諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)百年回顧

　　諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)百年回顧

　　20世紀(jì)，物理學(xué)成就輝煌．諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，從一個(gè)側(cè)面紀(jì)錄了當(dāng)代最優(yōu)秀物理學(xué)家?jiàn)^斗的足跡．值此世紀(jì)交替之際，我們編寫這篇文章，對(duì)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)作百年回顧，以饗讀者。

　　1901年

　　倫琴（WilhelmConradRontgenl845～1923）因發(fā)現(xiàn)倫琴射線（即通常所說(shuō)的X射線）以及對(duì)倫琴射線性質(zhì)的研究，獲得了第一屆(1901年度）諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．

　　1895年11月8日，當(dāng)倫琴用克魯克斯管做實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)工作臺(tái)上的氰亞鉑酸鈉紙屏能發(fā)出熒光．他分別用紙和書本遮住紙屏，紙屏仍然發(fā)光．使倫琴更為驚訝的是，當(dāng)他把手放在紙屏前時(shí)，紙屏上留下了手骨的陰影．經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，倫琴認(rèn)為從克魯克斯管中放出的是一種穿透力極強(qiáng)的射線，并把它命名為“X射線”（因?yàn)楫?dāng)時(shí)倫琴并不明白這種射線的本質(zhì)，故用數(shù)學(xué)上經(jīng)常使用的未知數(shù)符號(hào)X來(lái)命名．現(xiàn)在我們知道，X射線就是波長(zhǎng)大約在0．01～50埃之間的電磁波）．此后，倫琴發(fā)表了《關(guān)于一種新射線的初步報(bào)告人《論一種新型的射線》、《關(guān)于X射線的進(jìn)一步觀察》等一系列研究論文．倫琴還進(jìn)行了X射線光源的研制，制成了第一個(gè)X射線管．

　　倫琴射線是人類發(fā)現(xiàn)的第一種“穿透性射線”，它能穿透普通光線所不能穿透的某些材料．在初次發(fā)現(xiàn)時(shí)，倫琴就用這種射線拍攝了他夫人的手的照片，顯示出手的骨骼結(jié)構(gòu)，這在社會(huì)上引起了很大的轟動(dòng)．如今，X射線已得到了廣泛的應(yīng)用．例如，在醫(yī)療中廣泛應(yīng)用X射線作人體的透視；在工業(yè)中應(yīng)用它作零件探傷等．

　　為紀(jì)念倫琴對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)，后人將X射線命名為倫琴射線，并以倫琴的名字作為X射線和r射線等的照射量單位．

　　1902年

　　洛侖茲（HendrikAntoonLorentz1853～1928）與塞曼（PietrZeeman1865～1943）因研究磁場(chǎng)對(duì)輻射現(xiàn)象的影響、發(fā)現(xiàn)塞曼效應(yīng)，分享了1902年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　1896年，塞曼利用一半徑為10英尺的凹形羅蘭光柵來(lái)觀察處于強(qiáng)磁場(chǎng)中的鈉火焰的光譜，發(fā)現(xiàn)光譜線在磁場(chǎng)中發(fā)生了分裂，這就是塞曼效應(yīng)．洛侖茲用他自己所提出的經(jīng)典電子理論部分地解釋了這種效應(yīng)。隨后，塞曼又用實(shí)驗(yàn)證明了洛侖茲的推斷。

　　塞曼效應(yīng)是19世紀(jì)末至20世紀(jì)初實(shí)驗(yàn)物理學(xué)中最重要的成就之一，是繼1845年法拉第發(fā)現(xiàn)“法拉第效應(yīng)”和1875年克爾發(fā)現(xiàn)“克爾效應(yīng)”之后，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)的磁場(chǎng)對(duì)光有影響的第三個(gè)實(shí)例．它從實(shí)驗(yàn)角度為光的電磁理論提供了一個(gè)重要的證據(jù)，同時(shí)，塞曼效應(yīng)也證實(shí)了電子論在理解光譜和原子結(jié)構(gòu)方面的正確性，大大拓寬了這方面的實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域．另外，塞曼效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)也可以說(shuō)是1896～1897年間電子的4次獨(dú)立發(fā)現(xiàn)之一，因?yàn)閷?duì)于塞曼效應(yīng)中輻射的負(fù)電粒子，塞曼計(jì)算的荷質(zhì)比與湯姆遜在偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中確定的電子的荷質(zhì)比是一致的。

　　洛侖茲是塞曼的老師．1885年，當(dāng)塞曼進(jìn)入萊頓大學(xué)時(shí)，他就在洛侖茲和昂尼斯的指導(dǎo)

　　下學(xué)習(xí)物理學(xué)．洛侖茲是近代卓越的理論物理學(xué)家，除了磁光方面的貢獻(xiàn)外，他還補(bǔ)充和發(fā)展了經(jīng)典的電磁學(xué)理論，創(chuàng)立了經(jīng)典的電子論；確定了電子在磁場(chǎng)中所受的力，即“洛侖茲力”；提出了“洛侖茲變換”，為愛(ài)因斯坦創(chuàng)建“狹義相對(duì)論”開(kāi)辟了道路．愛(ài)因斯坦稱洛侖茲為“我們時(shí)代最偉大、最高尚的人”；為了紀(jì)念洛侖茲的卓著功勛，荷蘭政府決定從1945年起，把他的生日定為“洛侖茲節(jié)”。

　　1903年

　　貝克勒爾（AntoineHenriBecquerel1852～1908）因發(fā)現(xiàn)天然放射性、皮埃爾·居里（PierreCurie1859～1906）和瑪麗·居里（MarieCurie1867～1934）夫婦因在放射學(xué)方面的深入研究和杰出貢獻(xiàn)，共同獲得了1903年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．

　　1896年3月，貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，與雙氧鈾硫酸鉀鹽放在一起但包在黑紙中的照相底板被感光了．他推測(cè)這可能是因?yàn)殁欫}發(fā)出了某種未知的輻射．同年5月，他又發(fā)現(xiàn)純鈾金屬板也能產(chǎn)生這種輻射，從而確認(rèn)了天然放射性的發(fā)現(xiàn)．后來(lái)，居里夫婦將其稱為“放射性”．現(xiàn)在，我們稱其為天然放射性．盡管貝克勒爾當(dāng)時(shí)錯(cuò)誤地認(rèn)為它是某種特殊形式的熒光，但天然放射性的發(fā)現(xiàn)仍不愧是劃時(shí)代的事件，它打開(kāi)了微觀世界的大門，為原子核物理學(xué)和粒子物理學(xué)的誕生和發(fā)展奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)．

　　居里夫婦對(duì)放射性進(jìn)行了深入研究．居里夫人在所研究的各種放射性礦物質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)瀝青鈾礦的放射性要比鈾鹽的強(qiáng)幾倍．她認(rèn)為在瀝青鈾礦中一定含有某種未知的、放射性很強(qiáng)的元素．于是，她和她的丈夫皮埃爾·居里在實(shí)驗(yàn)室中用化學(xué)方法和測(cè)定放射性的手段，在成噸的瀝青鈾礦中艱辛地尋找這種微量的未知元素．1898年7月，居里夫婦發(fā)現(xiàn)了放射性元素外；同年12月，他們又發(fā)現(xiàn)了放射性元素鐳．

　　此后，他們花了4年的時(shí)間研究鐳的放射性，并從8噸鈾礦殘?jiān)�中成功提煉�?．l克的鐳鹽，從而得以測(cè)定它的原子量．由于轄的放射性強(qiáng)度比鋼高200萬(wàn)倍，它的發(fā)現(xiàn)有力地推動(dòng)了放射性現(xiàn)象的研究，開(kāi)創(chuàng)了原子時(shí)代．

　　值得一提的是，在1906年皮埃爾·居里車禍身亡后，居里夫人強(qiáng)忍悲痛，繼續(xù)從事放射性研究．1910年，她分離出0．l克純鐳金屬，并確定了鐳發(fā)射的B射線就是電子束流．由于居里夫人取得的這些重大成果，1911年她再度被授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，成為第一個(gè)在不同學(xué)科領(lǐng)域獲得兩次諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家．居里夫人的忘我獻(xiàn)身精神、嚴(yán)格的科學(xué)態(tài)度和她的成就一樣，受到世界科學(xué)界的廣泛推崇．后人將放射性強(qiáng)度的單位命名為居里．

　　1904年

　　瑞利（LordJohnWilliamStruttRayleigh1842～1919）因發(fā)現(xiàn)稀有元素“氬”和在氣體密度精確測(cè)量方面所作出的貢獻(xiàn)，獲得了1904年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．

　　1894年8月13日，當(dāng)英國(guó)科學(xué)家在牛津開(kāi)會(huì)時(shí)，瑞利和化學(xué)家拉姆賽（因發(fā)現(xiàn)氖、氬、氪等隋性氣體獲1904年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）在大會(huì)上宣布他們發(fā)現(xiàn)了一種新的氣體元素．這種新的氣體和氧、氮等一樣都是大氣的組成部分，但是它幾乎不和任何元素發(fā)生反應(yīng)，因此他們將其命名為氨（Argon，意即不活潑）．

　　事實(shí)上，在發(fā)現(xiàn)氬氣以前，瑞利已花了20年的時(shí)間精確測(cè)量各種氣體的密度．1892年，在測(cè)定氮?dú)饷芏鹊膶?shí)驗(yàn)過(guò)程中，他發(fā)現(xiàn)用從空氣中得到的氮?dú)鉁y(cè)得的密度為1．2572克／升，而用從氨氣中得到的氮?dú)鉁y(cè)定的密度為l．2408克／升，兩者相差0．0064克／升．此后，瑞利又進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)都得到了相同的結(jié)論．拉姆賽認(rèn)為，空氣中含有一種未知的較重的氣體，這種氣體混在氮?dú)庵校�使它密度變大了．兩人又用不同的方法收集了這種未知?dú)怏w，并進(jìn)行了光譜分析，發(fā)現(xiàn)在光譜中出現(xiàn)了已知空氣成分中的元素所沒(méi)有的新譜線，這就說(shuō)明未知?dú)怏w是一種還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)的新氣體，氫氣就這樣被發(fā)現(xiàn)了．