐射定律的导出和研究1912N.G.达伦瑞典发明点燃航标灯和浮标灯的瓦斯自动调节器1913H.卡末林.昂内斯荷兰在低温下研究物质的性质并制成液态氦1914M.V.劳厄德发现伦琴射线通过晶体时的衍射，既用于决定X射线的波长又证明了晶体的原子点阵结构1915W.H.布拉格英用伦琴射线分析晶体结构W.L.布拉格1917C.G.巴克拉英发现标识元素的次级伦琴辐射1918M.V.普朗克德研究辐射的量子理论，发现基本量子，提出能量量子化的假设，解释了电磁辐射的经验定律1919J.斯塔克德发现阴极射线中的多普勒效应和原子光谱线在电场中的分裂1920C.E.纪尧姆 法发现镍钢合金的反常性以及在精密仪器中的应用1921阿尔伯特.爱因斯坦美籍德国人对现物理方面的贡献，特别是阐明光电效应的定律1922尼尔斯.H.D.玻尔丹麦研究原子结构和原子辐射，提出他的原子结构模型 1923罗伯特.安德罗.密立根美国研究元电荷和光电效应，通过油滴实验证明电荷有最小单位1924卡尔.M.G.西格班瑞典伦琴射线光谱学方面的发现和研究1925詹姆斯.弗兰克美籍德国人发现电子撞击原子时出现的规律性古斯塔夫.赫兹德国1926让.B.佩兰法国研究物质分裂结构，并发现沉积作用的平衡1927阿瑟.荷里.康普顿美国发现康普顿效应查了里斯.T.R.威耳逊英国发明用云雾室观察带电粒子，使带电粒子的轧迹变为可见1928欧文.威廉斯.理查森英国热离子现象的研究，并发现里查孙定律1929路易.唯克托.德布罗意法国电子波动性的理论研究1930钱德拉赛哈拉.文迦达.拉曼印度研究光的散射并发现拉曼效应1932威尔纳.海森伯德国创立量子力学，并导致氢的同素异形的发现1933欧文．薛定谔奥地利量子力学的广泛发展保罗.A.M.狄拉克英国量子力学的广泛发展，并预言正电子的存在1935詹姆斯．查德威克英国发现中子 1936卡尔．戴维．安德森美国发现正电子维克托．弗朗西斯．赫斯美人发现宇宙射线1937克林顿．约瑟夫．安德森美国通过实验发现晶体对电子的衍射作用乔治．佩杰特．汤姆孙英国通过实验发现受电子照射的晶体中的干涉现象1938恩里科．费米意大利发现新放射性元素和慢中子引起的核反应1939欧内斯特．O．劳伦斯美国研制回旋加速器以及利用它所取得的成果，特别是有关人工放射性元素的研究1943O.施特恩美测定质子磁矩1944I.I.拉比美用共振方法测量原子核的磁性1945W.泡利奥发现泡利不相容原理1946P.W.布里奇曼美研制高压装置并创立了高压物理1947E.V.阿普顿英发现电离层中反射无线电波的阿普顿层1948P.M.S.布莱克特英改进威尔孙云雾室及在核物理和宇宙线方面的发现1949汤川秀树日用数学方法预见介子的存在1950C.F.鲍威尔英 研究核过程的摄影法并发现介子1951J.D.科克罗夫特英首先利用人工所加速的粒子开展原子核蜕变的研究E.T.S.瓦尔顿爱尔兰1952E.M.珀塞尔美核磁精密测量新方法的发展及有关的发现F.布洛赫1953F.策尼克荷兰论证相衬法，特别是研制相差显微镜1954M.玻恩德对量子力学的基础研究，特别是量子力学中波函数的统计解释W.W.G.博特符合法的提出及分析宇宙辐射1955P.库什美精密测定电子磁矩W.E.兰姆发现氢光谱的精细结构1956W.肖克利美研究半导体并发明晶体管W.H.布拉顿J.巴丁1957李政道美否定弱相互作用下宇称守恒定律，使基本粒子研究获重大发现杨振宁1958P.A.切连科夫前苏联发现并解释切连柯夫效应(高速带电粒子在透明物质中传递时放出蓝光的现象)I.M.弗兰克I.Y.塔姆 1959E.赛格雷美发现反质子O.张伯伦1960D.A.格拉泽美发明气泡室1961R.霍夫斯塔特美由高能电子散射研究原子核的结构R.L.穆斯堡尔德研究r射线的无反冲共振吸收和发现穆斯堡效应1962L.D.朗道前苏联研究凝聚态物质的理论，特别是液氦的研究1963E.P.维格纳美原子核和基本粒子理论的研究，特别是发现和应用对称性基本原理方面的贡献M.G.迈耶美发现原子核结构壳层模型理论，成功地解释原子核的长周期和其它幻数性质的问题J.H.D.延森德1964C.H.汤斯美在量子电子学领域中的基础研究导致了根据微波激射器和激光器的原理构成振荡器和放大器N.G.巴索夫前苏联用于产生激光光束的振荡器和放大器的研究工作A.M.普洛霍罗夫前苏联在量子电子学中的研究工作导致微波激射器和激光器的制作 1965R.P.费恩曼美量子电动力学的研究，包括对基本粒子物理学的意义深远的结果J.S.施温格尔美朝永振一郎日1966A.卡斯特勒法发现并发展光学方法以研究原子的能级的贡献1967H.A.贝特美恒星能量的产生方面的理论1968L.W.阿尔瓦雷斯美对基本粒子物理学的决定性的贡献，特别是通过发展氢气泡室和数据分析技术而发现许多共振态1969M.盖尔曼美关于基本粒子的分类和相互作用的发现，提出“夸克”粒子理论1970H.O.G.阿尔文瑞典磁流体力学的基础研究和发现并在等离子体物理中找到广泛应用L.E.F.奈尔法反铁磁性和铁氧体磁性的基本研究和发现，这在固体物理中具有重要的应用1971D.伽博英全息摄影术的发明及发展1972J.巴丁美提出所谓BCS理论的超导性理论L.N.库珀J.R.施里弗 1973B.D.约瑟夫森英关于固体中隧道现象的发现，从理论上预言了超导电流能够通过隧道阻挡层(即约瑟夫森效应)江崎玲於奈日从实验上发现半导体中的隧道效应I.贾埃弗美从实验上发现超导体中的隧道效应1974M.赖尔英研究射电天文学，尤其是孔径综合技术方面的创造与发展A.休伊什英射电天文学方面的先驱性研究，在发现脉冲星方面起决定性角色1975A.N.玻尔丹发现原子核中集体运动与粒子运动之间的联系，并在此基础上发展了原子核结构理论B.R.莫特尔松丹原子核内部结构的研究工作L.J.雷恩沃特美1976B.里克特美分别独立地发现了新粒子J/Ψ，其质量约为质子质量的三倍，寿命比共振态的寿命长上万倍丁肇中 1977P.W.安德森美 对晶态与非晶态固体的电子结构作了基本的理论研究，提出“固态”物理理论J.H.范弗莱克美对磁性与不规则系统的电子结构作了基本研究N.F.莫特英1978A.A.彭齐亚斯美3K宇宙微波背景的发现R.W.威尔逊P.L.卡皮查前苏联建成液化氮的新装置，证实氮亚超流低温物理学1979 S.L.格拉肖美建立弱电统一理论，特别是预言弱电流的存在S.温伯格A.L.萨拉姆巴基斯坦1980J.W.克罗宁美CP不对称性的发现V.L.菲奇1981N.布洛姆伯根美激光光谱学与非线性光学的研究A.L.肖洛K.M.西格班瑞典高分辨电子能谱的研究1982K.威尔逊美关于相变的临界现象1983S.钱德拉塞卡美恒星结构和演化方面的理论研究W.福勒美宇宙间化学元素形成方面的核反应的理论研究和实验 1984C.鲁比亚意由于他们的努力导致了中间玻色子的发现S.范德梅尔荷兰1985K.V.克利青德量子霍耳效应1986E.鲁斯卡德电子物理领域的基础研究工作，设计出世界上第1架电子显微镜G.宾尼瑞士设计出扫描式隧道效应显微镜H.罗雷尔1987J.G.贝德诺尔茨美发现新的超导材料K.A.米勒1988L.M.莱德曼美从事中微子波束工作及通过发现μ介子中微子从而对轻粒子对称结构进行论证M.施瓦茨美J.施泰因贝格英1989N.F.拉姆齐美发明原子铯钟及提出氢微波激射技术W.保罗德创造捕集原子的方法以达到能极其精确地研究一个电子或离子H.G.德莫尔特美1990J.弗里德曼美发现夸克存在的第一个实验证明H.肯德尔美R.泰勒加1991P.G.德让纳法液晶基础研究 1992J.夏帕克法对粒子探测器特别是多丝正比室的发明和发展1993J.泰勒美发一对脉冲星，质量为两个太阳的质量，而直径仅10-30km,故引力场极强，为引力波的存在提供了间接证据L.赫尔斯1994C.沙尔美发展中子散射技术B.布罗克豪斯加1995M.L.佩尔美珀尔及其合作者发现了τ轻子雷恩斯与C.考温首次成功地观察到电子反中微子他们在轻子研究方面的先驱性工作，为建立轻子-夸克层次上的物质结构图像作出了重大贡献F.莱因斯1996奥谢罗夫美发现氦3的超流李美R.C.理查森美1997菲利浦斯美原子冷却和陷俘方面的研究朱隶文美科昂-塔努基法1998崔琦美分数量子霍尔效应劳克林美 斯特默德1999费尔特曼荷兰提出关于亚原子粒子结构和运动的理论特霍夫特荷兰2000基尔比美信息技术方面的基础性工作阿尔费罗夫俄罗斯克勒默美　1906SirJosephJohnThomson发现电子，测定电子荷质比1911WilhelmWien黑体辐射定律1918MaxKarlErnstLudwigPlanck提出能量量子1919JohannesStark电场分裂效应1921AlbertEinstein解释光电效应1922NielsBohr原子能量化轨道理论1923RobertAndrewsMillikan基本电荷，光电效应1925JamesFranck电子轰击原子，证实量子化能量GustavHertz1929PrinceLouis-VIctorDeBroglie提出电子波动性1932WernerHeisenberg量子力学 1933ErwinSchrodinger量子力学PaulAdriewMauriceDirac1937ClintonJosephDavisson证实电子波动性SirGeorgePagetThomson1945WolfgangPauli不相容原理1954MaxBorn波函数统计解释Ｗ．维恩WilhelmWien1911黑体辐射定律Ｗ．维恩（ＷｉｌｈｅｌｍＷｉｅｎ）１８６４年１月１３日生于东普鲁士的菲施豪森。父亲卡尔·维恩（Ｃａｒｌ Ｗｉｅｎ）是农场主，因此，维恩似乎注定要成为一个绅士式的农民，但一次经济危机和他天生的神秘禀性使他上了大学。１８６６年双亲迁往东普鲁士拉登堡的德拉施坦。１８７９年维恩先在拉登堡上中学，后来，从１８８０年到１８８２年在海德堡市立中学学习。１８８２年中学毕业后考人哥廷根大学学习数学和自然科学，同年进柏林大学。１８８３年到１８８５年在Ｈ．亥姆霍兹的实验室Ｘｉ作。１８８６年以总结他的实验的一篇论文而获博士学位，实验的内容是金属断面上光的衍射和材料对衍射光颜色的影响。   父亲的患病使他中断了学业，他回乡帮助父亲经营庄园直到１８９０年．但是在此期间他仍有一个学期是和文姆霍兹在一起。１８８７年完成了有关光和热射线在金属中的穿透性的实验。当父亲的庄园卖出后，他回到文姆霍兹的实验室工作，当时亥姆霍兹已离去，到研究工业问题的德国物理技术研究所担任所长。维恩在亥姆霍兹实验室工作到１８９６年，这一年他继承勒纳担任埃克斯拉查波勒大学物理学教授。１８９９年他被任命为吉森大学物理学教授。1９００年他继承伦琴担任维尔茨堡大学物理学教授，同年出版了他的《ＬｅｈｒｂｕｃｈｄｅｒＨｙｄｒｏｄｙｎａｍik》（流体力学教程）。１９０２年莱比锡大学曾聘请他继承玻耳兹曼担任物理学教授，１９０６年柏林大学曾聘请他继承德鲁得（Ｄｒｕｄe）担任教授，但他谢绝了这些聘请。１９２０年他被任命为慕尼黑大学物理学教授，逝世前他一直担任这一职务。   除上述早期研究外，维恩在德国物理技术研究所和霍尔博恩（Ｈｏlbｏｒｎ）一起用勒夏忒列热电偶研究了测量高温的方法，同时还进行了热力学的理论研究，特别是研究了热辐射定律。１８９３年，他发表了关于波长随温度改变的规律，后来发展成为维恩位移定律。    １８９４年，他发表了一篇论述辐射的温度和熵的论文，论文中将温度和熵的概念推广到空间中的辐射。在这一研究中，他引人了一种能完全吸收一切辐射的理想物体的定义，他称这种理想物体为黑体。１８９６年，他发表了维恩公式，这是他寻找黑体辐射成分的公式所得到的结果。后来表明这个公式只适用于短波。但维恩的工作促使普朗克用量子物理解决了处于热平衡的辐射的问题。由于这一研究，维恩荣获了１９１１年的诺贝尔物理学奖。有趣的是，出自研究所的这一理论研究却解决了技术问题，产生出了照明和高温测量的新技术。   维恩在１８９６年到埃克斯拉查波勒大学继任勒纳的职务时，就发现了那里有一个实验室可以研究真空放电。１８９７年，他开始研究阴极射线的性质。他使用了一个带有勒纳窗的高真空管子，证实了佩兰（ＪｅａｎＰｅｒｒｉｎ）两年前作出的发现：阴极射线是由高速运动的带负电粒子（电子）组成的。后来几乎是和剑桥大学的Ｊ．Ｊ．汤姆逊爵士同时，维恩用不同的方法测量了这些粒子的荷质比，发现电子约比氢原子轻二千倍，与汤姆逊的结果相同。  １８９８年，维恩研究了哥尔德斯坦发现的极隧射线，得到的结论是：它们所带的正电荷与阴极射线的负电荷相等。他用磁场和电场测量了极隧射线的偏转，结论是它们由带正电的粒子组成，质量不会比电子重。   大约二十年后，维思所用的方法发展成为质谱仪，使得人们有可能精确地测量各种原子及其同位素的质量，这种测量对于计算核反应释放的能量来说是必不可少的。    １９００年，维恩发表了一篇理论性文章，论述了电磁原理应用于力学的可能性问题。后来他又进一步研究了极隧射线，１９１２年他指出，如果压强不是特别低．则极隧射线在运行过程中可与剩余气体的原子碰撞而失去或重新获得电荷。１９１８年他发表了对极隧射线的进一步研究：测量了它们离开阴极后光度的逐渐减弱。从这些实验中他得出结论说，经典物理称为原子发光振荡的衰减的概念，在量子物理学中对应于原子激发态的有限持续期。   维恩对极隧射线以及其他方面的研究为牛顿力学向量子力学的过渡作出了贡献。正象劳厄所评价的那样：“他的不朽的业绩”在于“他引导我们走到了量子物理学的大门口”。维恩是柏林、哥廷根、维也纳、斯德哥尔摩、克里斯蒂安尼亚、华盛顿等科学院的院士，法兰克福物理学会名誉会员。   维恩于１８９８年同埃克斯拉查波勒的路易丝·梅勒尔结婚，他们有四个孩子。１９２８年８月２０日，维恩在慕尼黑逝世。 关于热辐射定律               w．维恩（1911．12．11）   有声望的、历史悠久的瑞典皇家科学院对我在热辐射方面的研究工作给予了崇高的奖励，使我能荣幸地向大家谈一谈这个由于存在着各种困难而引起所有物理学家关注的课题。一旦我们迈出了纯热力学理论的界限，我们就进入了一个没有现成道路可走的领域，在这个领域中，即使是我们当中最有智慧的人，也面临着几乎难以逾越的障碍。    如果说，按照惯例我主要谈我的研究工作，那么我应当说明，在通常的辐射热力学领域内已搜集起来的资料并非都是我个人的幸运发现。用已知的物理学定律可以导出关于辐射理论的一个普遍定律，称为位移定律。这个定律得到了后来的科学家们的赞誉。在把热力学应用于辐射理论时，我们采用了一种理想过程。在其他领域已证明，采用理想过程是富有成效的。有一些假想的实验，虽然实际上它们是难以实现的，但却能推导出一些可信的结果。这种见解只有当理想实验所依据的全部过程都是遵从物理定律并且是已知的条件下，它才能成立，因为只有这样，任何变化所产生的效应才能准确而全面地加以证明。此外，为了使过程理想化，必须忽略所有非本质的次要现象，只考虑与所研究的过程密切相关的事物。在热力学理论的应用中，这种方法被证明是很有成效的。亥姆霍兹（Helmhotz）在浓流体理论中应用过它，范托夫（Van"tHoff）在将热力学应用于溶液理论时也采用过它。在他们的理论中，需要事先假定存在所谓的半渗透膜，它允许溶剂通过，但溶质不能通过。尽管不可能制备完全满足这一要求的膜，但在理想过程中我们可以假定它是可能的，因为自然规律并未规定半渗透性近似要受什么限制。从这些假定得出的结论无论如何是与经验符合的。在辐射理论中，如果我们假定在理想过程中可以有完全的反射体，那么我们就可以设计理想实验。基尔霍夫用这种方法证明了一个著名的定理，它是辐射理论中最普遍的定理之一。这个定理表明，辐射存在着某种温度平衡。根据基尔霍夫定理，在等温物体围成的空腔中，存在着与物体的性质无关的辐射能。如果在空腔的壁上开一个小孔让辐射射出，我们就可得到只由温度决定而与发射物体的性质无关的辐射。不反射任何射线的所谓绝对黑体也能发出这种辐射；因此称为黑体辐射·    基尔霍夫定理不限于热过程所引起的辐射。它虽然不是对于所有的发光过程、但至少是对于大多数发光过程都成立。温度的概念无疑可以用于所有的发光过程。因为我们能用热物体来产生所有波长的光，所以可认为发光物体的温度就是与物体处于热平衡的辐射的温度。因此每一种辐射，甚至是磷光体产生的辐射，都可用一定的温度来代表每一种颜色。然而这个温度尚未与物体的温度联系起来，目前也不可能说明物体（例如荧光体）是怎样与辐射达到平衡的。这些问题一定是很复杂的，尤其是对于吸收辐射后要经过一个长的时间再发出辐射的那些物体。玻耳兹曼再次利用理想过程，并且承认了当时从光的电磁理论推导出的光压，根据热力学导出了斯忒藩从经验得到的规律，即黑休的辐射与绝对温度的四次方成正比。    这还不是从热力学得到的全部结论，根据热力学还可确定辐射的颜色随温度的变化。这种变化也可根据理想过程来计算，为此，我们必须假定存在完全反射体，它能散射所有的人射光。这种物体称为绝对白体。如果让黑体发出的辐射进人绝对白体空间，辐射的传播将如同与黑体具有相同温度的白腔壁本身发出辐射。如果把黑体移出白腔，我们就得到了实际上并不存在的在反射镜构成的腔壁之间不断往返的辐射。现在按照上述设想继续进行实验。我们设想，移动腔壁使白空间的体积减小，全部辐射将集中在一个较小的空间内。由于辐射对腔壁有一定的压力，即光压，因此可以得出结论说，在空腔体积减小的过程中我们必须作功。就象压缩气体时作功一样。因为光压很小，所以这个功也很小，但是在我们讨论的问题中可作精确的计算，这是不成问题的。根据能量守恒定律，这个功不会消失，而是转化成了辐射，进一步增加了辐射密度。白腔壁的移动引起的辐射密度的变化不是辐射的唯一变化，当光线被运动着的镜子反射时，它的颜色（由振动频率决定）也要发生变化。这种按照多普勒原理发生的变化在天体物理学中是一个很重要的问题。向着我们运动的天体发出的光谱线看起来向短波方向移动了，移动量正比于天体速度与光速的比值。光被运动着的镜子反射时也是如此，不过变化是天体光谱的两倍。因此我们完全可以计算出腔壁的运动引起的辐射的变化。在以上的这些考虑中，光压是个主要问题，证明光压的存在是很久以后的事，那是列别捷夫首先证明的。阿雷纽斯用光压解释了雷尼的形成，在这以前光压只是由麦克斯韦电磁理论推导出的一个结论。现在我们来计算腔壁移动9！起的辐射密度的变化和各种波长的变化。根据这个理想实验，我们可以得出一个重要的结论。由热力学第二定律我们可以断定，由于反射镜内空间的减小而被改变了的辐射，其光谱结构是与用升温的方法增加辐射密度所得到的光谱结构完全相同的，否则，就可用滤色片在两个空间中产生不同的辐射密度，从而由热产生功而不需要补充。我们既然能计算由压缩引起的每个波长的变化，因此也能导出黑体辐射光谱结构随温度变化的方式。我不打算在这里详细讨论计算过程，只想给出计算结果：一定波长的辐射随温度而变化，温度和波长的乘积保持不变。   只要知道了某一温度下热辐射强度按波长的分布，就不难用位移定律计算出任何温度下的分布。   特别是强度极大值的移动，它很容易直接观察，因为强度极大值所对应的波长也规定了该温度下强度最大的主要波长区间，因此我们可通过改变温度来移动主要辐射区间，使它按要求向短波或长波方向移动任意大小。关于位移定律的其他推导方法，我只谈一下洛伦兹的推导。如果想象在麦克斯韦电磁方程中所有的空间线度同时地以相同的比例移动，那么该方程组表明电磁能应与位移的四次方成比例地减少。按照斯忒藩一玻耳兹曼定律，能量随绝对温度的四次方增加，因此空间线度的变化应与绝对温度成反比，每一特征长度都必须按此比例改变，因此就证明了位移定律。    如果我们假设太阳的辐射是由热产生的，又假设我们知道了太阳辐射能极大值的位置，那么就可根据位移定律算出太阳的温度。不同的观察者测得的辐射能极大值的位置有不同的数据，例如维里（yery）测得的值是0．532微米，阿伯特（Abbot）和福勒（Fo、ie）测得的值是0．433微米。根据这些数据算出的太阳的温度分别是5530℃和6790℃。不管各观察者得到的数据是多么不同，但是毫无疑问，太阳辐射的极大值是位于可见光波长的范围内。这就是说，太阳的温度是用黑体辐射能量来照明时的最有效的利用，利用热辐射作人工光源时应当努力达到这个温度。我们现在离这个目标还很远。   我还想讲一下位移定律的另一个应用，即计算X射线波长的可能性。众所周知，X射线是电子与固体碰撞时产生的，它的波长应是电子速度的函数。根据气体分子运动论，分子的平均动能是绝对温度的量度。如果我们象在电子论中那样假定，电子的动能也是绝对温度的量度，那么阴极射线的电能也应当是阴极射线温度的量度。当我们把这样的温度代人位移定律进行计算，我们发现强度极大值所对应的X射线波长的范围与用其他方法测得的波长范围一致。可能有人会反对说，对于电子不能用温度的概念。然而上述讨论可以反过来说明我们的见解是合理的。处在一个密闭空间中的辐射必然产生电子。根据爱因斯坦定律，产生的电子的速度与辐射的振动频率成正比。辐射能量的极大值所产生的电子，速度将达到这样的数值，以致电子的动能接近于与最大能量相联系的那个温度。    位移定律概括了能从热力学导出的关于辐射的全部结论，这些结论都得到了经验的证明。辐射中包含的颜色彼此是完全独立的，不能根据热力学来确定在给定温度下辐射强度按波长分布的方式。要确定这个分布，我们必须详细地研究辐射过程的机理。在气体理论中也有类似的情况。热力学不可能告诉我们气体比热的大小，要知道气体的比热，必须研究分子的运动。但是以几率计算为基础的气体分子运动论取得的进展比相应的辐射理论的进展大得多。解释热力学定律也是气体统计理论的任务，这里我不打算讨论这个任务已完成到什么程度，也不打算讨论将热力学第二定律归结为几率问题是否可以看成是一种圆满的理论。不管怎样，自从统计理论对于涨落现象（即对热力学平衡态的偏离，例如布朗运动）作出了理论解释以来，这个理论无论如何可以说是十分成功的。但是没有人想到用统计理论来推导斯忒落一玻耳兹曼定律和位移定律，这两个定律一直是从外面引进到理论中来的。除了统计理论外，我们实际上还远没有一种满意的理论能说明辐射能量按不同波长的分布问题。   我本人首先作了这方面的尝试。我把辐射想像是由按几率定律运动着的气体分子产生的，尽量避免用几率来计算辐射。或者，我们也可想象辐射是电子与气体分子碰撞时产生的，重要的是假设电子只发射一种波长的辐射，波长由电子的速度决定，电子的速度分布服从麦克斯韦定律。借助于从热力学导出的辐射定律，我们得到了在一个宽的波长范围内（即温度与波长的乘积不太大的范围内）与实验结果符合的辐射定律。   这个初步尝试尚有不足之处，得到的公式在长波段和实验结果有相当大的偏差，因为多次观察都证明偏差无疑是存在的，因此很清楚，这个公式必须进行修改。   瑞利勋爵从完全不同的途径首次研究了这个问题。他用统计力学的一个普遍定理来处理辐射问题，这就是在统计平均状态下能量按系统的自由度均分的定理。对这个定理可以作如下说明：    在热平衡状态下，所有分子的运动是完全无规则的，不存在比其他运动更占优势的运动。运动粒子的位置可由一些彼此独立的几何参量来确定，运动就在这些几何参量所确定的方向上发生。这些独立参量叫做系统的自由度。至于运动的动能，没有一个自由度比别的自由度更优越，结果每个自由度都有同样大小的总能量。   空腔中的辐射可用给定数目的自由度来描述。如果波被腔壁来回反射，便形成与腔壁之间的距离相应的驻波。如果我们考虑一根振动的弦，它可有任意数目的独立振动，但半波长必须等于弦长的整数分之一，那么问题就很容易理解。   单独的驻波可表示过程的要素，并与各自由度相对应。如果使每一个自由度有适当大小的能量，我们就得到瑞利的辐射定律。根据这个定律，给定波长的辐射与绝对温度成正比，与波长的四次方成反比。这个定律在前面谈到的那个定律有偏差的波段与观察结果符合。最初人们认为瑞利定律是不正确的。但是，正如洛伦兹证明的那样，如果辐射过程遵从电磁理论或电子论的普遍规律，那么就必然得到瑞利定律。但若把它看作是普遍的辐射定律，它又直接与所有的经验矛盾，因为按照瑞利定律，在短波段，能量将不断增加，因此实际上我们就不可能有辐射平衡态，只可能趋于所有能量都集中在最短波长的那种状态，这也是与经验矛盾的。在通常温度下，瑞利公式在可见光区域不再适用。我们很容易根据基尔霍夫定律算出，在可见光区域应当在极短的时间内达到平衡态，然而这样的状态仍与瑞利定律有很大的偏差．因此我们看到，要得到精确的辐射公式有着非常大的困难。只靠现有的普遍的电磁理论和电子论不足以解释最普通的发光现象。我们只知道这个现象不能解释，但是不知道怎样才能找到出路。尽管如此，我们却知道不存在只靠纯粹的电磁理论就能得出正确结果的模型。    普朗克的功绩在于引人了新的假设，使我们能够避开瑞利的辐射定律。瑞利定律对于长波无疑是正确的，所以正确的辐射定律应该是：对于长波，它变成瑞利定律；对于短波，则变成我得到的定律。因此普朗克保留了能量按系统的自由度分布的观点，但是他引人了著名的能量子假设来限制这种分布。按照能量子假设，能量不是无限可分的，它只能是一些不能再分的不太大的量。如果涉及的是能量的一些不变的粒子，例如能量原子，接受普朗克假设并不困难，对于物质和电来说，这个假设是早就有了的。然而普朗克的能量子不是能量原子，恰恰相反，位移定律要求能量子与给定的振动波长成反比，这说明能量子是很难理解的。一旦我们接受这个假设，在辐射的中心波段就得到与按照几率定律推导出的分布完全不同的能量分布。但是这样还不能得出辐射定律。我们只知道辐射着的分子在某一温度下的平均能量，并不知道这些分子发射了多少能量。要导出在给定能量下的发射，我们必须知道发射的确切模型。我们只能根据已知的电磁定律来建立这种模型。电磁理论正是在这里开始发生了困难。一方面我们引人能量子时不考虑电磁定律，另一方面，为了找出发射和能量之间的关系，又要使用这些定律。这清楚地表明，电磁定律只对长时间的平均值才是正确的，而能量子却与辐射的元过程有关。的确，按照电磁定律，辐射着的振子与实际的原子没有任何相似之处。但是普朗克有充分的理由说明这是无关紧要的，因为物体在平衡状态下的辐射与发射体的性质是无关的。然而需要用一个模型来代替实际的原子，它应该具有被研究的事件的主要特征。每一个发出热射线的物体，都有将一种波长的热射线转化成不同波长的热射线的特性。根据这一点，在辐射的所有时间内，任何时候都存在着产生特定的光谱成分的可能性。而普朗克振子没有这种性质，因此必然产生一个疑问：利用能量子来建立能量和发射之间的关系是否恰当。如果我们像德拜（Debye）那样将立方空腔内的辐射能分解成普朗克能量子，并且这些能量子按照几率定律分布于在立方体内形成驻波的谐振频率上，这些困难就能避兔，并且可以不考虑谐振子。几率的对数与熵成正比，如果我们研究陈的极大值，就可得到辐射定律。这个结果证明了普朗克概念的极其普遍的性质。   然而还有进一步的困难。能量子是随着波长的减小而增大的，当振子受很微弱的人射光照射时，要经过很长的时间才能吸收一个完整的能量子。如果在吸收一个完整的能量子之前停止照射，将会出现什么情况呢？由于在回答这个问题时遇到了困难，普朗克最近对他原来的理论重新作了表述。他假设，发射只能以整个能量子进行，而吸收是按照电磁定律连续进行的，振子包含的能量是连续变化的。这样，长吸收时间的困难的确被克服了。另一方面，基元过程的发射和吸收之间不再有密切的关系，这个关系仅在统计上成立。每个原子只发射完整的能量子，但连续地吸收能量。因此，原子在偶然的发射中突然地消耗贮存的能量，而在短时间的照射中一点一点地补充能量。还必须作如下的特殊假设：处在稳定状态的许多原子作为一个整体，吸收的能量最终等于发射的能量。在普朗克理论原来的形式中，引人能量子假设就足以导出辐射定律，而新理论所包含的不确定性只能靠进一步的假设来消除。另一方面，新的基本假设提供了进一步应用的可能性，例如可应用于电子的发射。    从我在这里所谈的一些观察结果，可看出辐射理论还存在着很大的困难。但是应当指出，讨论这些困难是科学研究的责任，这并不影响我们对普朗克理论取得伟大成就的敬意。符合于所有观察数据的辐射定律已经得到，瑞利公式和我得到的公式是它的极限情况。另外，还意外地使一个完全不同的课题有希望获得解决，这就是比热理论。   大家早已知道，比热并不严格服从杜隆-珀替定律，在低温下比热值减小。金刚石在常温下也不服从杜隆-珀替定律。这个定律可从动能按自由度分布的定理导出。该定律表明，在固体中，．每个原子有三个自由度，它的能量应是一个自由度的能量的三倍。又因为有势能存在，所以总能量是一个自由度能量的六倍。但是，如果我们按照爱因斯坦那样应用能量子的普朗克能量分布，就得到一个比热公式，求得的比热确实是随温度而下降的。   这个结果是普朗克理论的特征。这个比热公式不是从辐射公式而是从振子的平均能量公式推导出来的，而振子的平均能量公式是直接以能量子假设为基础的。遗憾的是出现了困难。能斯脱实验室精确地测量了低温下的比热，证明爱因斯坦公式与观察结果不一致。与实验数据一致的公式要求在完整的能量子上再加上半个能量子。这一点还不能令人满意地加以解释。然而，普朗克辐射理论无疑为研究比热理论迈出了第一步。   普朗克理论在许多方面还是不完善的，是过渡性的，这是很自然的，因为我们面临的问题也许是理论物理学中最困难的问题。这个问题不能用已被观察证实了的。在过去是适用的理论物理定律来解决，我们是进人了直接观察所不能到达的领域。    辐射理论遇到的困难也在其他领域中出现。爱因斯坦研究了辐射不断涨落的现象，这种涨落即使在平衡态也存在，是热过程的无规则性的结果。如果我们设想在一个充满辐射的空腔中有一很小的金属板，它的两面受到相同的平均光压。由于辐射有不规则性，金属板两面的压强有时是这一面较大，有时是另一面较大，结果金属板必然作微小的无规则运动，类似于液体中悬浮的微粒的布朗运动。涨落可根据几率来计算。按照玻耳兹曼定理，熵和几率之间存在着简单的关系。辐射的熵可由辐射定律求得，因此可以求出伏态的几率，并由几率计算涨落。涨落的表式由两个部分以特殊的方式组成：第一项是容易理解的，它是相遇于一点的许多彼此独立的射线发生干涉时出现无规则性的结果。在辐射能密度大的地方，只有这一项是主要的，它对应着服从瑞利定律的辐射范围。   另一项不能直接用波动理论来解释。在辐射能密度小的地方，这一项是主要的，这里辐射服从我得到的定律。如果辐射是由普朗克能量子组成，并且能量子即使在真空中也是定域的，这一项便可以理解。但是我们不能接受这个思想，我们不能怀疑光的波动理论，因为它是整个物理学中基础最坚实的组成部分之一。此外，用定域能量子解释的这一项不能单独存在，况且根本不能引人二无论来研究光学，例如同时采用惠更斯的波动理论和牛顿的发射理论。我们只能放弃玻耳兹曼的几率计算法对这种类型的涨落的计算；或者假定在反射过程中有新的不规则性进人了辐射。   由于存在着很大的困难，很自然，对如何解决这些困难有很大的意见分歧。有些人认为必须修改电动力学的基本原理。但是以前的理论是有大量的事实作为依据的，它甚至解释了在β射线的最高速运动中发生的事情，而且原来的理论是得到了最精密的光学测量的证明的。我认为，所有的迹象都表明，现有理论的缺陷是由原子内部的事件引起的。原子内部的过程没有一个是服从现有理论的。    索末菲（Sommerfeld）进行了这方面的尝试，他指出，在辐射定律中出现的、与振动频率一起决定能量子大小的常数h，在原子内部有着简单的意义，它决定着电子进人原子到停止下来所用的时间与电子速度的函数关系。根据这种观点，常数h表示着原子的普遍特性。可以用这个理论来计算X射线的波长。为了完成这方面的计算，我以前提出过两种独立的方法，一种方法的基础是普朗克的能量子理论，并假设X射线产生的二次电子的能量是由能量子决定的，第二种方法的基础是电子论，这种方法被用来计算由于电子的突然撞击而产生的X射线的辐射能。确定了阴极射线和X射线的能量后，我们就可计算电子的碰撞路程，并算出X射线的波长。索末菲的理论与这两个理论有关，在用电磁理论解释X射线的产生方面有很大的进步，由此可得出一些与观察完全符合的结论，例如X射线的偏振、在不同的方向上发射的差异和硬度的差异。   索末菲的理论有很大的优点，它试图使普朗克辐射理论中的普适常数》具有物理意义。缺点是只能用于电子的发射和吸收，不能解决热辐射问题。   我们必须承认，辐射理论迄今得到的结果对理论物理学来说并不是很理想的，正如我们看到的那样，只有普遍的热力学理论还算满意。电子论在辐射间题上陷人了困境，普朗克理论还没有一个确切的形式。研究工作面临着特殊的困难，我们不知道何时和怎样克服这些困难。在科学上，新的概念在往来自完全不同的方面，在完全不同的领域中进行研究常常为解决尚未解决的问题带来希望。我们寄望于未来。我们这个时代在物理学方面取得了丰硕的成果，也必将找到热辐射问题的圆满解答。深刻的和崭新的概念一定会建立起来，成果将是很大的，因为我们一定能深刻地认识原子世界和原子内部发生的基本过程。普朗克MaxKarlErnstLudwigPlanck1918提出能量量子 Ｍ．普朗克（ＭａｘＫａｒｌＥａｒｌＬｕｄｗｉｇＰｌａｎｃｋ）于１８５８年４月生于德国基尔。父亲Ｊ．Ｗ．普朗克是基尔大学的立法学教授，后来是哥廷根大学教授，母亲名叫艾玛·帕茨格。   普朗克在慕尼黑大学和柏林大学学习时，基尔霍夫和支姆霍兹都曾是他的老师。１８７９年普朗克在慕尼黑大学获得哲学博士学位。从１８８０年到１８８５年任慕尼黑大学的编外教师，后来任基尔大学理论物理学副教授，一直到１８８９年。同年他接替基尔霍夫的教学工作成为柏林大学教授，在该校一直工作到１９２６年退休。此后成为威廉皇家科学促进协会主席，一直任职到１９３７年。１８９４年被任命为普鲁士科学院院士，１９１２年担任常务秘书。   普朗克早年的工作是在热力学方面，这是由于在他十分钦佩的老师基尔霍夫的指导下进行研究和阅读克劳修斯的大量著作而引起了他的兴趣。他发表过有关熵、热电学以及溶液理论的文章。    与此同时，辐射过程的问题也引起了他的注意。他指出，辐射在本质上可以看作是电磁辐射。他研究了全辐射谱中的能量分布。他在实验上发现，黑体辐射能量的波长分布作为温度的函数不符合经典物理学理论。普朗克推导出了能量和辐射频率之间的关系。１９００年他在文章中宣布了这一关系的推导，提出了一个革命性的思想，即振子释放的能量只能是一些分立的值，即能量子;频率为Ｖ的振子的能量为ｈＶ，其中ｈ是一个普适常数，现在称为普朗克常数。   这不仅是普朗克最重要的成就，而且也是物理学史的一个转折点。这一发现的重要性和它对经典物理学的深远影响最初并没有得到正确的评价。当用它来解释观察到的现象与经典理论有分歧时，它的正确性才逐渐得到证明。在量子理论的应用和发展中，应当提及爱因斯坦对光电效应的解释。   普朗克量子论的著名文章发表在《物理年鉴》，他的著作收编成两本书：Ｔｈｅｍｏｄｙｎａｍｉｋ，１８９７年;以及ＴｈｅｏｒｉｅｄｅｒWaｒｍｅｓｔｒａｈｌｕｎｇ，１９０６年。１９２６年他被选为英国皇家学会的外籍会员，１９２８年获该协会的柯普利奖章。   在纳粹统治德国时期，他感到有责任留在他的祖国，公开反对政府的某些政策，特别是迫害犹太人的政策。这是他一生中遭受痛苦和不幸的时期。在世界大战即将结束的前几个星期，他的家被炸成废墟，普朗克经受了很大的苦难。   普朗克受到同事们的尊敬，不仅是由于他的发现具有重大意义，而且还由于他个人品德高尚。他还是一位天才的钢琴家，据说他一度曾考虑把音乐作为他的事业。   普朗克结婚两次。１８８５年在故乡基尔城被任命为助理教授时，同幼年时代的好友玛丽·梅克（Ｍａｒｉｅ Ｍｅｒｃｈ）结婚，她于１９０９年死去。后来与妻子的堂妹玛格·丰·霍斯林（ＭａｒｇｅｖｏｎＨoｓｓｌｉｎ）结婚。他们有三个孩子夭折，身边只有两个儿子．１９４４年，他的一个儿子被控告参与谋杀希特勒未遂案件，普朗克经受了个人的不幸。   １９４７年１０月３日，普朗克于哥廷根逝世。爱因斯坦AlbertEinstein1921解释光电效应AlbertEinsteinAlbertEinstein(1879-1955)   在我们这一时代的物理学史中，爱因斯坦将位于最前列。他现是，将来也还是人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星。很难说，他究竟是同牛顿一样伟大，还是比牛顿更伟大；不过，可以肯定地说，他的伟大是可以同牛顿相比拟的。按照我的见解，他也许比牛顿更伟大，因为他对于科学的贡献，更加深刻地进入了人类思想基本概念的结构中.----法国物理学家朗之万,１９３１年 人物简介　   爱因斯坦是当代最伟大的物理学家。他热爱物理学，把毕生献给了物理学的理论研究。人们称他为２０世纪的哥白尼、２０世纪的牛顿。爱因斯坦生长在物理学急剧变革的时期，通过以他为代表的一代物理学家的努力，物理学的发展进入了一个新的历史时期。由伽利略和牛顿建立的古典物理学理论体系，经历了将近２００年的发展，到１９世纪中叶，由于能量守恒和转化定律的发现，热力学和统计物理学的建立，特别是由于法拉第和麦克斯韦在电磁学上的发现，取得了辉煌的成就。这些成就，使得当时不少物理学家认为，物理学领域中原则性的理论问题都已经解决了，留给后人的，只是在细节方面的补充和发展。可是，历史的进程恰恰相反，接踵而来的却是一系列古典物理学无法解释的新现象：以太漂移实验、元素的放射性、电子运动、黑体辐射、光电效应等等。在这个新形势面前，物理学家一般企图以在旧理论框架内部进行修补的办法来解决矛盾，但是，年轻的爱因斯坦则不为旧传统所束缚，在洛伦兹等人研究工作的基础上，对空间和时间这样一些基本概念作了本质上的变革。这一理论上的根本性突破，开辟了物理学的新纪元。爱因斯坦一生中最重要的贡献是相对论。１９０５年他发表了题为《论动体的电动力学》的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，建立了狭义相对论。这一理论把牛顿 力学作为低速运动理论的特殊情形包括在内。它揭示了作为物质存在形式的空间和时间在本质上的统一性，深刻揭露了力学运动和电磁运动在运动学上的统一性，而且还进一步揭示了物质和运动的统一性（质量和能量的相当性），发展了物质和运动不可分割原理，并且为原子能的利用奠定了理论基础。随后，经过多年的艰苦努力，１９１５年他又建立了广义相对论，进一步揭示了四维空时同物质的统一关系，指出空时不可能离开物质而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布，它并不是平坦的欧几里得空间，而是弯曲的黎曼空间。根据广义相对论的引力论，他推断光在引力场中不沿着直线而会沿着曲线传播。这一理论预见，在１９１９年由英国天文学家在日蚀观察中得到证实，当时全世界都为之轰动。１９３８年，他在广义相对论的运动问题上取得重大进展，即从场方程推导出物体运动方程，由此更深一步地揭示了空时、物质、运动和引力之间的统一性。广义相对论和引力论的研究，６０年代以来，由于实验技术和天文学的巨大发展受到重视。另外，爱因斯坦对宇宙学、用引力和电磁的统一场论、量子论的研究都为物理学的发展作出了贡献。爱因斯坦不仅是一个伟大的科学家，一个富有哲学探索精神的杰出的思想家，同时又是一个有高度社会责任感的正直的人。他先后生活在西方政治漩涡中心的德国和美国，经历过两次世界大战。他深刻体会到一个科学工作者的劳动成果对社会会产生怎样的影响，一个知识分子要对社会负怎样的责任。爱因斯坦一心希望科学造福于人类，但他却目睹了科学技术在两次世界大战中所造成的 巨大破坏，因此，他认为战争与和平的问题是当代的首要问题，他一生中发表得最多的也是这方面的言论。他对政治问题第一次公开表态，就是１９１４年签署的一个反对第一次世界大战的声明。他对政治问题的最后一次发言，即１９５５年４月签署的“罗素—爱因斯坦宣言”，也仍然是呼吁人们团结起来，防止新的世界大战的爆发。在２０世纪思想家的画廊中，爱因斯坦，就是公正、善良、真理的化身。他的品格与天地日月相争辉，他的科学贡献，人类将万世景仰。本书不仅以翔实的史实勾勒出爱因斯坦伟大的一生，而且也从人类文化的源头上探寻着爱因斯坦思想、人格的精神底蕴。在书中，玄奥的物理学理论、传奇般的故事，在读者理喻２０世纪历史文化进程的视野中，或许会形成一个既有深度、又有趣味的立体画面。同时，我们将在历史氛围中去理解爱因斯坦，也将在现实情境中去悄然接受爱因斯坦的精神感召。爱因斯坦曾以理性之剑为当代物理学辟出一条新路，也曾以理性之剑挥斩人间的妖魔鬼怪，而今天，这把理性之剑在哪里？我们是否该去寻找这把理性之剑？这是爱因斯坦留下的一个硕大问号。每一个走向２１世纪的人都该在这个问号面前沉思默想，都应该接过爱因斯坦的理性之剑，为和谐、公正的２１世纪而努力。　相对论的基本思想和问题                         A.爱因斯坦（１９２３.７.１１）                  《提交哥站至北欧自然科学家会议的报告》   当我们考虑相对论中今天在某种意义上可认为是可靠的那部分科学知识的时候，我们可以看到在这个理论中起主导作用的两个方面：第一，这个理论的整个发展过程是依据这样一个问题：自然界中是否存在着物理学上特别优越的运动状态（物理学的相对性问题）；第二，概念和判断只有当它们同观察到的事实相比较而无分歧时才是可接受的（要求概念和判断是有意义的）。这个认识论的先决条件是根本性的。   如果把这两个方面应用于特定的场合，譬如应用于经典力学，那么问题就可澄清。首先我们看到。在物质占有的任何一点上都存在一个特别优越的运动状态即物质在被观测点上的运动状态。然而我们所讨论的问题是由下面这样一个问题引起的，即对于“广延”的区域来说是否存在物理学上特别优越的运动状态。从经典力学的观点，回答当然是肯定的，因为物理学上特别优越的运动状态从力学观点来说既是惯性系的运动状态。    这种表述，如同在相对论以前的全部力学原理通常表述的一样，远不能满足上面指出的“概念和判断要有意义”这个要求。运动只能理解为物体的相对运动。在力学中一般在讲到运动时总是指相对于坐标系的运动。如果坐标系被看作是一种纯粹想像的东西，那么这种解释就不符合“概念和判断要有意义”这个要求。如果我们把话题转到实验物理学上，我们知道坐标系总是用“实际刚体”来表示，而且还假设此刚体要像欧几里德几何中的物体一样，相对于另一物体是静止的。当我们把这个刚体看作是一个可被体验的客体时，“坐标系”概念以及物质相对于坐标系运动的概念从“概念和判断要有意义”这个要求来说，它们都是可接受的。按照这种理解，欧几里得几何也符合物理学的要求。欧几里得几何究竟是否正确这个问题在物理学上变得重要了，因为它的正确性在经典物理学以及后来在狭义相对论中都是假定的。   在经典力学中，惯性系和时间是用惯性定律的相应公式一起明确地定义的。可以这样来定义时间和坐标系（惯性系）的运动状态：不受力的质点没有加速度，时间在用结构相同而处于任意运动状态的时钟（周期性系统）来量度时，结果都应一致。这样就存在着无限多个相互之间作匀速直线运动的惯性系，因而也就存在着无限多个物理学上特别优越的相互等效的运动状态。时间是绝对的，也就是说，它与具体的惯性系的选取无关。时间可以用比逻辑上所需要的还要多的特征来确定。然而就像在力学中那样，这不应当同实验发生矛盾。过去已经注意到，从“概念和判断要有意义”这个要求来说，这种解释在逻辑上的弱点是没有一种实验标准来确定质点是否受力，因此惯性系的概念在某种程度上仍然是有问题的。对于这种缺陷的分析导致了广义相对论。现在我们暂时先不讲它。    在力学原理的推论中起着基本作用的是绝对刚体的概念．（以及时钟的概念）。但是,对这个概念有理由提出异议。在自然界中绝对刚体只能是近似的，而且还不是可以任意作的近似。因此这个概念并不严格的满足“概念和判断要有意义”这个要求。此外，把全部的物理学研究建立在绝对刚体（或说固体）的概念上，然后又用基本的物理学定律在原子论上再重新建立刚体的概念，而基本的物理学定律又是用绝对刚体的概念建立起来的，这在逻辑上是不正确的。我之所以指出这种方法论上的欠缺，是因为这种缺欠也同样的存在于我在这里所概述的相对论中。如果我们把“概念和判断要有意义”这个要求用于这些初始的物理学定律，最后建立一个同经验世界无分歧的关系式来代替那种即使对于一个故意的部分（空间-时间度规）也不完善的形式，这在逻辑上更为合理些。然而我们还没有充分认识大自然的基本规律，以致不能够提供一个更加完善的方法来解决我们的困境。在我们讨论的最后部分将会看到，在近来的许多研究工作中已出现了一种趋势，即以列维-西维塔（Levi-Civita）、韦尔（weyl）、爱丁顿的思想为基础提出逻辑上更为正确的方法。    从上面所述可以清楚地看出。“特别优越的运动状态”指的是什么。这种运动状态是在自然规律的表达形式上要特别优越。对于这种运动状态的坐标系，其特点在于用这些坐标系表述的自然规律具有最简单的形式。根据经典力学，惯性系的运动状态是物理上特别优越的运动状态。经典力学允许划分出（绝对的）非加速运动和加速运动。此外，在经典力学中，速度只是相对的（它取决于惯性系的选取），而加速度和转动是绝对的（同惯性系的选取无关）。这种情况我们可以这样来表述：根据经典力学，“速度的相对性”是存在的。但是不存在“加速度的相对性”。作了这些解释之后，我们就可以转到我们的论题——相对论——上来，说明它在原理上的发展过程。    狭义相对论在于使物理学原理适应麦克斯韦-洛伦兹的电动力学。根据早期的物理学。狭义相对论采用了“欧几里得几何对于确定绝对刚体的空间位置是正确的”这个假设，并采用了惯性系和惯性定律。为了用公式表述自然规律，“各惯性系都等效”这个基本条件被看作是对于整个物理学都是正确的（狭义相对性原理）。从麦克斯韦一洛伦兹电动力学出发，狭义祖对论又采用了真空中光速不变定律（光速不变原理）。   为了使狭义相对性原理同光速不变原理相协调，必须放弃适用于一切惯性系的绝对时间这个假设。这样一来我们也就是放弃了这样一个假设。用适当方式校准了的以任意方式运动的许多拿同时钟，其中的任何两个在相遇时的读数都互相一致。对每个惯性系都确定一个特定的时间，而惯性系的运动状态和时间就按照“概念和判断要有意义”这个要求，由满足光速不变原理的条件来确定。如此定义的惯性系和惯性定律，对于这些坐标系的有效性都是假定的。每个惯性系的时间用一些相对于这个惯性系是静止的全同时钟来量度。   利用这些定义和相互之间没有矛盾的假设，明确地建立了空间坐标和时间从一个惯性系变换到另一个惯性系的变换定律，即所谓的洛伦兹变换。它的直接的物理意义在于：我们使用的这个惯性系的运动对于绝对刚体的形状（洛伦兹收缩）和时钟的快慢产生了影响。按照狭义相对性原理，大自然的规律对于洛伦兹变换应当是协变的，因此，这个理论给出了一般自然规律应当满足的标准。具体地说，这个理论将使关于质点运动的牛顿定律发生改变，在新的定律中，真空中的光速是极限速度，并且它把能量和惯性质量的性质统一起来。    狭义相对论获得了巨大的成功。它使力学和电动力学协调起来，它减少了电动力学中逻辑上互不相关的假说。它对基本概念作了不可缺少的方法论上的阐述。它把动量守恒律和能量守恒律联系起来，论证了质量和能量的统一。但是它还不能完全令人满意，更不必说还有量子论的问题。迄今为止的所有理论都不能解决这些问题。同经典力学一样，狭义相对论在对待所有的运动状态时，总是偏向一些运动状态——惯性系运动状态。老实说，这种情况比起对单一运动状态给予特殊对待——例如光学的以太理论——更难于接受，因为后者至少还有它的理由——光以太。我们说，更为令人满意的理论应当是不区分任何特殊的运动状态。   此外，在惯性系的定义中或惯性定律的表式中存在的不精确性也引起人们的疑问，而且这些疑问非常重要，因为存在着惯性质量同引力质量相等这个经验原理。这将在下面的讨论中表明。   设Ｋ是没有引力场的惯性系，K’是相对于Ｋ有等加速的坐标系。质点相对于坐标系K’的运动状态就象K’是一个有均匀引力场的惯性系一样。根据引力场的已知性质，这样定义惯性系是不合适的。结论只能是：以任意方式运动的任一参考系与其他任意参考系在表示自然规律方面是等效的，就是说，在有限的尺度内一般不再在物理学上特别优越的运动状态（广义相对论）。    要使这种概念建立起来，还需要对几何运动学原理进行比对狭义相对论更为深刻的修改。从狭义相对论得出的洛伦兹收缩将会导致这样一个结论：对于相对某一惯性系Ｋ（没有引力场）作任意运动的坐标系Ｋ’来说，欧几里得几何定律不适用于描述刚体的位置（相对于Ｋ’是静止的）。因此，从“概念和判断要有意义”这个要求来说，笛卡儿坐标系也失去了意义。对于时间也是如此。对于Ｋ’来说，时间不能再用相对于Ｋ’是静止的全同时钟来确定，也不能用光的传播定律来确定。总之，我们得出这样一个结论：引力场和度规只是同一个物理场的不同表现形式。   我们可以这样来考虑场的表述形式：在一个任意的引力场中，对于每个无穷小的点域可以规定一个没有引力场的局部坐标系。在这种惯性系的意义上我们可以认为，对于无穷小的点域来说，狭义相对论的结果在一级近似上是成立的。在每个时间-空间点上有无限多个这种局部惯性系，它们之间由洛伦兹变换联系起来。洛伦兹变换的性质就是，它使无限接近的两个点事件的“间隔”ｄｓ保持不变。      按照广义相对论，纯引力场中的质点运动定律要用短程线方程来表示。实际上短程线是数学上最简单的曲线，在gv为常数的特殊情况下是直线。因此，我们在这里面临的问题是把伽利略惯性定律转换到广义相对论。   场方程的建立,在数学上就是确定引力势gv所遵从为最简单的广义协变微分方程。根据定义，这些方程不应包含gv，对xv的高于二阶的导数，并且导数只是线性的。考虑到这个条件，这些方程就是牛顿引力理论的泊松场方程向广义相对论作逻辑转换的结果。   上述这些思想导致建立了把牛顿理论作为一级近似包含在内的引力理论，它可以计算出同观测结果相符合的水星轨道的进动、光线在太阳引力场中的偏转和光谱线的红移。    为了使广义相对论的基础趋于完善，还必场在这个理论中引进电磁场。根据我们现在的观念，它也应当是用来构成物质的基本材料。麦克斯韦场方程可以毫无困难地用于广义相对论中。如果假设这些方程不包含ｇ。。的高于一阶的导数，并且是以通常的麦克斯韦的形式用于局部惯性系，那么这种转换完全是单值的，用麦克斯韦方程表述的电磁项来补充引力场方程也不困难。这样，它们就包活进电磁场的引力作用。   这些场方程不是一种物质理论，因此，为了在理论中引进作为场源的有重物质的作用，必须留法同在经典物理学中那样）在场论中引进物质际为近似的现象学表示。   相对性原理的直接结果不限于这些。现在我讲一下有关理论发展的一些问题。牛顿曾意识到，惯性定律有一个方面是不令人满意的。这就是相对于其他所有的运动状态来说，物理学为什么要把惯性系的运动状态放在特殊位置的真正原因没有表达出来。这就把可观察到的物体看成是质点引力作用的原因，但对质点的惯性却没有说明物质原因而只有设想的原因（绝对空间或惯性以太）。虽然这在逻辑上并非不允许，然而它不能令人满意。由于这个理由,马赫曾要求对惯性定律进行这样的修改：    惯性应该理解为物体之间的加速运动的阻力，而与“空间”无关。这种解释的结果是：一个被加速的物体应当能够给予别的物体以同样的加速作用（感应加速作用）。根据广义相对论，这种解释似乎很有道理，因为它消除了惯性作用和引力作用之间的差别。这种解释的要求是：ｇ。，场应当完全由物质来决定，摆脱了由于坐标的自由选择而带来的任意性。在广义相对论中，马赫的要求之所以受到重视，还因为根据引力场方程，感应加速作用确实是存在的，尽管它是很弱的作用，以致于用力学实验不可能直接发现它。   如果把宇宙看作是有限的和封闭的。那么马赫的要求在广义相对论中是可以满足的。这个假设还有可能导致这样一个假设：在有限的宇宙中，物质的平均密度是有限的，而在无限的空间中（准欧几里得的）。它应变为零。然而不能不指出，为了满足马赫的假设，必须对场方程引进一个无任何实验依据的项，而方程的这一项在逻辑上又不由方程的其他项所决定。因此，这种“宇宙论的问题”的解决方法尚不能认为是完全令人满意的。   第二个问题，也是当前引起兴趣的课题，是引力场和电磁场的统一性问题。存在着两个性质完全互不相关的场，这种情况不符合统一理论的思想。现在已经出现了一到尝试，即在数学上建立一个统一场论。在这个理论中，引力场和电磁场只能被看作是同一个场的两个不同分量或两种不同的表现形式。场方程不应再是由逻辑上互不相关的项所组成。   引力理论，在数学形式上即黎曼几何学，它的一般形式应当包括电磁场定律。可惜的是，在这方面我们还不能像建立引力理论那样有实验事实的基础（惯性质量同引力质量相等），我们只能提出尚不能摆脱任意性的数学简化判据。以列维-西维塔、韦尔和爱丁顿的思想为基础，用更普遍的仿射联络理论来代替黎曼度规几何，这是目前最成功的工作。    黎曼几何的独特假设是：两个无限接近的点可以用ｄｓ“间隔”表示，它的平方是坐标微分的二次齐次函数。由此可以得出结论说，（出某些现实性条件外）欧几里德几何在任意无穷小区域都成立。因此，在某一点Ｐ上的每一个线元（或矢量），可用一任意给定的无限接近的两点Ｐ’的与之平行且相等的线元（或矢量）来表示（仿射联络）。黎曼度规确定了仿射联络。反之，如果数学上给定了仿射联络（无限小的两个平行变换定律，那么在一般情况下不需要能导出仿射联络的黎曼度规定义。黎曼几何的最主要的概念是“空间弯曲”，引力方程是以它为基础的。如果在一个连续系统中给定仿射联络，。而不是一开始就建立在度规的基础上，那么就得到了黎曼几何的推广，但它仍保留着已导出的最重要的参量。在得出仿射联络所遵从的最简单的微分方程的时候，我们完全有希望把引力方程推广到把电磁场规律也包括进来。这种希望确实是有可能实现的、尽管我们还没有任何新的物理关系式来说明这样得到的关系式是否真的能看作是对物理学的一个充实。在我看来，特别是场论，当它允许把带电基本粒子表述成不含奇点的解的时候，它才能认为是令人满意的。   最后请不要忘记，关于电的基本结构的理论不应当同量子论问题割裂开来。对于这个最深刻的现代物理学问题，相对论暂时还显得无能为力。不管怎样，即使将来有一天由于量子论问题得到解决，使一般方程的形式有了进一步的深刻变化，哪怕是完全改变了我们用来描述基本过程的量，相对性原理也不会被放弃，用它推导出的定律也将作为极限定律而保留着它的重要意义。注：演说中引用的公式均已删去。波尔 1922NielsBohr原子能量化轨道理论  一九四三年十月的一个夜晚，在瑞典斯德哥尔摩附近静悄悄的荒废机场上，停着一架蚊式双引擎飞机，机身没有一丝标记。为了逃避雷达的侦察，几乎全部用胶合板制成，机身漆得乌黑。不一会儿，一个戴着眼镜，年近六旬的人走近飞机腹部，秘密地藏进了改装过后的炸弹舱中。发动机立刻启动，飞机滑上跑道，扶摇直上，尾部拖着长长的绛色火焰，靠飞行高度这一“护身符”在夜空中向一个神秘的目标飞去。    这藏进炸弹舱的人是谁？他就是丹麦物理学家、现代物理学理论的创始人之一、诺贝尔物理学奖金获得者尼尔斯·亨利·戴维·波尔。飞机很快上升到必须吸用氧气的高度，但氧气没有与波尔的面具接通。他在黑暗中几乎不能动弹，感到胸闷窒息。马达的轰鸣在他耳畔渐渐消失了，他失去了知觉。波尔为什么会遭此厄运呢?事情还要从头说起。    一八八五年十月七日，波尔出生在丹麦哥本哈根一个富裕的知识分子家庭。在三个孩子中，他排行第二。他的父亲是哥本哈根大学一位很有才华的生理学教授。母亲出身于一个颇有声望的犹太家族。父母为使孩子们的天赋得到充分的发挥，创造了很好的条件。除受正规学校教育外，家庭的熏陶和鼓励，使他们的视野不断扩大。弟弟哈拉尔德·波尔似乎比尼尔斯·波尔天资更高，后来他成了有名的数学家。    当尼尔斯·波尔还在哥本哈根大学求学时，就崭露头角，显示出非凡的才华。他通过观察一个有规律的振动射流，大胆进行着测定水的表面张力的试验。他做试验极为细心，理论推导准确严密，取得了显著的成绩，因此，荣获了丹麦科学院颁发的金质奖章。    一九一一年．波尔毕业于哥本哈根大学。这一年他发表了《金属电子论探讨》的博士论文，文中揭示出金属电子论在当时所遇到的困难，弥补了过去电动力学经典原理的缺陷。这时，他作为一位勇于创新、有深刻理解能力的研究工作者，在科学界已初露锋芒。    毕业后，波尔认为英国剑桥大学是当代物理学中心，聚集着很多有才华的科学家，在那里是可以大有作为的。为了继续深造，他满怀信心，到了剑桥大学。他希望能在物理学家汤姆生的指导下，到卡文迪许实验室继续从事电子理论的研究。但事情并没有象他想象的那样顺利。一到剑桥大学，他不但没有得到指导，反面受到了冷遇。汤姆生对他提出的问题毫无兴趣，对他花费很多心血写成的论文根本不予理睬。剑桥哲学会也以论文横幅太长和和花费太多为由拒绝付印。他所做出的其他努力，都同样徒劳无益。但波尔没有因此垂头丧气，他坚持自己的见解，一旦认准他是真确的，就百折不饶。后来，经过自己奋发努力地钻研，终于使电子理论研究取得了新的成就。    后来，波尔离开剑桥大学到了曼砌斯特，进入物理学家卢瑟福的实验室。他楔而不舍，才能超群，很受卢瑟福的赞赏。两人在交往中建立了亲密无间的友谊，开创了科学上原于理论的新时代。在卢瑟福的支持和帮助下，他从一九一二年起致力于原子理论的研究，在卢瑟福提出的原子行星模型的基础上，当年就取得了重要成果，推导出一个新论点——同位素。当时，卢瑟福以原子理论的权威自居，不但对他的新论点没有认识，反面劝说他不要冒险。面对劝告，波尔没有止步。他夜以继日地工作，大胆地在前人还没认识的科学领域里探索。他有选择地研究了大量材料，并结合自己研究的成果，对新论点给予精确的推论和阐述。很快，同位素论点被实践所证实，卢瑟福也为此高兴地连连点头。一九一二年七月，波尔离开曼彻斯特。这时，他对进一步探索前景广阔的原子世界充满信心。同年八月一日，他与一位妩媚多情的年轻姑娘举行了婚礼。温暖和谐的家庭使他精神更加振奋。一九一三年，他的原于研究又取得了重大成果，在将作用量子引入原于结构的过程中，达到了一个决定性的阶段，并对整个理论在新的基础上进行了改造。接着，他发表了阐明原子结构的著名论文，这被人们尊称为“波尔理论”。稍后，他又提出了“对应原理”和“并协原理”，对现代物理学特别是量子论和量子力学的建立，起了非常重要的作用。    “波尔理论”提出后，许多后起之秀在研究“波尔理论”过程中都做出了出色成绩，进一步推动了这一理论的发展。这使波尔深深感到：科学研究必须依靠众人的智慧和力量。在尔后的工作中，他谦虚诚实，取人之长，补己之短。因此，越来越多的人慕名而来，与他合作。大家各抒己见，畅所敬言，成了他忠实的朋友和得力的助手。    一九一六年，波尔回到了自己的祖国。在朋友们的积极协助下，哥本哈根大学建立了理论物理研究所，他在此继续向科学不停顿地进军。一九二二年，他领导的研究所发现了元素周期表上的七十二号元素——铪。同年，波尔获得诺贝尔物理学奖金。他在授奖之后发表演讲，宣布了结论性的成果。两年后，他又同另外两名科学家一起，发表了《量子辐射论》的论文，这对科学认识的进程产生了深远影响。    一九二七年，德国物理学家海森伯格发现了有名的测不准关系。但是，不准关系所表示的限制经典概念有效性的特殊形式，要求做出比海森伯格更加彻底的分析。这引起了波尔极大的兴趣。他全力以赴，花费了极大的精力，终于证实了测不准关系的确实性。接着他又花了十年时间，精心研究了测不准关系的全部含义，提出了这种关系的互补性．这种新型的逻辑关系，解决了把作用量子纳入物理学概念框架的问题。波尔的这一发现，打开了科学领域又一新的局面，使当时很多科学家望尘莫及。波尔连续进击，又耗费了俩年时光，解决了把量子力学的数学方法推广到电动力学中去遇到的难题。他在科学研究中的连续突破，使科学界大为震惊。     科学发展到三十年代中期，核物理学成了热门。世界各地的科学家几乎都转向了这个领域，致使核理学飞速发展。但是波尔的研究仍处于世界领先的地位。一九三六年，他提出了核反应“液滴模型”。一九三八年到一九三九年间，波尔赴美国同爱因斯坦合作，在途中和抵美后不长的一段时间里，又完成了解释原子核裂变现象和裂变裂片具有放射性的实验。他写出了概论性的论文，对整个过程的理论进行了推导和说明。不久，他又揭示了铀的复杂现象，指出：只有质量数为二三五的这种稀有同位素才能由慢中子引起裂变；而质量数为二三八的半度同位素则不能。这种差别仅仅是由于两种同位素含朗中子数不同。这个发现，直接提出了能释放出巨大核能的链式反应的可能性。答案很快就被找到了。不幸的是，它在当时并没有用来造福于人类，处在帝国主义企图重新瓜分世界的时刻，波尔同他的重大成果也成了帝国主义激烈争夺的对象，带来的结局是史无前例的暴力杀戮。     一九三九年九月三日，第二次世界大战爆发，整个世界都卷入了战争的游涡。一九四零年四月，德国占领了丹麦，波尔落入德国人的手中。他们急于想利用他尽快研制出原子武器，以达到征服全球的目的。希特勒法西斯一面让他继续从事研究，一面乘机“亲近”他，从中索取秘密。对此，英、美万分焦急，深恐德国检先制造出原子弹。他们得知世界上最著名的原子科学家已落人德国人之手，德国在挪威的重水工厂每年将生产一千五百公斤重水，这足以进行原子弹试验。这一消息促使他们加快了夺取波尔的行动步骤。又由于彼尔一贯主张把他的研究成果公诸于众，就在德国占领丹麦之后，他仍不改初衷，继续向德国人讲授原子的威力，这使英、美更加坐立不安。美国总统罗斯福急忙向谍报人员询问：“有没有可能把被尔从德国人手中夺过来，让他来参加曼哈顿计划?”英国首相邱吉尔也听取汇报，亲自部署夺取波尔的秘密行动，劝说他为盟方效力。因为波尔天真地反对一切暴力，甚至想托人或直接找希特勒说情，以停止战争和迫害，所以，他起初拒绝逃往盟方。与波尔的愿望相反，德国法西斯的恐饰浪潮席卷了整个丹麦，并直接威胁到他的实验室。他的幻想破灭了，只好选择了逃往同盟国的道路。德国总部很快获悉了这个消息，立即下令：逮捕坡尔！这时，波尔正躺在飞机的炸弹舱里，生死未卜……    几十分钟以后，在英国北部爱丁堡附近一个空旷的机场上，蚊式飞机终于安全降落。炸弹舱的盖子铿然被打开。波尔无力的躯体被移放到一具担架上，由皇家空军的一辆小篷车送入医院。五天后，波尔按复了健康，会见了邱吉尔。他违心地同意了加人美国研究原子弹的行列。他说：“时代不好，为了抢救一个国家最宝贵的东西，我只得违背原则了。”在美国，他同爱因斯坦等人一起，制造出了世界上第一颗原子弹。    一九四五年，波尔回国任丹麦原于能委员会主席和丹麦皇家科学院院长。在这个时期，许多科学家受过他的指教，他写下了大量的科学论文。在人类从必然王国通往自由王国的进程中，他贡献出了毕生精力。    波尔在科学上辛勤探索的一生，留下了一条宝贵经验：只要已被证实还有效果，我们就不要断然排斥它；同时也要对可能的新发展永远保持谦虚的态度。 当代丹麦著名的原子核物理学家艾吉·尼尔斯·玻尔（AageNielsBohr)，1922年6月19D出生于丹麦哥哈根，曾在哥本哈根大学受教育，并获得哲学博士与科学博士学位。艾吉·尼尔斯·玻尔，世界理论物理学权威尼尔斯·波尔教授的儿子。恰恰在他出生那一年，他的父亲由于对原子构和原子辐射的研究而荣获诺贝尔物理学奖金。相隔53年后，艾吉·尼尔斯·玻尔继承了父亲的光辉事业，在原子核研究方面作出了杰出贡献而获得1975年度诺贝尔物理学奖金。父子两人先后都得同一项的诺贝尔奖金，这在诺贝尔奖金史上也是罕见的。艾吉在哥本哈根大学以优异的成绩毕业后，于1943年到英国伦敦学与工业研究局（DSIR）任副研究员，开始了他的科学家生涯。1946年他回到丹麦，受聘到哥本哈根理论物理研究所担任助理研究员，从事原子核物理的理论与实验研究；1956年以后，回到母校哥本哈根大学任物理学教授并继续开展他的研究工作。1962年其父逝世后，应尼尔斯·玻尔研究所的聘请，荣任所长，他担任这一职务一直到1970年；1975 年以后，到北欧一带讲学。1949年，玛丽亚·戈佩特·迈耶对原子核结构问题曾提出关干壳层模型的设想，这在当时，整个核物理学界曾轰动一时。同年，艾吉·玻尔、莫特尔逊和雷恩瓦特发表与壳层模型理论的预言非常不一致的实验结果，即关于原子核电四极矩大小的实验。他们提出这一明显不相一致的实验结果，导致了一种核的统一图象的产生，从而为理解所有原子的低能态提供了依据。这是现代物理学的重大研究成果之一。在随后的几十年中，艾吉·玻尔和莫特尔逊实际上起了一个学术中心的作用，他们以很直接的方式把遍及全世界的许多核实验室所从事的实验计划协调起来。原子核壳层模型理论认为，组成原子核的核子在绕着的质心的轨道上独立地运动，每个轨道为“壳层模型势”所决定，而壳层模型势是球形对称的。1950年雷思瓦特指出，如果壳层模型势不是球型的，而是一种偏球型，那么原子核就会更牢地被束缚着。变型的势意味着产生它的核必然是变形的。而这又意味着有一个有限的四极矩。据雷恩瓦特的粗略估计，给出了四极矩的值太大。这个困难立刻为艾吉·玻尔所克服。他指出，因为空间不能有优先的方向，所以变型核必然转动。1953年，他与莫特尔逊发表了一篇决定的文章，提出了一种可能的核变形。这篇文章对实验资料作了全面考查，由于这个资料内容十分丰富，同 时他们对每一组资料又都作了彻底的分析所以是很出色的。这篇文章揭示了许多新现象，指出许多核在其基态中的确是变形的，还指出球形基态的核，可以有变形的受激态，在这些受态上，能够建立起能带，说明了变形核显示出转动能谱的问题。他们还指出，原子核中的核运动，可分解为快速的独立的粒子运动和相对慢速的一个总体的协同运动。曾经有人用一群蜜蜂来作比喻：每只蜜蜂的运动看起来都是很快而不规则的，但一群蜜蜂作为一个整体单位运动则是很慢的。艾吉·玻尔与莫特尔逊把这些“慢”的核运动称为“集体”运动方式，并以适当的“集体”变量来描述它。艾吉·玻尔教授围绕自己的专题研究，发表了许多论文与专著。1954年发表了《原子核的旋转态》；1969年和1975年与莫特尔逊先后合著《原核结构》第1卷和第I卷。由于他对原子核结构理论的杰出贡献，赢得了各方面的奖励。1960被授予丹尼·海涅曼（DameHeineman）奖金，1963年被授予派亚斯（Pius）十一世奖章，1969年被授予原子能和平奖，1970年被授予阿儿斯特奖章，1972年被授予卢瑟福奖章，1974年被授予约翰·普莱施·魏瑟利奥奖章，1975年与雷恩瓦特、莫特尔逊由于发现了原子的集体运动和粒子运动之间的联系，并发展了基于这种联系的原子核的结构理论，共同获得贝尔物理学奖金。艾吉·玻尔是丹麦、挪威、瑞士、南斯拉夫等科学院院士，美国国立学院院士，美国艺术与科学学院院士，也是美国哲学学会会员。挪威的奥斯陆大学、特龙黑姆大学、西德的海德尔堡大学、英国的曼彻斯特大学、瑞典的乌普萨拉大学等曾授予荣誉博士学位。德布罗意1929PrinceLouis-VIctorDeBroglie提出电子波动性 法国著名物理学家德布罗意(Louis-VictordeBroglie),1892年8月15日出生于法国迪埃普。早年，他曾在索邦大学和巴黎大学读书，1910年获得学士学位，1924年获得科学搏士学位。他的博士学位论文《关于量子理论的研究》，创立了现代波动力学的基本概念。1928年他成为巴黎大学(即原来的亨利·彭加莱学院)理论物理学教授，一直到1962年退休。1933年成为法国科学院院士，1942年以后被选为科学院常务秘书，1944年以来担任法国科学院法兰西研究所研究员。1946年以后兼任法国原子能协会科学委员会委员。1950年至1967年间还兼任国防科学委员会委员。1953年以后成为伦敦皇家学会会员。1948年成为美国国立科学院院士。1965年罗马尼亚科学院授予荣誉院士。    德布罗意教授的科学声誉是基于纯理论性的发现。他的主要功绩在于采用推理的方法，把当时已发现的关于光具有波粒二象性的事实加以推广。他认为一切微观粒子的运动都会显示出波的某些特有性质。这里我们追溯物质波的预言和发现是很有兴趣的，因为这是我们在物理学知识中的一个重大进步。在物理学史上，关于“光的本性”问题，曾经争论了几个世纪。有一类实验表明，光具有波动的特征，另有一类实验表明，光具有微粒的特征。光，到底是波动呢，还是粒子呢?这个问题直到光电效应、康普顿效应等实验事实确立后，才获得一个比较确切的认识：光既不是粒子，也不是波，而是兼有波动性及粒子性的客观实在。简单地说，光具有波粒二象性。    认识光的波粒二象性是一件极富启发性购物理事件。人们可以这样来设想：既然过去被当作波动的光，同时也具有粒子性，那么过去一向被当作是粒子的实物微粒(比如电子)，会不会反过来也具有波动性呢?1923年，德布罗意就提出上述想法，并且他大胆地设想，人们对于光子建立起来的两个基本关系式：E=hν，P=h/λ(式中的E、P分别是光子的能量与动量；ν、λ分别是与之相对应的光波的频率与波长)，会不会也适用于实物粒子。如果这种设想是正确的，那么每个实物粒子也就同时具有波动的特征(这样的波称为“物质波”)，而且其波长可按公式λ=h/p加以定量地计算。为了证实这一想法是否正确，德布罗意指出：“让一束电子通过一个非常小的窄缝，也许能够出现衍射现象。”但是，要观测到电子的衍射花样，按计算的结果，光栅窄缝的大小应与原子大小的数量级相当，而要在任何实物上刻出这样细小的窄缝，几乎是不可能的。1924年11月，德布罗意在他的博士学位论文《关于置于理论的研究》的答辩会上，考试委员会的主席问他：“怎样才能在实验上观察到你所推想的电子波呢?”德布罗意的回答是：“建议用电字在晶体上做衍射实验。”但是，真正用实验来证实这一想法，还是三、四年后的事情。在这一段时间里，德布罗意的想法得到了著名物理学家爱因斯坦的同情和支持。他以深刻的洞察力判断说，德布罗意的工作已经“揭开了一幅大幕的一角”，并醒人们注意这项工作的重要性。   1927年，美国物理学家戴维逊和革谋合作，首先用慢电子(59eV)进行了电子衍射实验，同时G·P·汤姆逊也独立地用快速电子完成了类似的实验。其结果都毫无疑问地表明物质波确实存在，并且它们的波长(至少对于电子来说)可由德布罗意关系式得出。从实验中提供的证据表明，在电子束中，一群群物质粒子象X射线和光一样，以同样的方式被晶体所衍射。这样一来，德布罗意关于物质波的理论预言得到了实验证实。不久之后，薛定谔按照德布罗意的理论，论述波动力学的有关问题时，使用了一种完全数学的处理，把现代波动力学变成数学上可用的形式。因此，作为德布罗意灵巧构思的一个结果，标志着物理学史的新纪元开始了。后来这一经典的博士学位论文于1930年发表，题目是《波与运动》。   1929年度的诺贝尔物理学奖金授予德布罗意，就是因为他发现了电子的波动特性。同年，巴黎科学院授予他彭加莱奖章。    德布罗意教授发表的论著很多，涉及到科学与哲学等方面。1924年发表《量子理论》，1926年发表《波动力学的研究导论》，1933年发表《波动力学的发展是相对论的结果》，1937年发表《物质与光、近代物理与量子》，1940年发表《光的一种新理论》，1941年发表《连续与不连续》、1943年发表《原于核的波动力学理论》，1947年发表《物理学与微观物理学》，1957年发表《微观物理学的新远景》，1960年发表《科学的道路》，1966年发表《科学的肯定性与不肯定性》，1972年发表《波动力学的新解释》，1976年发表《半个世纪的研究》。此外，还有其它方面的文章。   德布罗意教授巳九十多岁，现在正在安度晚年。海森堡(WernerHeisenberg)1932WernerHeisenberg量子力学海森堡(WernerHeisenberg)是矩阵力学的创始者,1901年12月5日出生于普鲁士莱茵河流域的杜伊斯堡。他在慕尼黑大学时，在索末菲(Sommerfeld)指导下学习理论物理学。1923年在那里获得哲学博士学位。然后，他到哥廷根大学深造，成为玻恩教授和希尔伯特教授的学生，备受玻恩教授赏识。据玻恩回忆：“海森堡是我所能想象的最敏锐和最有能力的合作者”，“要跟上年青人，这对我一个上了年纪的人来说是很困难的”。1924年，海森堡开始在哥廷根大学讲课。两年后成为哥本哈根大学的讲师。在那里，由洛克菲勒基金发给薪水，在 N·玻尔的指导下进行研究。1927年，年仅26岁的海森堡回到德国担任莱比锡大学的理论物理学教授，一直到1941年。1941年至1945年间，他在德国柏林大学担任物理学教授兼任凯泽·威廉(Kaiserwilhelm)物理学研究所所长。1946年他再度到哥廷根大学担任物理学教授并兼任哥廷根的普朗克物理学研究所所长，一直到1958年。在此期间，1955至1956年还兼任圣安德勒斯大学革福特(Girford)讲座讲师，1955年成为英国皇家学会会员。1958年至197O年，在德国慕尼黑担任物理学与天体物理学的普朗克研究所所长兼慕尼黑大学教授。1970年以后成为上述研究所的荣誉退休所长。   海森堡教授在理论物理学的许多不同方面，特别是光谱学方面。作出了许多卓越的贡献。使他永远扬名于世的是他创立了量子力学中的矩阵力学。1925年，海森堡鉴于玻尔原子模型所存在的问题，抛弃了所有的原子模型，而着眼于观察发射光谱线的频率、强度和极化，利用矩阵这一数学工具，把这三个物理量从数学上加以联系，从而提出微观粒子的不可观察的力学量，如位置、动量应其所发射光谱的可观察的频率、强度来表示。这个由海森堡首先提出的、以后被玻恩、狄拉克以及其它人所发展的伟大理论，是导求解释微观物理基本过程的最主要的表述方式。利用海森堡的量子力学或矩阵力学，可以使我们了解分子、原子乃至于原子核的性质。例如，解释氢分子光谱上强线和弱线的交替是由于两种氢的存在而引起的，正氢的两个核自旋是在同一方向上，而仲氢的两个核自旋是处在相反的方向上。实际上，量子力学已经是今天用以说明物质的许多物理性质和化学性质的语言。玻恩在 1926年提出的关于波函数的统计解释只是理解原子物理学中涉及波粒二象性的第一步，而对于澄清这种思想作出最重要贡献的，是海森堡1927年提出的测不准原理。该原理认为，运动中的电子的位置与动量，不能同时精确地确定，也就是说，一个电子的动量和位置的乘积，永远不能准确到少于h／2π的程度(h是普朗克常数)。   这种见解已成为量子力学哥本哈根“正统学派”解释的两大支柱之一。1928年，海森堡用量子力学的交换现象，解释了物质的铁磁性问题。1929年，他与泡利提出相对论性量子场论。后来，海森堡的研究课题是原子核和核过程的理论。关于核力的电荷无关性问题，1932年在查德威克发现中子和安德逊等人发现正电子之后，海森堡曾提出核子中的质子与中子本来就是同一种粒子，只不过它们的荷电情况本同的见解。他认为中子和质子说不定可以用一种正电子的交换过程保持在一起，质子失去一个正电子就变成中子，而中子得到一个正电子就变成质子；1943年他又提出粒子相互作用的散射矩阵理论。海森堡这一系列重要的理论见解，至今仍然闪耀着它灿烂的光辉，指引着物理学前进的航向。    海森堡从事教学与科研的一生中，在各种不同的期刊杂志上发表了许多关于原子物理学、量子理论等方面的科学论文，为后人留下了光辉的篇章。他的论著有：1925年发表的《关于解释运动学和力学关系的量子理论》，1926年发表的《量子力学中的多体问题和共振》，1930年发表的《量子理论的物理学原理》(该书至1944年出了第四版)，还有1935年发表的《自然科学基础的变化》(该书至1959年出了第九版)，1943年在柏林发表的《关于宇宙辐射的报告》(该书1952年再版)，1943年在西德不伦瑞克发表的《原子核物理学》(该书已有中译本)，1955年的《近代物理的性质》(该书已译成各种文字)，1958年在美国发表的《物理学与哲学》(已译成各种文字)，1966年发表的《基本粒子统一场论导论》，1967年发表的《在统一场论中基本粒子的引入》和《自然规律与物质结构》(德文与英文版)，1969年发表的《部分与全部》，1971年发表的《关于极限的步骤》等。还有其他方面的大量论著。   1932年度的诺贝尔物理学奖金于1933年授予海森堡，因为他创立了量子力学(矩阵力学)。它导致了氢的同素异形形式的发现。此外，他还获得许多其他方面的奖励。1976年2月1日海森堡教授与世长辞，终年75岁。薛定谔(ErwinSchrodinger)1933ErwinSchrodinger量子力学薛定谔(ErwinSchrodinger)教授是奥地利著名的理论物理学家，波动力学的主要创始者之一。1887年8月12日他出生于奥地利的维也纳。十一岁以前，他一直在家里接受父母的家庭教育，他的父亲常以显微镜及其他的仪器激励他对自然现象产生兴趣。后来他在维也纳大学学习数学物理时，主要是在理论物理学教授哈森诺荷罗(F·Hasenohrl)指导下完成学业的。1910年，他从维也纳大学获得哲学博士学位。同年，他成为弗兰兹·埃克斯纳(Franz Exer)教授的助教。他于1914年开始在维也纳大学讲授理论物理学。1920年，他到东德的耶拿大学担任马克斯·维思教授的助手，并讲授理论物理学的现代部分。同年，他被委任为西德的斯图加特工艺学校的常任教授。第二年他到波兰的布雷斯劳大学担任理论物理学教授职务，不久，又到瑞士的苏黎世大学担任同样的职务，并在那里讲学六年。在此期间，他积极从事理论物理学研究，发表了许多论文。他的最重要的科研成就——波动力学理论，就是在这个时期建立发表的。1927年，在周游美国三个月的讲学后，他成为德国柏林大学马克斯·普朗克教授的继任人。当时，爱因斯坦和劳厄也在柏林大学任教，薛定谔成了他们的同事。1933年至1936年间，薛定谔离开德国到英国牛律大学、马格达兰学院担任客座教授和研究员。1936年，薛定谔又冒着风险回到奥地利，受聘于格拉茨大学担任理论物理学教授。1938年，德国法西斯吞并了奥地利。此后不久，薛定谔就偷偷地穿过意大利前线，离开丁法西斯占领区。然后，他在美国普林斯顿大学作了短期的讲学后，就到英国都伯林高等研究所，成为理论物理学的领导。在那里，他逗留了17年。在此期间，他继续从事科学研究，并发表了许多论文。1956年，他回到奥地利，成为维也纳大学物理系的名誉教授。    除了较少的实验性研究外，薛定谔教授实际上把全部注意力都集中于理论物理学问题的研究。1924年，法国物理学家德布罗意首先提出了物质波理论，即一切微观粒子，象光一样也都具有波粒二象性。在这一理论的基础上，薛定谔于1926年独立地创立了波动力学，提出了薛定谔方程，确定了波函数的变化规律。这与海森堡等人几乎同时创立的矩阵力学成为量子力学的双胞胎。这些理论现在巳成为研究原子、分子等微观粒子的有力工具，并奠定了基本粒子相互作用的理论基础。薛定谔的理论，与海森堡所发展的形式不同，这个理论的数学式子便于实际应用。尽管形式上好象两种完全不同的理论，但是薛定谔能够证明它们在数学上是等价的。薛定谔波动方程提出之后，在微观物理学中得到了广泛的应用。薛定谔的许多科学论著中，以1927年和1928年发表的《波动力学论文集》和《关于波动力学的四次演讲》最为著名。对于固体的比热、统计热力学、原子光谱、镭、时间与空间等方面，他都发表过研究论文。   薛定谔和狄拉克共同获得1933年度诺贝尔物理学奖金，这是因为他们建立了新型原子理论。薛定谔教授也是德国柏林、梵蒂冈城、维也纳等科学院院士。英国爱尔兰皇家科学院授予荣誉院士。他于1961年1月4日在维也纳逝世，终年74岁。狄拉克(PaulAdrienMauriceDirac)1933量子力学PaulAdriewMauriceDirac狄拉克(PaulAdrienMaurice Dirac)曾任英国牛津大学数学教授，是相对论量子力学的创立者，1902年8月8日出生于英国布里斯托尔。他曾经进商业学校读书，以后在布里斯托尔大学改读电气工程，1921年在该校毕业时，获得电气工程理学士学位。由于没有找到电气工程方面的职业，他只好在布里斯托尔研究数学，两年后他又考进了剑桥大学圣约翰学院研究生院攻读数学。   1925年海森堡矩阵力学理论提出之后不久，狄拉克立刻就开始研究这个课题。他采用更一般的非互换量的演算，完全独立地得出与海森堡同样的理论，并连续发表了许多论述这一理论的多种应用以及有关这一理论的基础和范围的文章。1926年薛定谔关于波动力学的论文发表后，狄拉克把非相对论的薛定谬方程推广到相对论的情况作了进一步研究。他利用时空对称的四维空间，与1928年建立了电子理论上著名的狄拉克方程。这使得相对论的“自旋”理论成为可能，并且揭示了相对论思想和自旋观念之间的一种微妙的、相当隐蔽的关系。由狄拉克方程可以自动得出电子具有的总能量既可以具有正值也可以具有负值等极其重要的结论。但是对于能量为负值的状态，已有的理论无法解释，同时也使人们难以想象和理解。为了解决狄拉克方程中的负能态的困难问题，狄拉克根据泡利不想容原理于1930年又提出了有名的空穴理论。他认为所谓真空状态并非真的空无一物，而是所有电子负能态都有粒子占有，形成了负能态的电子海，同时所有正能态却是都没有粒子占有的状态。所谓空穴，也就是我们现在所知道的正电子。1932年，美国物理学家安德逊(CarlD·Anderson)从宇宙射线实验中居然发现了正电子的存在。这样，正电子理论的预言终于得到实验的证实。    狄拉克于1926年获得剑桥大学哲学博士学位。一年以后，他成为圣约翰学院的研究员，又在1930年成为皇家学会研究员。1932年他被委任为剑桥大学鲁卡辛(Lucasian)讲座的数学教授，一直任职到1969年成为荣誉退体教授；1971年以后他就任美国佛罗里达州立大学物理学教授，至今仍健在。   1926年以来；他进行了广泛的旅行并在许多外国大学，包括哥本哈根、哥廷根、莱顿、密执安、普林斯顿、威斯康星和迈阿密等大学作短期逗留。1929年他做了一次环球旅行，在美国逗留了五个月。当他访问日本并横贯西伯利亚时由海森堡陪同回国。1934一1935年间，他是普林斯顿高等研究所的研究人员。后来还多次到这个研究所从事研究工作。   狄拉克是世界著名的数学物理学家，他对量子力学和量子电动力学的贡献很大。狄拉克最引人人胜的成就,是他在纯数学物理的基础上建立起来的、以他的名字命名的狄拉克方程，并预言了一个新的基本粒子——正电子的存在。几年后这个正电子终于在实验上被发现。正电子的发现从原则上启发人们去寻找其他基本粒子的反粒子问题。例如，如果我们把狄拉克方程应用于已有的质子，那么这个理论也应当可以预言有反质子的存在。尽管寻找反质子的工作花了将近四分之一世纪的时间，但是人们终究于1954年的夏天第一次观测到反质子。此外，狭拉克还与费米分别独立地提出自旋为半整数的粒子所服从的统计分布规律，即费米—狄拉克统计。这一研究成果已成为研究基本粒子的基础。   狄拉克的科学论著很多， 1930年发表的《量子力学原理》是一部经典名著，该书已重版四次，1958年出的第四版本与初版相比只修改最后一章，并且已译成各种文字。书中他对量子力学的理论基础作了系统的总结，并提出了完整的一套数学表示方法。他所利用的右矢与左矢概念，简洁而深刻地反映出量子力学中各量之间的内在关系，阐述了量子力学的理论结构。他所引进的狄拉克符号，现在巳为科学界所普遍采用。1969年，他在美国迈阿密大学的学术演讲稿《希尔伯特空间中的旋量》于1974年出版。在佛罗里达州立大学任教期间，狄拉克提出了他的宇宙学的大数假设。    狄拉克和奥地利物理学家薛定谔教授共同获得1933年度诺贝尔物理学奖金，因为他们建立了新型原子理论。此外，由于发展新的量子力学，1939年英国皇家学会授予皇家奖章，并且还授予科普利奖章。苏联莫斯科大学曾授予他荣誉科学博士学位。1937ClintonJosephDavisson证实电子波动性 戴维逊(ClintonJosephDavisson)是美国物理学家，电子衍射的实验发现者之一。1881年10月22日出生于伊利诺斯州的布卢明顿，1958年2月1日于弗吉尼亚州的夏洛茨维尔逝世，卒年77岁。   戴维逊的父亲约瑟夫是一位画家，母亲是个教师。1902年，戴维逊由布卢明顿高中毕业后，由于密立根的影响而进入芝加哥大学。第二年辍学，暂时到柏图大学担任助教。1905年，他转到普林斯顿大学担负部分教学工作，并在欧文·里查逊(O·RiChardson)、詹姆斯·琼斯(J·Jeans)和亚当斯(E·P· Adams)指导下学习物理。1908年，戴维逊在芝加哥大学取得埋学士学位，1911年以题为《碱士金属盐类正离子的热发射》的学位论文取得普林斯顿大学的哲学博士学位。1911年8月他与里查逊的妹妹夏洛特·萨拉·里查逊结婚，同年夏天，卡内基理工学院任命他为物理学助理教授。1917年战争时期他离开卡内基理工学院，到西部电力公司实验室(现在是贝尔电话实验室)的工程系统，参加一项军用电通讯的设计。战后他留在西部电力公司实验室工作。1925年以后他成为贝尔电话实验室的物理学家。在这里，他得到了能以全部时间用于基础研究的保证。   在西部电力公司，戴维逊的研究内容主要涉及两个不同领域：热离子学和金属在电子轰击下的电子发射。在热离于学中，他的最重要的实验之一是，关于金属功函数的测量。测量的结果认为，金属中的传导电子几乎没有正常的热能。戴维逊对次级电于发射的兴趣始于1919年他与康斯曼(C·H·Kunsman)一起所作的实验，他们偶然地发现镍晶体在电子轰击下发射的一些次级电子跟初级电子具有相同的能量，于是对这些次级电子的角分布进行测量，结果发现它有两个最大的值。1920年，他们用不同的金属重复这些实验，并且想从理论上解释这些实验，但是没有得到预期的结果。1925年4月，戴维逊对电子散射的研究进入了一个新的局面。当时，他的靶被一个液体——空气瓶的偶然爆炸强烈地氧化了，于是他用延长加热来使靶得到清净，随即发现次级电子的角分布完全改变，显示出强烈地依赖于晶体的取向，他认为从这种改变到重结晶是由于加热所致。因为在偶然爆炸之前，靶是包含许多小晶体的，加热后才使它们转变为几个大晶体。    1926年夏天，戴维逊出席了在牛津大学召开的不列颠协会的科学进展会议。在那里，他同玻恩、弗兰克以及其他人讨论了他的电子散射的研究。首先，他详细地听取了关于电子具有波动性的德布罗意假设，认识到电子的波长可表示为且：λ=h/mv,其中h是普朗克常数，m是电子的质量，v是电子的速率。通过牛津大学会议的讨论使戴维逊相信他的实验结果是由于晶格的电子衍射造成的，这就证实了德布罗意的假设，所以戴维逊对电子束衍射所作的真正有价值的探讨是从牛津会议开始的。翌年初，戴维逊与革谋(Germer)一起，进行镍单晶的电子衍射实验，从实验中所得到的数据表明，德布罗意公式入=h/mv在测量准确度范围内是正确的。同年3月，他们便提出了一个研究结果的初步摘要，不久又提出全文报告，第一次确定了运动电子的波动性，跟德布罗意的理论相一致。   G·P·汤姆逊也在英国进行了与戴维逊相类似的实验。他们两人在大致相同的时间里，采用了极不相同的步骤进行实验，然而他们的实验结论却是相同的。由于他们的实验发现了电子通过晶体的衍射，所以1937年度诺贝尔物理学奖金授予戴维逊与G·P·汤姆逊两人。1930年，戴维逊继续进行电子波的研究，特别是对晶体物理学和电子显微镜应用的研究，并发展了电子聚焦技术。1946年他离开贝尔电话实验室，转到弗吉尼亚大学任客座物理学教授，1954年退休。   戴维逊也是美国国立科学院院士、美国艺术与科学学院研究员和美国哲学学会会员。他除了获得诺贝尔奖金外，还于1931年获得富兰克林研究所授予的克雷森奖章和1928年美国国立科学院授予的康斯托克奖金，英国皇家学会也于1935年授予他休斯奖章。1937证实电子波动性 SirGeorgePagetThomsonG·P·汤姆逊(GeorgePaget Thomson)是英国物理学家，1892年5月3日出生于英国剑桥，是1906年度诺贝尔物理学奖金获得者J·J·汤姆逊爵士的儿子。他起先在柏西中学学习，以后升入剑桥大学三一学院。1914年，他在三一学院毕业后，就任剑桥大学科珀斯克里斯蒂学院的研究员兼讲师；1914——1915年，第一次世界大战期间，他在皇家军团服务并到法国一年，1915——1919年，加入皇家空军，并从事航空方面各种问题的研究，1918年他作为战时使团的成员到美国，后来于1919年返回剑桥，在卡文迪许实验室工作；1922——1930年，担任阿伯丁大学自然哲学教授。在这里，他于1927——1928年研究电子在晶体中的衍射，证实德布罗意的电子波理论。当时，他采用的实验方法与作为X射线衍射工作的所谓德拜——谢乐方法相类似。他让一束单向的X射线或电子入射束，分别被包含有很大量杂乱取向的微小晶体的样品(白锡)所散射。理论预言衍射波将沿着以入射方向为轴的圆锥面射出。如果用照相法将被散射的射线，记录在垂直于入射方向的底片上，那么就可以得到一系列同心圆。实验的结果，在两种情况下，衍射圆环花样的相似性是十分显著的，只要一看照片就会立刻使我们相信电子和X射线一样是以同样的方式衍射的。   1929年，他到美国康奈尔大学，担任巴克讲座。这些讲座的内容都是在“自由电子的波动力学”这一主题下发表的。1930年，他被委任为伦敦大学帝国科技学院的物理学救授，他坚守这一位置，一直工作到1952年。在此期间，他继续研究电子衍射，特别着重于研究表面效应，而X一射线仅能研究深度效应。在这期间，他与几位物理学家一起研究慢中子反应。然后，他探讨裂变现象与战争武器的关系。1941年，他又报告了用各向同性分离的铀235可制成超级炸弹。他还于1937—1941年兼任航空研究委员会委员，1940—1941年兼任英国第一原子能委员会主席，1943一1944年兼任空军部科学顾问，1946—1947年受聘为联合国原子能委员会英国代表团成员。1952年以后，G·P·汤姆逊是伦敦大学退休荣誉物理学教授。同年当上剑桥大学科珀斯克里斯蒂学院院长，一直到1962年。其中，1958年至1960年还担任英国物理研究所所长，1960年兼任英国科学进展协会会长。1937年度的诺贝尔物理学奖金授予G·P·汤姆逊与戴维逊，因为他们的实验发现了电子通过晶体的衍射。1939年G·P·汤姆逊获得皇家学会休斯(Hughes)奖章，1949年获得皇家学会皇家奖章，1960年获得电力工程研究所法拉第奖章。 G·P·汤姆逊教授在他从事教学科研的一生中，发表过许多论著，比较著名的有《应用空气动力学》、《原子》、《自由电子的波动力学》等。此外，与其父J·J·汤姆逊爵士台著的《通过气体的电传导》以及同科克伦(W·Cochrane)合著的《电子衍射的理论和实践》也很著名。1964年他还发表了《J·J·汤姆逊》一书，介绍了其父的一生，为后人保留了具有重要参考价值的历史资料。   G·P·汤姆逊教授是英国皇家学会会员(1929)。英国剑桥大学三一学院、科珀斯克里斯蒂学院、美国物理学研究所等授予他荣誉研究员职称；里斯本大学、雷丁大学、都柏林大学、谢菲尔德大学、威尔士大学、密苏里大学等授予他荣誉科学博士学位。   G·P·汤姆逊教授于1975年9月10日逝世，终年83岁。1945WolfgangPauli不相容原理 泡利(WolfgangPauli)是奥地利著名的理论物理学家、“泡利不相容原理”的发现者。他于1900年4月25日出生在奥地利的首都维也纳，父亲是一位卓越而富有独创精神的学者，曾任维也纳大学生物化学教授。   泡利中学阶段在维也纳上学，在高中学习的后期，开始知道爱因斯坦的广义相对论。这在当时是一门完全新的学科，泡利对它有浓厚的兴趣，甚至在课堂上也偷偷地阅读它。泡利精通高深的数学，因为他从前已经学过约当(Jordan)的数学分析教程。爱因斯坦的广义相对论对他产生了深刻的影响，在他看来相对论好比是天上掉下的一颗明珠。他希望自己会有一天懂得广义相对论的真实含义。    高中毕业后，泡利决定研究理论物理。他去西德慕尼黑大学求教于索末菲门下。当时，无论在德国或在别的地方，索末菲都是赫赫有名的理论物理教师。许多杰出的理论物理学家，包括海森堡和贝蒂等都是他的学生。泡利在名师指导下。其才干得到了更进一步的发挥。当时。著名的数学家克莱因(F.Klein)编辑出版《数学科学的百科全书》，辑稿人多半都是各学科的著名学者、数学家与物理学家。克莱因曾经要求索末菲给《百科全书》写一篇关于相对论的论文。索末菲大胆地把这个任务委托给泡利去完成，表现了令人赞赏的勇气和洞察力。泡利对这一课题虽然曾经发表过几篇文章，但他毕竟还是在大学二年级学习的学生，年纪还不到二十岁。但他以令人惊讶的速度，很快写成了一篇大约250页的专题论文，评论性地阐述了相对论的数学基础及其物理意义。对于众所周知的有关问题，他作了充分的说明，并提出自己的独特见解。因此，这篇论文被认为是解释爱因斯坦的狭义相对论与广义相对论的高级导言书，也是第一流的科学历史文献。它与韦耳（Weyl）论述时间、空间与物质的文章一起，成为爱因斯坦的数学与物理观念的第一次综合性的描述，而爱因斯坦本身从未写过关于他的理论的大篇著作。泡利这种非凡的功绩使索末菲大为高兴。索末菲为此写信给爱因斯坦，称赞泡利的论文“的确高超”。爱因斯坦读完这篇文章后也作了很高的评价。   1922年。在索末菲指导下，泡利以《论氢分子的模型》论文取得博士学位之后，他到哥廷根担任波恩的助教。在这里，他被邀请去哥本哈根会见了玻尔。不久，他从哥本哈根转到汉堡，成为伦兹（W· Lenz）的助手，并担任讲座。1928年，瑞士教育委员会任命他为德拜（Debye）的继任者，在Eidgenosslsche高等技术学校担任教授。在这里，他除了第二次世界大战期间到美国普林斯顿高等研究所工作一段时间外，一直在瑞士逗留到他逝世为止。第二次世界大战期间，他活跃在美国普林斯顿高等研究所。后来。经过仔细考虑之后，又回到了苏黎世。1958年，他得了一场极其严重的疾病之后，于12月14日逝世。在葬礼上，韦斯科夫说，泡利是“理论物理学的心脏”。这的确概括了所有认识他的人对这位伟大人物所作的评价。泡利取得博士学位后不久，开始研究反常塞曼效应。正如他在诺贝尔奖金获奖演讲报告中所说的，这些研究的最终结果使他发现不相容原理。1925年，他在《物理周报》上发表了题为“关于原子内的电子群与光谱线的复杂结构”的论文。这篇论文表明泡利已解决了一个错综复杂的问题。随着科学理论的发展，今天我们已经了解，在多于一个电子的原子体系中，存在着电子的全同性所引起的电子排列的对称性。这种排列对称性容许两种情况；即量子态对于粒子的互换可以是对称的，也可以是反对称的。对于电子，自然界选择了第二种可能，从而导致了泡利不相容原理的发现。这个原理认为，只允许一个电子占据一个给定的量子态。依照这一原理，当一些能量较低的状态被电子占据后，其余电子就被迫跑到能量更高的状态上去了，这样就产生了原子形状的多样性。如果不存在这个原理，原子中所有的电子就要挤到能量最低的可种状态中去。    泡利不相容原理的发现，使得建立在对应原理基础上的旧量子论的某些合理的结论也得到了圆满的解释。为此，泡利于1926年在《物理学手册》中发表了有关的文章。当泡利的文章发表时，新的进展也就随着发生，很快也连续地发表了海森堡、狄拉克和薛定谔关于量子理论基础研究成果的文章。从而导致了量子力学的发展。随着狄拉克开创的先例，约当、海森堡和泡利发展了相对论量子电动力学。这种理论耗费了物理学家二十年的时间。他们排除一切怀疑和失望，最后才初步弄清楚这一理论。这里所说的怀疑与失望主要是由下面的情况引起的：众所周知，长期以来，在光和电子的量子理论中，索末菲精细结构常数。e2/hc=α充当一个特殊的角色。α是一个无量纲的量，其值为1／137。它在理论物理的三个领域中都是一种符号的联合：在电磁学中，用e表示它；在相对论中，用c表示它；在量子论中，用h表示它。因此人们认为，如果相对论量子电动力学要成功地得到发展，就应当同时产生a的理论。但在进一步的研究中，碰到一个不可克服的困难：即在经典电子论中出现一个“无限大自能的固有解”的问题。后来虽然采用了重整化方法，但终未彻底解决问题。   为了适应新的发展需要，泡利为《物理学手册》第二版写了一篇波动力学方面的论文，题为“波动力学的一般原理”。当时，一位评论家韦尔称赞说，“泡利所写的波称为学又是非常杰出的！”这个评价至今仍然正确。二十五年以后，即1958年，同一篇论文，不经修改又出现在新的物理手册中。一般来讲，这样的论文仅仅过几年之后就变成过时的，然而泡利的论文却经得起时间的考验。    泡利到瑞士高等技术学校任职后，薛定谔已离开苏黎世大学，而薛定谔原来的位置由温策尔（G．wentzel）继承。当时，这两位教授都很年青，他们把丰富而又活跃的科学生活带到苏黎世。多年来，泡利与温策尔一起组织报告会。在报告会中实际上批判地讨论了理论物理全部领域的最重要的新研究。在高等技术学校，泡利是理论物理唯一的讲演者，而专攻这一领域的学生实际上也是不存在的。在他的请求下，他得到一位实际上是研究职位的助教。他总是选择已经取得博士学位的人来担任助教，这些助教既是他的助手，又是他的真正的学生。在苏黎世的头十年中，先后有克罗涅格（R．Kronig）、皮尔罗斯（R．Peierls）、卡西米尔（H.B.G．Casimir）和韦斯科夫（V．F．Wisskopf）等当过他的助教。这些人后来都成为这一领域的知名人物。   在苏黎世期间，泡利在物理方面最有意义的成就是提出中微子假设。他用中微子概念正确地解释了在那个时候很费解的连续谱应当默认为在假定β衰变期间随同电子发射一个中子。   泡利写这封信是在查德威克发现中子之前，而信中讨论的是涉及另外的一种粒子，所以后来费米称之为“中微子”。1933年，在索尔维会议上，泡利又提出上述建议，后来被收进这次会议的报告文集中。在场论中，泡利对分立的对称性也有过重要的研究。他写过一篇献给玻尔七十诞辰的论文，题为《不相容原理、洛伦兹群和时间一空间与电荷的反演》。他从施温格（Schwinger）等人的研究出发，运用CPT运算证明每一种洛伦兹不变的拉格朗日场论是不变的。这里的C代表正反粒子共轭，P代表空间反射，T代表时间反演。泡利所发现的CPT不变性，现在被称为CPT定理。作为一个教师，泡利的课讲得并不理想。他在黑板上写的字很小，又不规则。加上讲课时常常想到手边的论题而妨碍教学。因此，听讲者很难理解他所讲的内容。不过。他独具一格的锋利和批评性判断常常给人以深刻的印象。1954MaxBorn波函数统计解释 玻恩（MaxBorn）是一位世界著名的理论物理学家，犹太人，1882年12月11日生于德国普鲁士西里亚省的首府布雷斯劳。1933年，由于纳粹迫害，侨居英国，直到1953年退休后才回到西德。1970年1月 5日去世，享年88岁。   玻恩生长在一个科学气氛十分浓厚的知识分子家庭，父亲在大学里教解剖学。据玻恩自己回忆，他所上的中学是一所普通的德国大学预科学校，高中阶段有一位数学教师名叫马施克，也教他的物理和化学课程。当时，马可尼以无线电报种实验而闻名于世。马施克叫玻恩当助手，一次在实验室里重复了马可尼的实验。成功地把电讯号传送到隔壁房间，这激起了玻恩对物理学产生浓厚的兴趣。   在大学阶段，玻恩着重钻研数学，他从同学那里得知哥廷根是德国数学圣地，那里有著名的学者克莱因，希尔伯特和闵可夫斯基，就坚决去拜师。在哥廷根，他主要听了希尔伯特和闵可夫斯基的讲课。不久，希尔伯特要玻恩当他的私人助理，这使玻恩有机会天天看到他的工作，并经常听到他和闵可夫斯基关于科学问题的谈论。这两位数学家观察世界的方式，给破恩留下深刻的印象。   玻恩同克莱因的关系不太好。不过，有一次玻恩在克莱因等人主持的弹性问题的研究班上，提出一个关于弹性问题的报告，给克莱因留下了深刻的印象，以致使克莱因提出建议说，这个问题可以参加大学的年度奖金评比，并希望玻恩提交一篇论文。玻恩完成了论文并获得了奖金。1907年，玻恩由于掌握了最新的天文学知识而获得博士学位。   大学毕业后，他按当时德国政府的规定在柏林的一个骑兵团服役一年，据他后来回忆，在骑兵团时期，晚上在马厩里值勤时，用光滑的马背做书桌，修改他的得奖论文。为了学习物理学的基本理论，玻恩赴英国剑桥，成为冈维尔· 凯厄斯学院的研究生，六个月后，他回到家乡布雷斯劳，发现了爱因斯坦1905年关于相对论的论文，便立刻被吸引住。他把爱因斯坦的思想闵可夫斯基的数学方法结合起来，发现了一种新的方法，直接计算电子的电磁能，从而得到闵可夫斯基的赏识，便被邀请回到哥廷根协助搞相对论方面的工作。1908年12月他到达哥廷根，一由于二次在数学会上很成功地作了一个关于相对论性电子的论文报告，因而被提为讲师。1909年他在索尔维科学会议上初次会见了爱因斯坦，之后他们经常通讯，共同商讨相对论等问题。   希特勒成为德国总统以后，残酷迫害犹太人，玻恩因而被免职。1935年5月他离开德国到意大利；不久，接受英国剑桥的邀请，在那维工作一年。这期间他出版了《原子物理学》一书（这本书到1968年已七次再版）。一年后，接受印度科学院长喇曼爵士的邀请，到印度工作半年。随后，他到苏格兰的爱丁堡大学任自然哲学教授，达17年之久.在此期间，他与沃尔夫合著《光学原理》一书。玻恩的论文共有300篇以上，专著20本。1948年，玻恩应邀在牛津大学玛格德伦学院主持韦思弗利特讲座。在这里的讲稿后来整理成《因果性和机遇的自然哲学》一书问世。   1953年，玻恩到了退休年龄，在德国定居下来，继续研究物理学的哲学含义。    从1912年起，玻恩开始进行一个庞大的研究计划，他从点阵假设出发推导出一切晶体的性质。指出晶体的粒子怎样在内力作用下粘附在一起和振动的问题。这项研究的主要成果是，说明了对弹性常数间的科希关系的偏离，证明了振动光谱由两种不同类型的谱带组成，并且把P.瓦尔德关于晶体中的电磁波的绝妙的理论并入了点阵力学。   1914年，有人向玻恩提供了在柏林的一个教授职位，要他分担普朗克的一部分教学重担。1915年春，他迁往柏林，不久战争爆发，他被迫停止讲课而再度参军。他被分配到隶属于炮兵研究机构的“声学测位”部门工作。其实，在这一期间，他真正的研究工作是与化学家弗里茨·哈伯合作。他们根据纯物理学数据测定化学反应热，得到了简单的异极分子的形成热理论，这项工作一般被称为玻恩——哈伯理论。    1919年，玻恩调到法兰克福大学任教，继续从事点阵能量及其化学结构方面的工作。两年后，调任哥廷根大学物理系主任。哥廷根大学物理系在玻恩的领导下成为理论物理的中心，与哥本哈根的玻尔研究所并驾齐驱。1921年，玻恩应《数学百科全书》物理部分的编辑索末菲之约，写了一篇关于固体原子理论的论文，这篇论文后来以单行本问世，书名叫《固体的原子理论》。不久，玻恩的兴趣转向量子理论。最初他的两个助教泡利和海森堡，从玻尔——索末菲的电子轨道理论出发，着手发现新的“量子力学”。   1925年，海森堡提出一个新思想使人感到惊喜。海森堡的论文发表后，玻恩考虑了梅森堡的形式体系，发现它同数学家们所熟悉的矩阵演算是一样的。接着，玻恩同约当合作，建立了“矩阵力学”的最简单的特征。之后，他们三个人又系统地发展了这个理论，其结果非常令人满意，以至于不可能对它的有效性有任何怀疑。不久，狄拉克也在海森堡第一篇论文的启发下，完全独立地得出了同样的理论。接着，薛定谔关于波动力学的论文也相继发表了（1926年）。这样一来，好象有两种完全不们的理论。然而，薛定谔能够证明它们在数学上是完全等价的。为了寻求对波函数的正确理解，玻恩确信，粒子概念不能简单地取消，必须寻找使粒子和波一致起来的途径。玻恩在几率概念中发现了衔接的环节，证明了|ψ|2是位形空间里的几率密度。当时虽然占压倒多数的物理学家都接受了这种看法，但是始终有一些物理学家对此抱着怀疑的态度，其中有普朗克、爱因斯坦、德布罗意和薛定谔这样伟大的人物，这可以说明为什么玻恩对波函数统计解释的正确性一直到二十八年以后才被确认，并授予1954年度诺贝尔物理学奖金的理由。  　x射线衍射分析1901WilhelmConradRontgenx射线的发现1905PhilippEduardAntonLenard阴极射线工作1914MaxVonLaue晶体x射线衍射的发现1915SirWilliamHenryBraggx射线晶体结构分析SirWilliamLawrenceBragg1917CharlesGloverBarkla元素特征x射线1924KarlManneGeorgSiegbahnx射线光谱分析1927ArthurHollyComptonx射线散射康普顿效应1981KarlManneGeorgSiegbahnx射线电子能谱学显微成像结构分析1953Frits(Frederik)Zernike相村显微镜1986ErnstRuska电子显微镜1986GerdBinnig扫描隧道显微镜HeinrichRohrer　 伦琴夫人的手伦琴(clickforlarger)威廉·康拉德·伦琴（WilhelmConradRontigen）1845年3月27日生于德国下莱茵省的伦内普，他是一个服装制造商的独生子。母亲叫夏洛特·弗洛维菌，是定居于阿姆斯特丹的古老伦内普家族的一员。伦琴三岁时，家搬到荷兰的阿佩尔多恩，在那里他进人了马蒂纳斯·赫尔曼·冯·多恩专科学校，这是一所寄宿学校。在学校中他没有表现出任何特殊的才能，但他热爱大自然，喜欢在旷野和森林中漫游。他特别善于作一些机械的小发明。这种性格一直保持到晚年。1862年他进了乌德勒支的一所技术学校，在那里他因被诬告画了一位教师的漫画而被不公正地开除学籍，事实上漫画是别人画的。此后，他于1865年进人了乌德勒支大学学习物理。由于他没有得到一个正式学生应有的文凭，他在听说可以通过考试去苏黎世工业学院就学后，就参加并通过了考试，并在这里开始了作为一名机械工程学生的学习生活。他听过克劳修斯（Clausius）的讲课，还在孔脱（Kundt）的实验室工作过。孔脱和克劳修斯对他的进步有很大的影响。1869年他在苏黎世大学获得了博士学位，并被任命为孔脱的助手，同年随孔脱去维尔茨堡。三年以后他又去斯特拉斯堡。1874年他在斯特拉斯堡大学取得讲师资格。1875年被任命为符腾堡的霍恩海姆农业学院教授。1876 年回到斯特拉斯堡任物理学教授，三年后受聘为吉森大学的物理系主任。他谢绝了耶拿大学（1886年）和乌德勒支大学（1888年）聘他担任物理系主任的聘请，而接受了维尔茨堡大学（1888年）的聘请。在这里他继任了柯耳劳施（KOhlrausch）的工作，他的同事有亥姆霍兹（helmholtz）和劳伦兹（Loren。）。1899年他谢绝了去莱比锡大学任物理系主任的聘请，但在1900年应巴伐利亚政府的要求接受了慕尼黑大学的聘请，继任洛梅尔（Lommel的职务，在这里度过了他的晚年。尽管柏林德国技术物理学院曾邀请他担任院长，柏林科学院邀他担任物理所长，但他都谢绝了。伦琴的第一篇关于气体比热的文章发表于1870年，数年后又发表了一篇关于晶体热传导的论文。此外，他还研究过石英的电学性质及其他性质，气压对不同液体折射率的影响，在电磁影响下光的偏振面的变化，水和其他液体的压缩性随温度变化的函数关系，以及油滴在水中扩散时发生的现象。伦琴的名字是与他发现的射线分不开的，他把这种射线称为X射线。1895年他曾研究过电流通过超低压气体时发生的现象。在这方面进行过研究的已有J．普吕克尔（1801—1868年），J．W．希托夫（1824—1914年），C．F．瓦尔莱（1828—1883年）,E．哥尔德斯坦（1850—1931年），威廉·克鲁克斯爵士（1832—1919年）,H．赫兹（1857—1894年）和勒纳（1862—1947年）。由于这些人的工作，阴极射线的性质巳被大家所了解。阴极射线是哥尔德斯坦命名的，它是用鲁姆科夫（Rub．k．rff）感应日产生高压放电时在高度稀薄气体中引起的电流。然而伦琴对阴极射线的研究却使他发现了一种新的不同种类的射线。1895年11月8日晚上他发现，如果把放电管封在一个又厚又黑的隔绝任何光线的纸盒里，如果在一个暗室里将涂有铂氨酸钡的纸放在射线必经的路上，那么，即使把纸放在离开放电管二米远的地方也会发出荧光。在此后的实验中他发现，不同厚度的物休对于射线有不同的透光度，这可记录在照相底片上。他让妻子的手在射线和照相底片之间放了片刻，照相底片经过显影后。他看到了妻子的手的照片，手的骨骼和手上戴的一只戒指是全黑的阴影，周围的肌肉是灰色的阴影，因为肌肉更容易透过这种射线，所以投射成较淡的阴影。这是世界上第一张“X光照片”。伦琴在进一步的实验中证明，这种新的射线是阴极射线与物体碰撞时产生的。因为当时不知道这种新的射线的本质，所以伦琴称它为X射线。后来劳厄（Laue）和他的学生证明，这种射线和光一样具有电磁波性质，不同的只是X射线的振动频率更高。 伦琴获得了许多荣誉。有数个城市的街道用他的名字命名。如果列举他得到的奖金、奖章、荣誉博士学位、德国和外国各学会的名誉会员和通讯会员以及其他荣誉，那将占本书的一两页篇幅。尽管如此，伦琴仍保持非常谦逊和稳重寡言的品格。他一生都保持着对大自然的热爱，喜欢在郊野逗留，许多假期都是在韦尔迪姆的夏季别墅度过的。他喜欢在巴伐利亚的阿尔卑斯山徒步旅行，在那里招待朋友们。他曾到山中进行过多次探险。他是一位优秀的登山运动员，曾不止一次遇到危险。他的和蔼可亲的品格使他总是能理解别人的观点和困难。他不习惯于用助手，喜欢自己去工作。他用的许多仪器都是以他的才智和实验技巧自己制作的。伦琴的妻子叫安娜·路德维格，苏黎世人，她是在父亲的咖啡馆里认识伦琴的，妻子的叔父是诗人奥托·路德维格。1872年伦琴和安娜在荷兰的阿佩尔多恩结婚，没有孩子，在1887年收养了伦琴夫人的六岁侄女，名叫约瑟芬·路德维格。妻子去世四年后，即1923年2月10日，伦琴因患肺癌于慕尼黑逝世。  伦琴的诺贝尔物理奖章Ｍ．劳厄（ＭａｘＴｈｅｏｄｏｒＦｅｌｉｘｖｏnＬａuｅ）１８７９年１０月 ９日生于德国科布伦茨附近的普法芬多夫。他的父亲Ｊ．劳厄是德国军政部门的一名官员，１９１３年升为世袭贵族，常到各个城市。因此，劳厄的青年时代是在勃兰登堡、阿尔托纳、波森、柏林和斯特拉斯堡等城市度过的。劳厄在后三个城市上了学。在斯特拉斯堡新教徒学校读书时，劳厄受到高林（Ｇｏｅｒｉｎg）教授的影响，并在老师的指引下走上了严谨科学的道路。１８９８年他离开了学校，在军队里工作了一年。此后他进人斯特拉斯堡大学攻读数学、物理学和化学．不久转人哥经根大学，在Ｗ．福格特教授和Ｗ．阿伯拉罕（Ａｂｒａｈａｍ）教授的领导下工作．这两位导师对劳厄的影响很大．劳厄在慕尼黑大学度过一学期以后，于１９０２年进人柏林大学，并在Ｍ．普朗克教授的指导下工作。在这Ｂ，他听过Ｏ．卢梅尔讲授的干涉光谱学和热辐射，在劳厄关于平行板干涉现象的论文中，可以看出这些课程对他的影响．１９０３年在柏林大学获得博士学位之后，劳厄到哥廷根大学工作了两年。１９０６年被推荐到柏林理论物理研究所任Ｍ．普朗克的助手，他在这里研究了熵对于辐射场的应用和光波相干的热力学意义。１９０９年，劳厄作为编外教师在慕尼黑大学讲授光学、热力学和相对论。１９１２年他成为苏黎世大学的物理学教授。１９１４年以物理教授的身份来到美因河畔法兰克福，井从１９１６年起参加了在尼尔茨堡大学进行的军用电话和无线电通讯用的高真空管研究工作。 １９１９年被任命为柏林大学的物理教授，一直担任到１９４３年。从１９３4年起，他是柏林-夏洛腾堡物理技术研究所顾问． １９１７年，柏林-达莱姆物理研究所成立，爱因斯坦任所长，劳厄任副所长。他负责研究该所的大部分行政工作，与德国的科学研究界有密切关系。在此期间以及后来，劳厄对德国科学研究的发展有很大的影响。柏林遭受轰炸时，该研究所迁到符腾堡的海辛根，劳厄随同研究所来到此地。从１９４４年到１９４５年，他一直在这里，写了一部物理学史借以分散他对战争的忧虑。此书有四种版本，被译成七种文字。他在这里迎接了法国军队的到来，尔后他和其他九名德国科学家一起被英美使团带往英国。他在英国居留到１９４６年。在英国被监禁期间，他写了关于衍射时Ｘ射线不易被吸收的论文。１９４８年他把这篇文章呈交给哈佛大学的国际结晶学会。１９４６年他到了哥廷根，担任Ｍ．普朗克研究所代理所长和哥廷根大学的名誉教授。１９５１年被选为柏林一达莱姆的Ｆ．哈伯物理化学研究所所长。在这里他同鲍尔曼（Ｂｏｒｒｍａｎｎ）等人合作，在Ｘ射线光学方面作了许多研究．劳厄于１９５８年退休。１９５９年在柏林一达莱姆庆祝了他的八十寿辰，此后他仍积极地工作，但只再活了六个月。除了上述早期的著作外，劳厄的科学著作包括的范围很广。他在早年就对爱因斯坦的相对论有浓厚的兴趣。从１９０７年到１９１１年，他发表了八篇关于相对论的应用的论文。１９１１年出版了一本关于狭义相对论的书，１９２１年出版了一本关于广义相对论的书，这两本著作都多次再版。他的最著名的工作，即获得１９１４年诺贝尔物理学奖的工作，是发现Ｘ射线在晶体中的衍射．正如他在诺贝尔奖演讲中所说的那样，这是在研究光波通过周期性点阵排列的粒子的问题时发现的。他的想法是：极短的电磁射线（估计Ｘ射线就是这样的射线）在晶体媒质中将会引起某种衍射或者说干涉现象。虽然他和索末菲、维恩等同事在一次滑雪时讨论了这个想法，但他们对此提出了异仪。然而来平和索末菲的助手弗莱德里希作了实验，经过数次失败，最后成功地证明了这个想法是正确的。劳厄得出数学公式之后，于１９１２年公布了这个发现。他不仅确定了 Ｘ射线的本质是电磁波，同时也为亨利·布喇格先生和劳伦斯·布喇格先生后来的工作开辟了道路。后来劳厄对这个课题又作出了其他贡献．劳厄担任柏林大学理论物理学教授时，对超导问题也作出了突出的贡献。当时Ｗ．迈斯纳（Ｍｅｉｓｓｎｅｒ）正在柏林物理技术研究所研究金属在液氦温度附近时欧姆电阻消失的现象。劳尼的特别有价值的贡献是在１９３２年解释了破坏超导性的外磁场极限值为什么与物体的形状有关。这是因为在超导状态建立以后再加外磁场时，在金属表面感生的超导电流会使磁场变形。这种解释得到了证实，并为迈斯纳后来发现超导体内完全没有磁场的研究开辟了道路，成了Ｆ．伦敦和Ｈ．伦敦的超导理论的基本思想。劳厄和他们合作发表了一篇论文．在１９３７—１９４７年间，劳厄就这个课题共发表了十二篇论文，出版了一本专著．劳厄获得的荣誉和勋章有兰德伯勋章、普朗克勋章和加尔各答印度文化协会的宗教一法律金质奖章。他是波恩大学、斯图加特大学、慕尼黑大学、柏林大学、曼彻斯特大学和芝加哥大学的名誉博士；俄国科学院和柏林科学院院士；德国物理学会、数学学会和康村学会的会员；维也纳科学院院士，美国物理学会会员；法国物理学会和晶体矿物学会会员；普朗克学会名誉理事，德国伦琴学会名誉会员；哥廷根、慕尼黑、都灵、斯德哥尔摩、罗马、马德里、罗马林赛科学院和伦敦皇家学会通讯会员。１９４８年他被任命为国际结晶学家协会名誉主席。１９５２年封为爵士，１９５３年荣获联邦军金星十大宇勋章，１９５７年成为法国荣誉军团军Ｅ．许多人对劳厄的品格和敏锐的判断力有很高的评价，时常听取他的意见．他一生对德国的科学研究有很大影响。他热爱普鲁士，有强烈的正义感，处事公正。在希特勒和国社党统治时期，他甚至冒着受当局惩罚的危险去捍卫被国社党以及像物理学家勒纳那样的权势人物所反对的科学观点，例如相对论。当爱因斯坦辞去柏林科学院的职务时，该院副院长曾扬言“这不是什么损失“，劳厄是该科学院中唯一站出来反对这种论调的人。劳厄的主要爱好是航海、滑雪、爬山和驾驶摩托车。他虽然不是爬山健儿，但喜欢和科学界好友们一起游览阿尔卑斯山的冰川。他是柏林有名的摩托车手。他去讲课时开始是骑摩托车去，后来才坐小汽车。他喜欢高速度，但在那次致命的撞车前，他从未出过任何事故。劳厄晚年受到某些科学家和军事当局的攻击和追害，深有压抑之感，他鄙夷这些人。他常常是战胜了这些攻击，重新感到生活的乐趣。他没有专门学过艺术，但对许多艺术都很感兴趣，特别是古典音乐。他博览历史和科学哲理著作，他向往星辰和高山，赞叹人类的成就。他是个虔诚的教徒，曾嘱在他的墓碑上刻上“至死坚信上帝的仁慈”。劳厄于１９１０年和Ｍ．戴琴（ＭａｇｄａｌｅｎａＤｅgｅｎ）结婚。１９６０年４月８日，他驱车前往实验室，一位刚领驾驶执照才两天的摩托车手与劳厄发生了撞车事故，那人当场死去，劳厄翻车于柏林的高速公路上。救护人员把他从车下救起时，开始曾有恢复的迹象，但终因伤势过重，于4月２４日逝世，终年８０岁。 关于X射线干涉的发现                       M．劳厄（1915．11．12）   如果是其他诺贝尔奖获得者在此刻为感谢这一崇高荣誉而讲述他们的发现过程，他们可能会谈到开始时就有一个很高而又可以达到的目标，通过许多途径朝着这个目标努力，而且最先用的许多方法都失败过，后来经过多年不懈的努力，才最终达到了目标。我认为，他们赢得的荣誉是与他们克服的困难相称的。比较起来，我在这里讲的多少有些不同。但是有一点是肯定的，那就是在遇到的困难尚未完全克服之前，我就注意到了产生X射线干涉的问题，但我从不相信在这方面作出贡献是我个人的好运气，何况在我忽然找到取得成功的途径以前，我并没有过多地接触这方面的工作，因此谈不上有更多的预备性工作，只能把我个人的情况和最初产生这一思想的科学背景结合起来谈一谈。   关于X射线，它的发现者曾努力寻找过干涉或者说衍射现象，以便确定它是波动现象还是某种微粒流。伦琴虽然在其他方面的研究取得了很大成功，但在这个问题上却失败了。从一开始就有很多人支持波动观点，因为斯托克斯和维谢尔特完全有说服力地指出，根据麦克斯韦一洛伦兹电动力学，无论在什么情况下，只要带电体改变速度，就会产生电磁波。人们还知道，阴极射线是由电子组成的，电子撞击障碍物时会产生X射线。W．维恩曾想使这种见解与当时还是很年轻的量子论相符，以便对X射线的波长作出估计。他得到的值是在10e-10与与10e-9厘米之间。根据是：    如果X射线完全是由波组成的，它们就只能有比可见光短的波长。在1900年，人们至少在某种程度上知道所有的波长较长的电磁辐射，但没看到X射线的比较奇特的性质，例如它的强大的穿透本领。   因此，按照波动理论的基本原理，若想看到衍射成干涉现象，必须使实验装置的有决定意义的尺寸远小于可见光实验中采用的尺寸。哈戈（H．Haaa）和温德（C，H．Wind）以及沃尔特和坡耳用了楔形狭缝。他们证明在楔形的端点处过来的X射线束是加宽了，这是因为衍射所致。这些实验结果的意义常常是争论的课题。例如有一个学派想把这种加宽现象解释成主观的错觉。然而科赫（P．COCh）对这个实验的照片所作的光度学测量和索末菲根据这些测量结果计算出的波长4X10e-9厘米证明，“射线加宽”理论是有客观基础的。既然确定出了波长，我们就应当把这个值看作是对这个实验的一个极好的鉴定。   巴克拉发现了X射线的偏振，为这种射线的波动理论提供了进一步的证明。他让X射线管的对阴极发出的射线射到一物质（例如碳），在垂直于原辐射方向上研究从该物质散射出的次级X射线。如果让次级辐射再射到该物质上，它再次发生散射而得到三级X射线，但在垂直于次级辐射的平面内的三级射线，在一个方向上出现强度极大值，在与此垂直的方向上的射线是极小值，甚至可能完全消失。这非常清楚地说明，对于次级辐射来说，传播方向不是一个对称轴，因此它是偏振的。这个事实很难用微粒理论来解释，从光学的历史也可以清楚地看到这一点。但是它完全可以用波动理论来解释，其根据是：所有的电磁波都是横向振动，因此一般都是偏振的。波动理论也可以解释强度为零的方向平行于原射线方向这个事实。    虽然波动理论有这些重要论据，但开始并没有得到公认。直到1912年，象W．H．布喇格这样的一些专家仍坚持微粒观点。他们可以列举一系列现象来维护自己的观点，而这些现象确实不能用波动理论来解释。事实上，当X射线投射到一个物体上时，它不仅激发出上面所说的次级X射线，而且还引起电子的释放。释放的电子的速度与温度无关，也与被照射物体的其他条件无关，因此可以设想电子的动能是来自人射的X射线。但是这里也遇到了困难，因为观察到的电子速度与辐射的强度无关，事实上只与射线的硬度有关，具体地说，电子的速度是随射线硬度的增大而增大的。如果辐射强度减弱，释放的电子数目会减少，但电子的速度不受影响。出现的最大速度总是等于阴极射线激发X射线时所具有的速度，好象X射线对自己的产生过程有一种“记忆”，当X射线使电子释放时，就表现出了这个事实。   如果X射线是象单个粒子那样把能量维中于一点，那么这个问题就很容易理解。但是，按照波动理论，X射线会逐渐散开，并占据越来越大的空间。于是我们面临一个难解的问题。当我们进一步观察到被释放的电子似乎比较"喜欢”X射线的人射方问时，这就使问题变得更加复杂了。即使我们自己认为短波可见光和紫外线在光电效应中有同样的现象，也只能是一种有限的安慰。虽然这两种射线确实是波动过程，但它们也是完全不能理解的。    我们只知道我们的理解为什么不对的原因。爱因斯坦为我们提出了一个关于电子的最大速度与光波频率的关系式，式中的普朗克常数hK着决定性的作用。这个常数的发现者普朗克称它为基本作用量子。最近的测量、特别是E．瓦格纳（wagn。r）在慕尼黑进行的精确测量表明，在阴极射线激发X射线的相反过程中也存在同一个常数。X射线谱中的最高频率与阴极射线的动能同样符合爱因斯坦定律。我们遇到的问题正是量子秘密的一个特殊情况。可以说，揭示这个秘密是整个物理学界当前面临的最重要的课题。不管怎么说，在弄清楚与量子理论的关系以前，科学家们根据电子发射这个事实来反对波动理论是完全可以理解的。   但是，还是让我们再回顾一下1912年以前的情形吧。回忆我时物理学发生兴趣的时候，我很幸运地正在著名而古老的阿尔萨蒂·斯特拉斯堡教会学校接受最好的教育。那时我的主要注意力是在光学领域，包括光的波动理论。在我的大学生时代曾听过福格特、普朗克和卢梅尔的讲课。这些讲授给了我完整的。尤其是关于上面提到的那个领域的理论和实验知识，而且我在后来也确实是有所作为。正象人们常说的那样，我对波动过程有着一种特别的感受。我最初的独立工作自然是关于天然辐射在色散物质中的传播问题，是干涉现象的热力学问题．我很幸运，当时索末菲把编纂《数学科学百科全书》中的“波动光学”这一条目的任务交给了我．为了完成这项任务，我必须找出晶格理论的数学表式．这个工作在当时不能说是一种创新，因为这只是相当简单地表示栅状晶格。当时我用了不少精力想进一步变换成空间点阵，但这件工作我没有作进一步的研究，因为它在光学中没有什么实际作用。    1909年我来到慕尼黑大学，我的注意力始终放在X射线的真实性质的问题上，这首先是由于受到了伦琴在这所大学里进行的研究的影响，其次也是受到索末菲对XM线和Y射线的极大兴趣的影响。索末菲对这两种射线已做了一些研究工作．我还要补充一个重要情况，从奥伊（Hauy）和布拉维的时代起，矿物学家便根据原于的空间点阵的简单排列直观地解释了结晶学的基本定律，即有理指数定律。宗克、费多罗夫和申夫利斯（Schoenflies）使空间点阵的数学理论达到了最大的可能完善程度，但是并未从这条思路作出更深刻的物理结论，因此对于物用学家来说，这个理论仍是一个待商榷的假设，在一定程度上还是一个未知数。然而在慕尼黑，在一些大学的研究所里都陈放着家克的空间点阵模型，而且P．格罗特（Grotk）还就完京的模型作了口头的和书面的答辩，我也从那里学到了不少东西。我对他所阐述的理论越来越感兴趣。与当时为数不多的哲学家对原子的真实性所持的怀疑态度相反，我很早就确信，没有什么产谨的认识论的论据能够反对这个事实.同时实践经验也不断地提供新的证据来支持这个理论。   情况就是如此。1912年9月的一个晚上，P．爱瓦耳德（E、d4）访问了我。（他在索末菲的鼓励下对于长电磁波在空间点阵中的性质进行数学研究，而且发表了一篇有关晶体光学理论的论文。）当时他遇到了一些困难，希望和我商讨。但在当时我还不能有助于他。可是在交谈过程中，我突然想到比点阵常数短的波的性质问题。在这个问题上，我的直觉立刻给出了回答；一定会产生点陈光谱。事实上，根据固态和液态物质的原子间距，完全可以知道点阵常数是10e-8厘米。原子间距很容易根据密度、分子量和当时精确测定的氢原子质量来确定。维恩和索末菲估计X射线的波长是10e－8厘米。这样，波长和点阵常数的比例非常有利于X射线通过晶体。我立刻对爱瓦尔德说，我预料会出现X射线的干涉现象。    不久W．弗莱德里希也知道了这件事，他立即表示愿意做有关的实验，可是有一些公认的科学大师们在我向他们叙述这个观点时却持怀疑态度。经过了许多交涉，最后才允许弗莱德里希和奈平按照我的计划用很简陋的设备作了试验。所用的晶体是硫酸铜，因为容易获得它的有规则形状的大块晶体。照射方向是随意的。放在晶体后面的照相底片上立刻显示出很多偏离了的射线与原始射线共同构成的斑点，这些斑点就是所预料的点阵光谱（图1）。   弗莱德里希和条平继续进行了研究。他们使用了慕尼黑大学理论物理研究所提供的设备，不再是在任意方向上照射三斜硫酸铜晶体，而是沿结晶学指出的晶轴方向照射对称性最佳的立方晶体。从普通的和栅状的点阵理论作变换，原则上完成了理论工作。1912年6月8日纪末菲把弗莱德里希、奈平和我本人关于X射线干涉的联合报告送到慕尼黑科学院。在报告中除理论外，还有一系列很有特点的照片（图2和图3）。四个星期后，首次应用这个理论解释了沿四重对称轴照射立方晶体时得到的干涉斑（图2）。每个干涉斑对应于三个整数，属于三个空间点阵周期。三个整数的比值决定着干涉斑的位置。我在另一篇文章中提出了这些整数，和第一篇文章同时发表。这些数及它们的比值经过布喇格父子和其他科学家再一次核对，巳被完全证实了。因此，对干涉理论的正确性的初步检验表明，该理论对于这个新现象是适合的。“这不仅支持了X射线的波动概念，而且也支持了晶体的点阵理论。波长还可以从三个特定的数来确定，关于这点也在后来发表的文章中讲到了。虽然如此，我也不隐瞒下面的事实：    我对波长的确定不能象确定这些数的比例那样可靠，原因有两个。第一，从光学可以知道，在每个干涉极大值处，除了基波的波长外，还可能出现它的半波长或三次波长等等。因此，若只有极大值位置而没有别的参考，长波就仍有一个整数因子是不确定的。因此，波长就要用空间点阵的尺寸来量度。如前所述，这些尺寸的数量级确实可以估计，但想达到某种精确度，必须完全确切地知道晶体的分子结构。从数学家的研究就可知道，除了简单的空间点阵外，还可能有其他类型的点降，例如在面心和体心点阵。布喇格父子在对氯化钠结构作出正确假设时作了大胆的猜测，此后他们首次确定了某些晶体的结构类型。因此，也只有他们才能完成对波长的最后测量。   但是，关于把数学理论推广到较复杂的结构类型的方法，我几乎是一年以后才提出的，因为此时已迫切需要做这一步工作。干涉点的位置同点阵常数相同的简单点阵一样，变化极小，只是在强度公式中出现了一个新的因子，现在称为结构因子。这个因子有时为零，相应的干涉点也完全消失。如果实际上所用的晶体不是完全对称的简单点阵，而是对称性较差的晶体，那么根据这个因子可以从照相底片上对晶体的对称性得到某些了解。    这些初步研究的重大意义在后来的许多工作中很快得到了反映。最初对在这种情况下是否真会出现干涉现象的怀疑很快消除了。依我看，瓦格纳和格劳克尔（Glocker）即使证明原射线有多种波R，IgiA上也只有一种波长的X射线，这对解除上述怀疑起了很大的作用。实验研究基本上分为两个方面，一个方面是利用干涉现象研究晶体，检验晶体的空间点阵；另一个方面是X射线范围的光谱学研究。从1912年以来，在这两个领域中做了许多工作。劳伦斯·布喇格和亨利·布喇格也在这两个方面迈出了重要的一步，此外还有慕尼黑的科学家们进行的研究。如果要编一本名册广泛记载这项工作中享有荣誉的研究者的姓名，篇幅简直太大了。在这里我只能谈一下实验方法的重大改进。起先只能用生长得相当好的、但往往很难获得的晶体进行实验，经过德拜（Debye）的改进，现在可以用极细的晶体粉末做实验。这里还应提一下莫塞莱首先进行的精确测定标识X射线谱的重要实验，瑞典的塞格巴恩和斯坦斯特罗姆（Stenstr6m）对大多数重要化学元素也进行了这种实验。众所周知，这项研究对于进一步了解原子结构是非常重要的。不用说，理论同样得到了重大发展。德拜解决了为什么原子的热运动对干涉现象影响不大这个重要问题。洛伦兹指出，连续谱产生的干涉斑点是从许多邻近的波长获得能量而加强的。热运动和各种波长的共同作用这两个原因产生两个因子，它们类似于结构因子，对于涉斑点的清晰度有些影响；对斑点的位置没有影响。   最后我想谈一个至今还没有解决的问题，我相信X射线很快就能回答这个问题。关于混合晶体，有两种不同的见解。统一的意见是，原子是排列成空间点阵的，与化学上的均匀晶体一样。人们一致认为，在氯化钾和氯化林的混合晶体中，氯原子的相对位置与在纯氯化钾和纯氯化铆中的完全一样（根据布喇格父子的研究，我们知道，这两种盐有同样的空间点阵）。但是,钾原子和铷原子是怎样分布在金属原子的位置上呢？一种观点认为，这种分布完全是偶然的（可能是源出于范托夫）；另一种观点认为，它是有规律的，这样才使构成空间点阵的平行六面体的大小与分子的大小一样，使分子和平行六面体在各方面都相同，其中包括原子的排列情况。从纯理论的角度来说，我认为前一种意见的可能性似平更大，因为如果象所举的例子那样，各种混合比都是可能的，那就很难想象原子的分布既遵从结晶学的对称性，又能保持足够小的距离，以便形成基本的平行六面体。维加德（Vegard）和斯哥德鲁普对上述混合晶体作了照射实验，结果与第二种意见显然相矛盾，而且差距比这两位研究家原来想象的还要大。虽然如此，塔曼（Tamman）最近几年对各种金属（例如铜和金）的混合晶体作了化学实验，初步看来似乎是支持第二种意见。这样就为X射线干涉的广泛应用开辟了新的领域．    威廉。亨利·布喇格（ＷｉｌｌｉａｍＨｅｎｒｙＢｒａｇｇ）１８６２年７月２日生于坎伯兰的西部。他在马基特哈伯罗预科学校读书后，考人马恩岛的威廉皇家学院。１８８１年被选为剑桥大学三一学院的进修生，在著名的教师劳特（Ｅ．J．Ｒouth） 博士指导下攻读数学。１８８４年６月他取得了优等生数学考试第一部分的第三名，次年１月转人第二部分第一班学习。１８８５年有一段时间他在卡文迪许实验室学习物理学，该年年底被选为南澳大利亚阿得莱德大学的数学物理教授，此后又相继担任过利兹大学的卡文迪许物理学教授（１９０９—１９１５年），伦敦学院的奎恩讲席物理学教授（１９１５—１９２５年），皇家学院的弗莱林化学教授．他感兴趣的研究课题很多，他很会选题，并且几乎总是无意中作出某一项重要贡献，然后又会中断这项工作。然而，布喇格和他的儿子劳伦斯·布喇格在１９１３—１９１４年的工作中创立了一个极重要和极有意义的科学分支—用Ｘ射线分析晶体结构。如果说劳厄和他的同事们发现了Ｘ射线在晶体中的衍射，从而证明了Ｘ射线的波动性，那么，利用Ｘ射线系统地探测晶体结构，则应归功于布喇格父子。布喇格父子荣获１９１５年的诺贝尔奖就证明了这一点。   在第一次世界大战期间，Ｗ．Ｈ．布喇格的研究课题是与测量潜水艇位置有关的水下声音的探测与测量。他的这项工作得到了奖赏，也是他科学生涯的顶峰。他于１９１７年被任命为大英帝国骑士团司令官，１９２０年封为爵士，１９３１年获功勋奖章．从１９０７年起他一直是皇家学会会员，１９３５年被选为学会主席．   Ｗ．Ｈ．布喇格教授没有发表讲演．他曾是十六所大学的名誉博士，而且是国外一些主要学会的会员。他获得过许多奖章和奖金，其中应提到的是１９１６年的卢瑟福奖章，１９３０年由首相授予的柯普利奖章。   他有许多著作：如《SｔｕｄｉｅｓiｎＲadioactivity》，《Ｘ－ＲayｓandＣrystalＳtructure》，《ＴｈeworlｄＯｆＳounｄ》，《ＣoｎｃｅｒｎinｇｔｈｅＮatｕｒｅofＴhings》，《ＯｌｄＴｒaｄｅｓａｎｄＮｅwＫｎowleｄｇｅ》，《ＡｎIntｒｏｄuctiontoＣｒｙｓtalＡｎａｌｙｓiｓ》，《ＴｈｅＵｎｉｖｅｒｓＯfＬight》。布喇格的爱好是高尔夫球。１８８９年他同格温德琳·托德（ＧｗｅｎｄｏｌｉｎｅＴｏｌｄ）结婚。妻子的父亲查理斯·托德爵士是皇家学会会员，南澳大利亚的邮政部长和政府的天文学家。ＷＨ．布喇格同儿子劳伦斯共同获得诺贝尔奖。   Ｗ．Ｈ．布喇格爵士一生的著述之多令人惊叹。他于１９４０年８月１０日逝世。 威廉·劳伦斯·布喇格（ＷｉｌｌｉａｍＬａｗｒｅｎｃｅＢｒａｇｇ）是威廉·亨利·布喇格的儿子，１８９０年３月１３日生于澳大利亚南部的阿德莱德。他在故乡的圣彼得学院接受早年教育，而后在阿德莱德大学求学，１９０８年以优等成绩获得数学学位。１９０９年随父去英国，进人剑桥大学三一学院，考取了艾伦奖学金，并于１９１２年在自然科学考试中获优等成绩。同年秋，他开始研究劳厄发现的现象，并于１１月在《剑桥哲学学会学报》上发表了关于这个课题的第一篇论文。   １９１４年Ｗ．Ｌ．布喇格被选为三一学院自然科学研究员和讲佩同年荣获巴纳德奖章。从１９１２年到１９１４年和父亲一起工作，研究的成果以摘要形式发表（１９１５年），题为（射线和晶体结构）。这项研究使他们父子共同荣获了１９１５年诺贝尔物理学奖。从这年到１９１９年，Ｗ．Ｌ．布喇格担任法国声波测绘地图总局的技术顾问，１９１８年获得大英帝国勋章和化学硕士学位。１９１９年任曼彻斯特大学的兰沃西荣誉物理学教授一直到１９３７年。    Ｗ．Ｌ．布喇格于１９２１年被选为皇家学会会员。１９３７—１９３８年任国家物理实验室主任。从１９３８到１９５３年任剑桥大学卡文迪许实验物理学教授。１９５８到１９６0年任常任顾问委员会主席。   他于１９４１年被封为爵土，并获剑桥大学文学硕士学位。他获得都柏林大学、利兹大学、曼彻斯特大学、里斯本大学、巴黎大学、布鲁塞尔大学、列日大学、达勒姆大学的荣誉科学博士学位一科隆大学的荣誉哲学博士学位，圣安得鲁斯大学的荣誉法律博士学位。他是英国很多团体的名誉成员，同时又是美国、法国、瑞典、中国、荷兰、比利时等国的科学院名誉院士，是法国矿物和结晶学会名誉会员。   他于１９３１年获英国皇家学会的休斯奖章，１９４６年获皇家学会的皇家奖章。１９４８年获美国矿物学会的罗布林奖章。                                        劳伦斯·布喇格和他父亲在１９１５年发表了著名的论文后又合写了许多关于晶体结构的科学论文：《结晶状态》（１９３４年），《电学》（１９３６年），《矿物的原子结构》（１９３７年）。   劳伦斯爵士现在的主要兴趣是应用Ｘ射线分析蛋白质分子的结构，这项工作先是在剑桥大学的卡文迪许实验室进行，后来他主持皇家学院戴维一法拉第实验室工作时又继续了这项研究。这一合作研究已获得成功，第一次确定了生命物质是高复合分子结构．    ｗ·Ｌ·布喇格年仅二十五岁时就荣获了诺贝尔奖，因此他有“最年轻的荣获桂冠者”之称号。１９６５年１２月在斯德哥尔摩特意举行了庆贺获得“诺贝尔桂冠”五十周年的仪式，这一少有的机会引起世界的瞩目。劳伦斯爵士应诺贝尔奖基金会的邀请出席了仪式，并发表了演讲，他是诺贝尔奖获得者当中发表讲演的第一位来宾，他回顾了在自己所感兴趣的领域中五十年来所取得的进展。   １９２１年他同剑桥大学的同学艾丽斯·格雷斯·珍妮·霍普金森（Ｈｏpｋｉｎｓｏn）结婚。他们有二子二女。长子罗斯·罗伊斯（ＲｏｌｓＲｏｙｃｅ）后来成为著名的科学家，次子在剑桥仪器制造公司工作。大女儿同一外交部官员结婚，小女儿同剑桥大学基督学院院长的儿子结婚。   布喇格于１９７１年７月1日逝世。康普顿(ArthurHollyCompton)教授是美国著名的物理学家、“康普顿效应”的发现者。1892年9月10日康普顿出生干俄亥俄州的伍斯特，1962年3月15日于加利福尼亚州的伯克利逝世，终年70岁。康普顿出身于高级知识分子家庭，其父曾任伍斯特学院哲学救授兼院长。康普顿的大哥卡尔(KarL)是普林斯顿大学物理系主任，后来成为麻省理工学院院长，他是康普顿最亲密的和最好的科学带路人。   康普顿中学毕业后，升入伍斯特学院。该院具有悠久的历史传统，这对康普顿一生的事业具有决定性的影响。在这里，他所受的基础教育，几乎完全决定了他一生中对生活、科学的态度。在学院以外，康普顿熟悉许多感兴趣的事物，诸如密执安的夏令营、卡尔早期的科学实验,等等。所有这些对康普顿以后的科学生涯也都超着重要的作用。     1913年，康普顿从伍斯特学院毕业后，进入普林斯顿大学深造,1914年取得硕士学位，1916年取得博士学位。他的博士学位论文起先由里查逊(O·W·Richardson)指导，后来在库克(H·L·Cooke)指导下完成。取得哲学博士学位后，康普顿在明尼苏达大学(1916—1917)担任为期一年的物理学教学工作,随后在宾夕法尼亚州的东匹兹堡威斯汀豪斯电气和制造公司担任两年研究工程师。在此期间，康普顿为陆军通讯兵发展航空仪器做了大量有独创性的工作；并且还取得钠汽灯设计的专利。后面这一项工作跟他以后在美国俄亥俄州克利夫兰内拉帕克创办荧光灯工业密切相关；在内拉帕克期间，他跟通用电气公司的技术指导佐利·杰弗里斯(ZayJeffries)密切配合，促进了荧光灯工业的发展，使荧光灯的研制进入最活跃的年代。   康普顿的科学家生涯是从研究X射线开始的。早在大学学习时期,他在毕业论文中，就提出一个新的理论见解，其大意是：在晶体中X射线衍射的强度是与该晶体所含的原子中的电子分布有关。在威斯汀豪斯期间(1917——1919)；康普顿继续从事X射线的研究。从1918年起，他在理论在获得X射线吸收与和实验两方面研究了X射线的散射。散射数据之间的定量吻合之后，根据J·J·汤姆逊的经典理论，康普顿提出了电子有限线度(半径1.85×10-10”cm)的假设，说明密度与散射角的观察关系。这是个简单的开端，却导致了后来形成的电子以及其它基本粒子的“康普顿波长”概念。这个概念后来在他自己的X射线散射的量子理论以及量子电动力学中都充分地得到了发展。   在这一时期他的第二项研究，是1917年在明尼苏达大学跟奥斯瓦德·罗格利(Oswrald Rognley)一起开始的，这就是关于决定磁化效应对磁晶体X射线反射的密度问题。这项研究表明，电子轨道运动对磁化效应不起作用。他认为铁磁性是由于电子本身的固有特性所引起的，这是一个基本磁荷。这一看法的正确性后来由他在芝加哥大学指导的学生斯特思斯(J·C·Stearns)用实验得出的结果作了更有力的证明。    第—次世界大战后，1919至1920年间，康普顿到英国进修，在剑桥卡文迪许实验室从事研究。当时卡文迪许实验室正处于最兴旺发达的年代，许多年青有为的英国科学工作者从战场转到这里跟随卢瑟福、J·J·汤姆逊进行研究。康普顿认为它是一个最鼓舞人心的年代，在这段时间里他不仅限卢瑟福建立了关系；而且也得以与汤姆逊会面。当时，汤姆逊对他的研究能力给以高度的评价，这极大地鼓舞了康普顿，使他对自己的见解更加充满信心。康普顿跟汤姆逊的友好关系二直保持到生命的最后一刻。   在剑桥期间，由于高压X射线装置不适用，康普顿便改用γ射线进行散射实验。这—实验不仅证实格雷（T·A·Gray)其他科学家早期研究的结果，同时也为康普顿对X射线散射实验作更深人的研究奠定了基础。   之后，康普领于1920年回到美国，在圣路易斯华盛顿大学担任韦曼·克劳(Wayman Crow)讲座教授兼物理系主任。在这里他作出了对他来说是最伟大的一个发现。当时，康普顿把来自钼靶的X射线投射到石墨上以观测被散射后的x射线。他发现其中包含有两种不同频率的成分，一种频率(或波长)和原来人射的X射线的频率相同，而另一种则比原来人射的父射线的频率小。这种频率的改变和散射角有一定的关系。对于第一种不改变频率的成分可用通常的波动理论来说明，因为根据光的波动理论，散射不会改变入射光的频率。而实验中出现的、第二种频率变小的成分却令人费解，它无法用经典的概念来说明。面对这种实验所观测到的事实，康普顿于1923年提出了自己的解释。他认为这种现象是由光量子和电子的相互碰撞引起的。光量子不仅具有能量，而且具有某些类似力学意义的动量，在碰撞过程中，光子把一部分能量传递给电子，减少了它的能量，因而也就降低了它的频率。另外，根据碰撞粒子的能量和动量守恒，可以导出频率改变和散射角的依赖关系，这也就能很好地说明了康普顿所观测到的事实。这样一来，人们不得不承认：光除了具有早巳熟知的波动性以外，还具有粒子的性质。这就说明了一束光是由互相分离的若干粒子所组成的，这种粒子在许多方面表现出和通常物质的粒子具有同样的性质。康普顿的这一科学研究成果，陆陆续续发表在许多期刊上。1926年他又把先后发表的论文综合起来写成《X射线与电子》一书。   1923年，康普顿接受了芝加哥大学物理学教授职位(R·A·密立根曾经担任过这一职位)，同迈克尔逊共事。在这里担，他把自己的第一项研究定名为“康普顿效应”。由于他对“康普顿效应”的一系列实验及其理论解释，因此与英国的A·T·R威尔逊一起分享了1927年度诺贝尔物理学奖金。这时他年仅35岁。同年，他被选为美国国立科学院院士，1929年成为C·H·斯威夫特(C·H·Svift)讲座教授。    1930年，康普顿改变了自己的主要兴趣，从研究X射线转为研究宇宙射线。这是因为宇宙射线中的高能γ射线和电子的相互作用是“康普顿效应”的一个重要方面(今天，高能电子与低能光子相互作用的反康普顿效应是天文物理学的重要研究课题)。第二次世界大战期间，许多物理学家都关心“铀的问题”，康普顿更不例外。1941年l1月6日，康普顿作为国立科学院铀委员会主席，发表了一篇关于原子能的军事潜力的报告，这篇报告促进了核反应堆和原子弹的发展。劳伦斯在加利福尼亚大学发现钚，不久，曼哈顿工区冶金实验室负责生产钚，这些方面的工作主要也是由康普顿和劳伦斯领导的。费米设计的第一个原于核链式反应堆，也曾受到康普顿的支持和鼓励。   战争末期，康普顿接受了圣路易斯华盛顿大学校长的职位。二五年前，他正是在该校做出了最大的物理发现——“康普顿效应”。1954年，康普顿到了应从大学行政领导岗位上退休的年龄了。退休后，他继续讲学、教书并撰写著作。在此期间他发表了《原子探索》一书。这是一部名著，它完整而系统地汇集了战争期间曼哈顿计划中所有同事的研究成果。   康普顿是世界最伟大的科学家之一。他所发现的“康普顿效应”是发展量于物理学的核心。他的这一发现为自己在伟大科学家的行列中取得了无可争辩的地位。