圖說歷史——網友無奈吐槽物理書是這麼變厚的

圖說歷史——網友無奈吐槽物理書是這麼變厚的

第五次索爾維會議

眾多網友在學生階段,對物理總是感到頭痛。本文選擇了一張改變物理學歷史的圖片,為大家講解物理學的發展以及為什麼我們的物理書那麼厚!

此圖拍攝於1927年10月召開的第五次索爾維會議。此次會議主題為“電子和光子”,世界上最主要的物理學家聚在一起討論新近表述的量子理論。會議上最出眾的角色是愛因斯坦和尼爾斯·玻爾。前者以“上帝不會擲骰子”的觀點反對海森堡的不確定性原理,而玻爾反駁道,“愛因斯坦,不要告訴上帝怎麼做”——這一爭論被稱為玻爾-愛因斯坦論戰。參加這次會議的二十九人中有十七人獲得或後來獲得諾貝爾獎。瑪麗·居里是照片中唯一一位女性。

我們常常在各種科學書籍中看到這張相片,不可否認的是正因為這些人的存在,人類的歷史才得以獲得今天如此的成就。

下面我們就正式介紹他們:

前排左起:I.朗繆爾(I.Langmuir) M.普朗克(M.Planck) M.居里夫人(Mme Curie) H.A.洛侖茲(H.A.Lorentz) A.愛因斯坦(A.Einstein) P.朗之萬(P.Langevin) ch.E.古伊(ch.E.Guye) C.T.R.威爾遜(C.T.R.Wilson) O.W.理查森(O.W.Richardson)

中排左起:P.德拜(P.Debye) M.克努森(M.Knudsen) W.L.布拉格(W.L.Bragg) H.A.克萊默(H.A.Kramers) P.A.M.狄拉克(P.A.M.Dirac) A.H.康普頓(A.H.Compton) L.德布羅意(Leipziger Gruppe Broglie) M.波恩(M.Born) N.波爾(N.Bohr)

後排左起:A.皮卡爾德(A.Piccard) E.亨利厄特(E.Henriot) P.埃倫費斯特(P.Ehrenfest) Ed.赫爾岑(Ed.Herzen) Th.德唐德(Seiten in Vorbereitung Donder) E.薛定諤(E.schrodinger) E.費爾夏費爾特(E.Verschaffelt) W.泡利(W.Pauli) W.海森堡(W.Heisenberg) R.H.富勒(R.H.Fowler) L.布里淵(L.Brillonin)

照片中獲得過諾貝爾物理獎的有:洛倫茲1902,居里夫人1903,布喇格1915,普朗克1918,愛因斯坦1921,玻爾1922,康普頓1927,海森伯1932,薛定諤1933,狄拉克1933,泡利1945,玻恩1954。獲得諾貝爾化學獎的有:居里夫人1911,德拜1936

 
  現代物理學奠基人愛因斯坦
  愛因斯坦,美籍德國猶太裔,理論物理學家,相對論的創立者,現代物理學奠基人。  
  1921年獲諾貝爾物理學獎,1999年被美國《時代週刊》評選為“世紀偉人”。
  愛因斯坦曾經是量子力學的催生者之一,但是他不滿意量子力學的後續發展,愛因斯坦始終認為“量子力學(以波爾為首的哥本哈根詮釋:“基本上,量子系統的描述是機率的。一個事件的機率是波函數的絕對值平方。”)不完備”,但苦於沒有好的解說樣板,也就有了著名的“上帝不擲骰子”的否定式吶喊!愛因斯坦到過世前都沒有接受量子力學是一個完備的理論。愛因斯坦還有另一個名言:“月亮是否只在你看著他的時候才存在?”


  1927年10月參加第五屆布魯塞爾索爾維物理討論會,開始同哥本哈根學派就量子力學的解釋問題進行激烈論戰。發表《牛頓力學及其對理論物理學發展的影響》。

  
  量子力學前輩馬克斯·普朗克
  第五屆索爾維會議討論的核心是有關量子力學的,而追溯量子力學就不得不提及一個人,那便是馬克斯·普朗克(MaxPlanck1858~1947,前排左二),德國物理學家,“量子力學之父”。參加這屆索爾維會議時他已經69歲,德高望重,是當然的前輩。

19世紀末,揚棄古典物理學的觀念已提上日程。因而消除牛頓力學和麥克斯韋電磁場這兩大理論之間的不一致,就成為二十世紀物理學發展的前提。普朗克此時提出了一個大膽的假說,在科學界一鳴驚人。這一假說認為輻射能(即光波能)不是一種連續的流,而是由小微粒組成的。他把這種小微粒叫做量子。普朗克的假說與經典的光學學說和電磁學說相對立,使物理學發生了一場革命,使人們對物質性和放射性有了更為深刻的瞭解。 

 
  反叛的哥本哈根學派


  該屆索爾維會議上有三大陣營。以玻爾為中心的便是哥本哈根學派,年輕、激情是他們的標籤,因而被稱為反叛的一群。其中有尼爾斯·玻爾、馬克斯·玻恩、海森堡、沃爾夫岡·泡利等。  
  尼爾斯·玻爾(NielsBohr,1885-1962,中排右一),在量子力學的發展上提出了具有突破性的“對應理論”,成為量子力學的奠基人之一,哥本哈根學派的掌門人。  
  馬克斯·玻恩(MaxBorn,1882-1970,中排右二)是德國理論物理學家,量子力學的奠基人之一。從1923年開始,他致力於發展量子理論。由於他從具體的碰撞問題的分析出發,提出了波函數的統計詮釋波函數的二次方代表粒子出現的概率,於1954年獲得了諾貝爾物理學獎。  
  同為德國人的海森堡(WernerKarlHeisenberg,1907-1976,後排右三)是量子力學第一種有效形式(矩陣力學)的創建者,他更是為後人留下了一個神秘詭譎的“海森堡之謎”。“二戰”期間,納粹德國召集眾多科學家研製原子彈,海森堡是其中核心人物,但最後德國並沒有造出原子彈,有一說法正是海森堡沒有盡全力,但海森堡本人一直拒絕披露其中的真相。   
  美籍奧地利科學家沃爾夫岡·泡利(WolfgangPauli,1900-1958,後排右四)是迎著20世紀的曙光來到世界的,父親、教父堅深的物理學背景使其從小在物理學的潤“物”細無聲中成長。泡利是上世紀主要的理論物理學家之一。不相容原理、核子自旋的假設、中微子的假設,以及粒子自旋和統計之間關係的闡述,都是他對物理學的發展作出的卓越的貢獻。

  
  哥本哈根學派的質疑者
  儘管哥本哈根學派所提出的量子力學有無窮的魅力,但愛因斯坦、薛定諤、德布羅意等人還是對此提出了質疑,這些質疑同樣促進了量子力學的發展。   
  阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein,1879-1955,前排正中)的名字與相對論是截然不可分的,不過這位20世紀最有智慧的頭腦還提出過光量子,他和馬克斯·普朗克、尼爾斯·玻爾一樣為量子力學最初的發展做出了巨大貢獻。在這張照片中,他居於最突出的位置,可見他當時的地位。  
  埃爾溫·薛定諤(Erwin Schrodinger,1887-1961,後排右六)是奧地利理論物理學家。20世紀20年代,因為量子力學的發展,薛定諤的名字與愛因斯坦、玻爾、玻恩、海森堡等捆在了一起,而那隻半死半活的“薛定諤的貓”更是科學史上著名的怪異形象之一。1933年,薛定諤因建立描述電子和其他亞原子粒子的運動的波動方程,獲得諾貝爾物理獎。在愛因斯坦和玻爾的論戰中,他是支持愛因斯坦最有力的科學家。  
  路易·德布羅意(Louls-Victorde Broglie,1892-1987,中排右三)是法國著名理論物理學家,物質波理論的創立者。1924年11月,德布羅意在博士論文中闡述了著名的物質波理論,並指出電子的波動性。這一理論為建立波動力學奠定了堅實基礎。由於這一劃時代的研究成果,使他獲得1929年的諾貝爾物理學獎,同時也使他成為第一個以學位論文獲得諾貝爾獎金的學者。 

 
  實驗派:我走我的獨木橋
  照片中,除以愛因斯坦和玻爾為軸心人物的兩大陣營外,還有另一派,那是隻關心實驗結果的實驗派,包括布拉格和康普敦。   
  康普頓(A.H.Compton,1892—1962,中排右四),他於1922—1923年間研究了X射線經金屬或石墨等物質散射後的光譜。在索爾維的峰會上,他傾心於他的實驗成果,報告了康普頓實驗以及其和經典電磁理論的不一致,而勞倫斯·布拉格則做了關於X射線的實驗報告。出現在照片中的威廉·亨利·布拉格(W.H.Bragg,1862-1942,中排左三)便是其父親,現代固體物理學的奠基人之一。由於在使用X射線衍射研究晶體原子和分子結構方面所作出的開創性貢獻,他與兒子分享了1915年諾貝爾物理學獎。  


  物理學界的明星主持人
  荷蘭物理學家亨德里克·安東·洛倫茲(HendrikAntoonLorentz,1853—1928,前排左四),在萊頓大學任教期間創立了電子論,並與塞曼因研究磁場對輻射現象的影響,發現塞曼效應,分享了1902年度諾貝爾物理學獎。1904年他提出著名的洛侖茲變換公式,並指出光速是物體相對於以太運動速度的極限。   


  洛侖茲不僅是物理學界的明星人物,由於其通曉人文地理,且掌握多門外語,是國際物理學界的各種集會很受歡迎的主持人,此次物理學家的峰會便是由其主持。  

  
  埃倫費斯特、狄拉克和德拜
  三人中埃倫費斯特對量子力學的發展也起過積極的作用。埃倫費斯特(P.Ehrenfest,1880-1933,後排左三),荷蘭物理學家。如果說,玻爾的對應原理是在經典物理學和量子力學之間架起的一座橋樑,那麼,埃倫費斯特的浸漸原理則是兩者之間的又一座橋樑。  
  1906年,埃倫費斯特開始研究普朗克輻射定律的統計力學基礎。愛因斯坦對他的思想評價頗高,1914年稱埃倫費斯特的原理為“浸漸假說”。玻爾也充分肯定埃倫費斯特的貢獻,承認在自己後來的工作中浸漸原理起了很重要的作用。   
  保羅·A·M·狄拉克(PaulAdrienMauriceDirac,1902-1984,中排左五)是一位英國物理學家。他長期從事科學研究,創立量子電動力學;1928年建立“狄拉克方程”,即相對論形式的薛定諤方程;這個貌似簡單的方程式從理論上預言了正電子的存在,具有劃時代的意義;它對原子結構及分子結構都給予了新的詮釋。   
  1935年他曾來中國,在清華大學講學,並曾被選為中國物理學會名譽會員。  


  彼得·德拜(PeterDebye,1884-1966,中排左一),是出生於荷蘭的美國物理化學家。因通過偶極矩研究及X射線衍射研究對分子結構學科所作貢獻而於1936年獲諾貝爾化學獎金。

  
  居里夫人
  物理學,在通常的認識中是被男性佔據的領地。夢之隊差一點又將佐證這一常識,但偏偏就有那麼個“出格”的人打破了這一“神話”,那便是居里夫人。
  1867年出生的居里夫人(MarieCurie,1867-1934,前排左三)儘管受教育較晚,卻一點都沒阻攔她在物理學、化學等領域的研究和所作的貢獻。居里夫人憑著堅韌的精神前進在嚴肅的學術領地中,她選擇“放射性”作為其一生要攻克的領地,研究了許多物質,發現釷及其化合物的特性與鈾相同。研究瀝青鈾礦時,她發現了鐳和釙。1910年她成功地分離了純鐳。因居里夫人的突出貢獻,她曾兩次獲諾貝爾獎,1903年的物理獎,1911年的化學獎。  

以上這些人物,是二十世紀物理科學的最傑出代表,他們在量子論和相對論兩個方向上所做的貢獻,不僅徹底改變了人們的物質生活,而且改變了人類的思維方式和時空觀念。在知識界可以這樣說,不懂得這些思想的人,基本上可以視為落後於這個時代。

他們都先後獲得過諾貝爾物理獎。諾貝爾獎金之所以被公認為科學界的最高榮譽,實際上正是因為在二十世紀前期,年年都授予這些人,從而確立了這項獎金的威信。


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