20世紀人類歷史上智商最高的一張照片
1927年10月第五次索爾維會議召開,在會議上通過鏡頭記錄下了一張對近代物理學有著重要意義的照片。他們是物理學史上創造新紀元的精英,29個人之中有15人是諾貝爾獎的獲得者,也可以毫不誇張地說,他們是二十世紀科學進步的開拓者與奠基人。
照片上的人物對當今現在物理髮展有著極其重要的作用,即便很多人看到過這張圖片,也不清楚這張圖片裡面人物生平和貢獻,讓我們一一簡單看下他們在物理學的貢獻。
第一排自左至右依次是:蘭繆爾 ,普朗克,居里,洛倫茲,愛因斯坦,朗之萬,古伊,威耳孫,理查森。
第二排自左至右:德拜,努森,布喇格,克拉梅斯,狄拉克,康普頓,德布羅意,玻恩,玻爾。
第三排自左至右:皮卡德,亨利厄特,埃倫菲斯德,赫爾岑,德.唐德,薛定諤,費爾沙菲爾特,泡利,海森堡,福勒,布里淵。
蘭繆爾,美國物理學家、化學家,1932年因表面化學和熱離子發射方面的研究成果而獲得諾貝爾化學獎。
普朗克,德國物理學家,1918年諾貝爾物理學獎獲得者。普朗克是物理學領域第一個提出量子假設的人。1900年,為了解釋黑體輻射的實驗結果與經典理論的矛盾,普朗克提出,物體的能量狀態並不是連續的,而是量子化的.普朗克開創了物理學的一個新時代——量子時代。可是。普朗克本人對量子的面目卻顯示出迷茫,一直致力於尋求在經典物理學的框架內解釋他自己的發現。但是,普朗克提出量子概念的那天,1900年12月14日,卻永遠被看作是量子物理學的誕生日載入史冊。
瑪麗.居里,即居里夫人,波蘭裔法國物理學家,1903年因放射性的發現,與她的丈夫皮埃爾.居里,以及另外一個法國物理學家貝克勒爾一起獲得諾貝爾物理學獎。居里夫人出生於華沙,1891年為了求學來到法國,1895年與皮埃爾.居里結婚,並一起致力於發射性的研究。1911年,居里夫人由於放射性元素鐳和釙的發現,獲得諾貝爾化學獎,成為現代科學史上第一個兩度獲得諾貝爾獎的科學家。居里夫人是諾貝爾史上第一個同時獲得諾貝爾物理學獎和化學獎的人。
洛倫茲,荷蘭物理學家,1902年諾貝爾物理學獎獲得者。洛倫茲的名字在普通中學的物理學教科書上就有,運動電荷在磁場中會受到一個橫向力的作用,即洛倫茲力。把洛倫茲力推廣到電磁場,推廣到微觀元電流,洛倫茲力便與麥克斯韋方程一起,構成經典電動力學的基礎。由於洛倫茲力的作用,在現代實驗物理中,便有了洛倫茲加速器,即回旋加速器。洛倫茲在現代物理學中更加著名的貢獻是在1904年提出了洛倫茲變換,為相對論的時空關係奠立了數學基礎。
愛因斯坦,這是家喻戶曉的人物,他的廣義相對論和狹義相對論幾乎是創世紀的發現。愛因斯坦在廣義相對論、輻射量子論、宇宙學等領域,為現代物理學做出了歷史性貢獻。1925-1955年之間,愛因斯坦用大量的精力追求建立統一場論,試圖把引力場和電磁場在廣義相對論的基礎上統一起來,給包括宇宙在內的宏觀世界和微觀世界一個統一的完備的描述,人們在他去世的時候發現他的床上放著關於統一場的計算和掉落在床下的筆。
朗之萬,法國物理學家。朗之萬在研究氣體電離、陰極射線和X射線的次級發射,研究布朗運動及漲落理論,研究物質的順磁性和抗磁性,研究運動電荷中質量與能量的關係,等許多領域都有重要的貢獻,是當時有影響的物理學家之一。我們在大學學習非平衡態統計物理學時,接觸過一類隨機微分方程,描述一個宏觀系統的化演化與微觀布朗粒子分布和運動的關係,稱朗之萬方程,朗之萬第一個把隨機微分方程用於統計物理學研究,做出了重要的貢獻。他著的書也極其有內涵以及深奧。
古伊,物理學家。在狹義相對論建立後,古伊用快速電子偏轉實驗證明了相對論性的運動公式的正確性。
威耳孫,英國物理學家,1927年諾貝爾物理學獎獲得者。威耳孫最重要的物理學貢獻是他在1896年建立了威耳孫雲室,並用之於雲霧中的光學現象的研究,發現和記錄到雲室中α粒子和β粒子的徑跡;威耳孫雲室成為二十世紀上半葉核物理學與粒子物理學最重要的實驗研究手段之一。
理查森,英國物理學家,1928年諾貝爾物理學獎獲得者。理查森於1897年進入劍橋大學三一學院,在著名的卡文迪什實驗室學習。這一年,偉大的英國物理學家湯姆生髮現了電子,湯姆生是卡文迪什實驗室主任,理查森正是湯姆生的學生。理查森對於物理學的主要貢獻是,在對熱電子輻射的研究中,發現了飽和熱電流密度與輻射體絕對溫度、材料性質(逸出功)之間關係的理查森公式。十分可貴的是,在理查森完成這項工作的1911年,即使是世界上首屈一指的卡文迪什實驗室,實驗條件也是十分簡陋、十分艱苦的,要獲得完全不同於傳統認識的新的結論、給予完整的數學描述,其困難可想而知。理查森做到了,並且,十七八年以後,當量子理論更加完善時,理查森的結果完全與其一致。
德拜,美籍荷蘭物理學家,1936年諾貝爾化學獎獲得者。二次大戰時期,納粹當局要求在著名的德國普普朗克物理研究所工作的德拜加入德國國籍,被斷然拒絕。德拜於1940年離開德國,去美國康奈爾大學工作,直至退休。德拜早年主要從事固體物理學方面的研究工作,1912年,德拜德拜改進了愛因斯坦的固體比熱容公式,得出在常溫條件下服從杜隆-珀替定律,在絕對溫度T趨近於零時與T的三次方成正比的結論;其間,引入了著名的德拜溫度的概念。德拜用以計算固體熱容的原子振動模型,即德拜模型。德拜在物理學領域的貢獻很大,卻於1936年獲得諾貝爾化學獎,是因為他後來進行X射線衍射和化學偶極矩理論方面的研究,也取得了傑出成就。
努森,丹麥物理學家。在流體力學和傳熱學的研究中,努森發現了氣體通過多孔固體擴散時,當固體微孔的孔徑遠遠小於氣體分子的平均自由程時,氣體分子與孔壁之間的碰撞幾率,將遠大於氣體分子之間的碰撞,即遵從努森擴散公式。
W.L.布喇格,英國物理學家,1915年諾貝爾物理學獎獲得者。布喇格最重要的學術成就在晶體的X射線衍射研究方面,在德國物理學家勞厄(Max von Laue,1879-1960)X射線衍射實驗成果的基礎上,得到了X射線波長與晶體晶面間距之間的定量關係,即布喇格衍射和布喇格定律。布喇格定律給出了晶格研究的一種可靠且精確的實驗方法,奠定了物質結構的X射線譜學研究的基礎。
克拉梅斯,荷蘭物理學家。克拉梅斯曾經作為玻爾的博士生在哥本哈根學習,並在那裡工作了十年之久。後來回到荷蘭,是阿姆斯特丹數理中心的創建者之一。
狄拉克,英國物理學家,1933年諾貝爾物理學獎獲得者。狄拉克是二十世紀二十年代量子力學創立者中最年輕的學者之一。1926年,他發現了後來被稱之為費米-狄拉克統計的全同粒子系統的量子統計方法。1927年,在研究輻射的量子理論時,他提出二次量子化理論,為建立量子場論找到了一個出發點。1928年,他提出電子的相對論性運動方程,即狄拉克方程,把二十世紀物理學的兩大理論發現——相對論和量子力學結合起來,奠定了相對論性量子力學的基礎,並預言了反物質(包括正電子)的存在,1932年美國物理學家安德森發現了正電子,證實了狄拉克的預言。狄拉克在量子力學理論方面還有許多其他創見。狄拉克與1930年撰寫出版的著作《量子力學原理》,是中國學生熟悉的經典教科書。
康普頓,美國物理學家,1927年諾貝爾物理學獎獲得者。康普頓在物理學上的重大貢獻是:1020年他在英國劍橋大學卡文迪什實驗室作訪問學者時,發現了X射線的晶體散射的康普頓效應,並且藉助光子與自由電子碰撞的模型,給予康普頓效應正確的物理解釋。
德布羅意,法國物理學家,1929年諾貝爾物理學獎獲得者。提出光具有波粒二象性。1923年9-10月間,德布羅意在《法國科學院院報》上三篇關於波與量子的論文,並作為其博士學位論文的主要內容。1924年,德布羅意在其題為《量子論研究》的博士學位論文中,正式提出了物質波、即德布羅意波的概念,並給出了波長與頻率的數量關係式,即著名的德布羅意關係式。德布羅意的貢獻,成為波動力學的基礎,由此,年青的德布羅意五年後即獲得諾貝爾獎;以一篇博士論文的成果而獲得諾貝爾物理學獎,迄今也只有德布羅意一人。
玻恩,德國物理學家,1954年諾貝爾物理學獎獲得者。他的主要貢獻是,以嚴整的矩陣代數形式全面系統地詮釋了海森堡提出的「關於運動學和力學關係的量子理論」,與海森堡、泡利等人一起創立了量子力學的矩陣數學形式,也稱矩陣力學;此外,玻恩的傑出貢獻還在於他提出了波函數的統計解釋,即所謂幾率波的概念。不過,他對於量子力學的統計解釋,始終不為愛因斯坦接受,儘管他是愛因斯坦很好的朋友。玻恩後來在非線性光學、固體晶格動力學等領域做出了傑出的成就,其學術生涯長達60餘年,成就卓著,著述頗豐,發表過300餘篇論文,出版近30本著作。
玻爾,丹麥物理學家,哥本哈根學派的組織者和精神領袖,二十世紀物理學的又一個偉大旗手,1922年諾貝爾物理學獎獲得者。十九世紀末、二十世紀初,關於物質結構的研究有了飛躍性的進展,1897年,英國物理學家J.J.湯姆孫在陰極射線研究中發現了電子,並提出關於原子結構的湯姆孫模型;1911年,出生於紐西蘭的物理學家盧瑟福在α粒子散射實驗研究中,發現了原子核,並提出了原子結構的盧瑟福模型。湯姆孫模型和盧瑟福模型不能很好地回答原子輻射例如氫原子光譜的不連續問題,因而使物理學家們在剛剛經歷了電子、原子核的發現所帶來的喜悅後,又重新陷入了新的困惑。1913年,玻爾發表了長篇論文《論原子結構和分子結構》,採用物理學界已經接受了的量子假設,提出了原子定態、量子躍遷等概念,革命性地建立了原子結構的量子軌道模型,即玻爾模型。這一理論成果使他獲得諾貝爾物理學獎。玻爾更令人矚目的成就在創立和領導哥本哈根學派,在量子力學的理論研究與哲學思想方面,做出了歷史性的貢獻,也培養和造就了一大批來自世界各地的傑出的物理學家。
皮卡德,瑞士物理學家,密封壓力艙原理的發明者。 A.皮卡德也是一位聲名顯赫的探險家,1931年曾駕駛熱氣球上升到16000米的高空,成為第一個達到這個高度的人。
亨利厄特,法國化學家,在放射性與物質結構方面的研究工作領域卓有成就。
埃倫菲斯德,奧地利物理學家。埃倫菲斯德思想敏銳,是早期經典量子論的積極支持者,並為之做出了一些卓有成效的貢獻。在熱力學及相變理論中,描述二級相變的埃倫菲斯德方程,就是埃倫菲斯德的貢獻。
赫爾岑,不詳。
德唐德,比利時數學家、物理學家,從事牛頓力學的化學親合力和吉布斯自由能、以及不可逆過程熱力學方面的研究工作。
薛定諤,奧地利物理學家,1933年諾貝爾物理學獎獲得者。薛定諤是二十世紀二十年代量子力學的主要創立者之一,他的貢獻是,在愛因斯坦光量子假說和德布羅意物質波假設的基礎上,根據經典力學和幾何光學的類比,提出了適應於量子論的波動力學方程,即薛定諤方程,這是我們在大學量子力學教材中接觸到的第一個嚴整的數學描述。1926年,薛定諤連續發表多篇題為《量子化就是本徵值問題》的論文,系統地闡明了波動力學理論。幾乎與之同時,量子力學的其他創立者W.K.海森堡等人提出了以矩陣形式來描述粒子體系的運動規律,建立了矩陣力學表象。儘管在對於量子力學的解釋,薛定諤和德布羅意、愛因斯坦,與海森堡和玻恩、泡利、玻爾,形成了觀點尖銳對立的兩大陣營,但是,物理學家們卻一致認為,薛定諤的波動力學和海森堡等人的矩陣力學,對於描述微觀粒子體系的運動規律來說是完全等價的。薛定諤後來一直沒有放棄深入探討波動力學的的應用和統計詮釋的研究工作,還致力於與愛因斯坦一起探討廣義相對論、宇宙學、統一場論等方面的問題。薛定諤還是一位特別富於哲學探索精神的自然科學家,他的著名著作《生命是什麼》、《科學和人文主義》都有相當大的影響。
費爾沙菲爾特,比利時物理學家。
泡利,瑞士籍奧地利物理學家,1945年諾貝爾物理學獎獲得者。在物理學課程中,泡利的名字為人們所熟悉,是因為關於原子殼層結構的一條重要原理叫泡利不相容原理。核外電子的狀態,是有四個量子數(主量子數、軌道角動量量子數、磁量子數、自旋磁量子數)來確定的;泡利不相容原理指出,任何兩個電子都不可能具有完全相同的四個量子數。泡利是早期量子力學的創立者之一,也是哥本哈根學派的重要成員,後來把主要精力放在粒子物理學和量子場論的研究上。1930年,泡利針對β衰變中角動量和能量不守恆的問題,提出了中微子假設;在1931年的物理學國際會議上,泡利甚至頗帶些調侃地說,之所以β衰變中能量不守恆,是因為在反應過程中,微小的一部分能量被一個叫做中微子的傢伙偷走了。中微子是不帶電的,泡利當時把它稱之為「中子」;中子本來是1920年前後盧瑟福在建立和完善他的原子模型的過程中提出的一個概念,和泡利的「中子」有完全不同的意義。1932年,英國物理學家查德威克發現了盧瑟福的中子,並因此獲得了1935年的諾貝爾物理學獎。在中子發現以後,根據著名的美國物理學家E.費米提出的建議,泡利的「中子」被改稱為中微子。中微子是基本粒子的一種,它既不帶電,又沒有靜止質量,所以,儘管早在1930年就被泡利從理論上語言了它的存在,而實驗上發現它的蹤跡,卻是26年以後。
海森堡,德國物理學家,1932年諾貝爾物理學獎獲得者。海森堡是矩陣力學的創建者,以玻爾為領袖的哥本哈根學派的重要成員之一。1927年,海森堡提出了測不準關係,即由波函數描述的粒子的狀態,其空間坐標(即位置)和動量,不可能同時獲得精確測量。海森堡的測不準關係和玻恩的波函數的幾率解釋,一起構成量子力學詮釋的物理基礎。海森堡在原子結構和基本粒子、量子場論等領域也做了許多探索性的工作。海森堡還長於自然科學的哲學思考,撰寫過許多哲學論著,例如《物理學與哲學》等等。
福勒 ,英國的物理學家。福勒在劍橋大學三一學院學習數學,後來,回到三一學院任教,轉向物理學研究,在熱動力學和統計力學研究方面有所建樹。1931年,福勒提出熱力學弟零定律,即熱平衡定律,對於溫度的定義與實驗測定具有重要的意義。1932年,福勒受聘擔任著名的卡文迪什實驗室理論物理主持人,許多傑出的物理學家在這裡受到福勒的指導與培養。
萊昂.布里淵,法國物理學家。我們熟悉的以布里淵的名字命名的物理學發現與理論,有光的散射理論中的布里淵散射,固體能帶理論中倒易空間的的布里淵區。布里淵在量子力學、固體物理、資訊理論等多個領域的研究,都有所貢獻。
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