20世纪上半叶南京大学物理学科的科学贡献
潜心科研累累硕果——记南京大学物理系教授盛利
潜心科研累累硕果——记南京大学物理系教授盛利舒雅【期刊名称】《海峡科技与产业》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】2页(P87-88)【作者】舒雅【作者单位】【正文语种】中文盛利，1996年南京大学物理系获博士学位，1996-1999年在Houston大学做博士后，1999－2008年在美国M-I LLC公司做高级研究工程师，2008年归国任南京大学物理系教授。
在自旋和量子输运理论、自旋电子学/低维电子系统的量子调控、磁性纳米结构和低维物理、关联电子体系理论等方面做出过系列有创新意义的工作。
他曾作为第二获奖人获国家自然科学奖二等奖一项，获奖项目名称是“自旋输运和巨磁电阻理论”。
截至2012年，已发表SCI学术论文80多篇，其中包括在美国的《Physical Review Letters》上14篇和《Physics Review B》上30余篇。
研究成果受到国内外同行的广泛关注，论文被他人引用超过1000次。
在量子领域竞风流近年来，盛利主要从事凝聚态物理的研究。
据盛利教授介绍，凝聚态物理学（condensed matter physics）是从微观角度出发，研究由大量粒子（原子、分子、离子、电子）组成的凝聚态的结构、动力学过程及其与宏观物理性质之间的联系的一门学科。
凝聚态物理是以固体物理为基础的外向延拓。
经过半个世纪的发展，目前已形成了比固体物理学更广泛更深入的理论体系。
特别是八十年代以来，凝聚态物理学取得了巨大进展，研究对象日益扩展，更为复杂。
由于凝聚态物理的基础性研究往往与实际的技术应用有着紧密的联系，凝聚态物理学的成果是一系列新技术、新材料和新器件，在当今世界的高新科技领域起着关键性的不可替代的作用。
近年来凝聚态物理学的研究成果、研究方法和技术日益向相邻学科渗透、扩展，有力的促进了诸如化学、物理、生物物理学和地球物理等交叉学科的发展。
在2002年度国家科学技术奖励大会上，由南京大学物理学系邢定钰、盛利、顾若愚、刘楣、董锦明等人完成的研究成果《自旋输运和巨磁电阻理论》荣获2002年度国家自然科学二等奖。
物理学的进步对社会发展的贡献
物理学的进步对社会进展的奉献早在1000 多年前，马克思就把科学首先看成是历史的有力的杠杆，看成是最高意义上的革命力气。
其中，物理学争论提高了我们对自然界的根本生疏，产生了对人类有深远意义的学问。
它所孕育出的技术扎根于我们的文化中。
因此，物理学的每一次革命都会推动人类社会的巨大进步。
一、日心说的建立——科学战胜神学古希腊曾制造过绚烂的科学文化。
从公元5 世纪起，西方进入了黑暗的中世纪。
此后，“科学只是教会恭顺的婢女”。
地心说的思想博大精深并计算准确，基督教将它与神学融为一体，形成了封建神权的思想根底。
由于神学的桎梏，在此后1000 多年的历史长河中西方科学停滞不前。
中世纪末，先进的思想家们发起了文艺复兴运动，同时宗教界也兴起了改革。
这二者的结合，为科学和文艺的复兴鸣锣开道。
科学，从今开头了困难的革命。
1543 年，哥白尼提出了日心说。
日心说与地心说比较，最大的区分就是把宇宙的中心由地球换成了太阳。
也将宇宙的中心放在一个“象征性的太阳”上在计算精度方面，哥白尼的星表“并不远比那些被它们所代替的表好”。
另外，日心说还存在两个无法解答的问题：假设地球在运动，第一，为什么看不到恒星的视差?其次，竖直上抛的物体为什么会落回原处所以直到临终前，哥白尼才出版了《天体运行论》。
但日心说在客观上产生了向宗教神学挑战的效果。
对地心说进展脱胎换骨的改造的是开普勒。
他从弟谷·布拉赫大量的准确有天文观测资料中，总结出了行星运动三定律。
其第肯定律指出：行星绕太阳运动的轨道是一个椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上，从而确立了太阳在宇宙中真正的中心地位这样一来，开普勒引起了教会的极度不满。
他虽然被任命为“皇家数学家”，但长期领不到薪俸，只能靠为皇室贵族算命维持生计。
开普勒说：“假设‘占星术’女儿不争来两份面包，那么‘天文学’母亲就准会饿死。
”1630年11 月，开普勒因贫病交加而死。
伽利略为保卫、进展和传播哥白尼学说作出了特别的奉献。
2.现代物理学的辉煌成就汇总
2、现代物理学的辉煌成就二十世纪物理学对人类的思维方式和社会发展做出了三方面的重要贡献：第一，相对论、量子力学和它们相结合产生的量子场论从根本上改变了人类对时空和宇宙万物的看法，使人们从绝对的决定论的宇宙观变为辩证的唯实的宇宙观。
第二，二十世纪物理学是带头的学科，它带动了化学、天文、材料、能源、信息等学科的发展，它为生物、医疗、地学、农业提供了强大的探测手段和研究方法。
物理学在半导体、集成电路、激光、磁性、超导等方面的发现奠定了信息革命的科学基础。
它推动了高技术产业的发展，引发了以微电子、光电子和微光机电技术为核心的工业革命，由物理学研究衍生的新技术和新产品层出不穷，从根本上改变了人们的生产方式和生活方式。
第三，通过计算机的帮助，应用古典物理理论讨论流体运动和气象预报时，发现了自组织、混沌和分形等现象。
随后发现，这是普遍存在于非线性相互作用的开放系统中的现象，生命系统和社会系统也不例外。
物理学是人们对无生命自然界中物质的转变的知识做出规律性的总结。
这种运动和转变应有两种。
一是早期人们通过感官视觉的延伸，二是近代人们通过发明创造供观察测量用的科学仪器，实验得出的结果。
物理学从研究角度及观点不同，可分为微观与宏观两部分，宏观是不分析微粒群中的单个作用效果而直接考虑整体效果，是最早期就已经出现的，微观物理学随着科技的发展理论逐渐完善。
现今物理学（狭义与广义相对论、量子力学和量子场论及其发展如标准模型（包含弱电统一理论和量子色动力学））已经把目前实验能触及到的领域都涵盖进去了。
从尺度讲，包含从10-17米的极微观到1026米的宇观范围；从能量角度讲，已经到达现在LHC的TeV能标。
所以现在的新物理，都只能出现在：（1）10-17米以下尺度（检验超对称、超弦是否存在，检验超引力及量子引力）；（2）从星系尺度到1026米的宇观尺度（检验所谓的暗物质、暗能量是否存在及其本质）；（3）在LHC的TeV 能标之上，解决标准模型（弱电统一理论和量子色动力学）中出现的一些疑难。
当代物理学在中国的发展
当代物理学在中国的发展（一）20世纪上半叶中国物理学家的重要成就本世纪初，一批中国学者到西方国家学习现代物理学知识，开展物理学的研究工作。
他们中间一些人学有所成后，回国兴办教育，出版刊物，组织学会和创办研究机构。
由于他们的辛勤劳动、不懈努力，在国内培养了一批优秀的青年物理学人才。
这些人再次被派遣出国留学深造，并在物理学研究方面做出了许多出色的工作。
20世纪上半叶，中国物理学工作者在国内外进行了大量的研究工作，在物理学的各个领域都做出了一些一流水平的成果，对现代物理学的发展做出了重要贡献。
1．力学力学是研究物质在力的作用下运动和变形规律的一门科学。
它以研究天然的或人工的宏观对象为主，也涉及宇观或细观甚至微观各层次的对象及有关规律。
按照上半世纪我国的科学划分，力学也属于物理学范畴内，在力学领域取得重大成就的学者也都是物理学家，故将其归之于物理学领域加以记述。
我国学者在力学领域所取得的重大成就，主要在流体力学和应用力学方面。
流体力学：周培源(1902～1993)1938年在西南联合大学时即开始进行不可压缩粘性流体理论研究，在国际上首先提出了脉动方程（或称涨落方程），建立了普通湍流理论。
根据这一理论对一些流动问题做了具体计算，计算结果与当时的实验符合得很好(1940)。
他的研究成果曾获当时国家教育部自然科学类一等奖。
张国藩(1905～1975)从30年代开始从事湍流理论研究，他认为流体力学传统的Navier-Stakes方程不能用于湍流，而必须先把湍流的物理机制搞清楚，按新的物理模型建立基本方程。
为此他完成了以下工作：(1)类比分子运动论的方法，建立了湍流“温度”、“压强”和“熵”等物理量，并将它们编入流体力学方程，相当详细地讨论了湍流通过圆管和两个平行面之间的情况，并扼要地讨论了湍流的衰减、湍流结构和关联作用的特性等问题。
后来他又发展了上述思想，用量子统计方法求湍流能谱分布式。
(2)论证了湍流运动是一种非牛顿流体运动，其内部阻力应改用幂数式表示，并依此建立了他自己的湍流运动方程。
为中国物理学发展的各个阶段都做出了积极的贡献
为中国物理学发展的各个阶段都做出了积极的贡献中国物理学的发展可以追溯到古代的天文学和医学等领域。
但是，真正系统性的物理学研究始于19世纪末20世纪初，经历了几个重要的阶段，并取得了一系列重要的成就。
以下将从这几个阶段以及相应的贡献进行介绍。
首先，19世纪末20世纪初是中国现代物理学发展的起点。
这一时期，中国开始引进西方的物理学知识，并积极进行研究。
这一时期中国物理学的发展，主要得益于一些在国外学习过的优秀学者的贡献。
比如，著名的物理学家吴有训，他在德国留学期间系统地学习了物理学的基础知识，并带回了许多重要的实验设备和仪器。
他将西方的物理学知识和理论引入中国，并研究了光电效应等重要的物理现象，为中国物理学的发展奠定了基础。
接着，进入20世纪第一个阶段，中国物理学迎来了一个重要的起步时期。
这个时期，中国的物理学研究逐渐走上了独立自主的道路，并培养了一批优秀的物理学家。
其中，中国的核物理学研究取得了巨大的突破，成为中国物理学发展的重要里程碑。
1954年，在中国科学院成立的物理研究所，通过在北京反应堆上的实验，成功地获得了第一颗原子弹。
此后，中国物理学家又在核电能、粒子物理和天体物理等领域进行了一系列重要的研究。
这些研究推动了中国在核能领域的发展，并为国家的安全和发展做出了重要的贡献。
在20世纪50年代到70年代，中国进入了一个倡导实用主义的时期。
物理学的研究主要以国家的需求为导向，瞄准了一些实际应用问题，如半导体材料、光学仪器和电子技术等。
这一阶段，中国的物理学研究取得了一系列的重要成果。
1960年，中国物理学家设计并成功地制造了第一台核磁共振成像仪器，为医学领域的研究和诊断提供了重要的工具。
此外，中国的半导体材料研究和器件制备方面也取得了显著的进展，并为中国电子工业的发展奠定了基础。
到了20世纪80年代，中国进入了一个重视基础研究的阶段。
这一时期，中国的物理学家开始回归基础科学的研究，并在此基础上进行了大量的探索和创新。
20世纪最伟大的物理发现
20世纪最伟大的物理发现19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。
在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的Maxwell方程。
另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。
（1. 经典力学：伽利略、牛顿、拉格朗日……，2、热力学与统计物理学：玻耳兹曼、克劳修斯、卡诺……3. 波动光学：惠更斯、菲涅尔、阿拉果……4. 电磁学：高斯、安培、法拉弟、麦克斯韦……当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。
他们认为物理学已经发展到头了。
1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言: “科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。
”--开尔文-- 也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”一朵与黑体辐射有关（维恩方程，短波适应，瑞利金斯长波适应，紫外灾难）另一朵与迈克尔逊实验有关。
（在不同的惯性参考系里，光速相同）然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论。
1900年12月14日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。
那一年他42岁。
普朗克把能量子引入物理学,正确地破除了”能量连续变化”的传统观念,成为现代物理学思想的基石之一, 为我们打开了量子之门,普朗克黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。
使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？就在1900年，一个名叫爱因斯坦(Albert Einstein)的青年从苏黎世联邦工业大学(ETH)毕业，正在为将来的生活发愁。
近代物理学的科学成就和方法
近代物理学的科学成就和方法物理学作为一门自然科学，一直在为人类的发展和进步做出杰出贡献。
近代物理学的科学成就和方法更是为我们揭示了世界的奥秘，让我们重新认识自然，从而推动了科学技术的进步。
本文将从以下三个方面来讨论近代物理学的科学成就和方法。
一、电磁学和光学的发展电磁学是物理学的一个重要分支。
通过电磁学的研究，人们了解了电和磁相互作用的本质，揭示了电磁波的存在，掌握了电磁波的产生、传播和应用。
麦克斯韦方程式是电磁学的核心内容。
它将电场、磁场、电荷密度、电流等描述成了一组方程式，为电磁现象提供了统一的理论框架。
因此，它被誉为“电磁学的骄傲”。
光学是物理学的另一个重要分支。
伽利略和胡克等人的光学实验，引起了人们对光的本质的研究。
牛顿的分光实验，证明了太阳光是由不同颜色的光混合而成的，从而开创了彩色分析的新领域。
光的干涉和衍射现象，揭示了光的波动性质。
麦克斯韦和麦克斯韦-波尔茨曼的电磁理论，揭示了光和电磁波的本质一致性。
量子力学的诞生，解释了光的粒子性质。
这些重大发现和新的理论，为光学的发展提供了坚实的基础。
二、相对论和量子力学的革命性突破相对论革命性地改变了人们对时空的认识。
爱因斯坦提出的狭义相对论较早就能解释物体在不同惯性系下的运动，而广义相对论更深刻地阐释了重力现象的本质，如弯曲时空和黑洞等。
通过狭义相对论，人们发现了物质与能量的等价性理论，即著名的质能方程E=mc²。
广义相对论的一系列预言，如引力波的存在和宇宙大爆炸学说的提出，都在后来被验实了。
量子力学是人类认识物质世界的又一伟大跨越。
它不仅揭示了量子和波粒二象性的本质，还揭示了物质在微观尺度下的奇妙行为，如量子隧穿、量子缠绕等。
量子力学的发展也推动了许多科技领域的进步，如半导体和量子计算等。
三、物理学的方法物理学的科学成就除了离不开精湛的技术手段和严谨的实验方法外，更深刻地体现了物理学家的独立思考和创新能力。
物理学家不仅要具备良好的数学素养和物理学知识，还要善于提出问题，思考解决问题的方法和思路。
近代物理学的发展与成就
近代物理学的发展与成就近代物理学是指从19世纪中期到20世纪初期，包括了经典力学、电磁学、光学、热力学、统计物理学、量子物理学等领域的物理学发展历程。
这个时期见证了人类对物质的本质认识的深入拓展，物理学成为现代科学中的一个核心领域。
本文将从下列方面探讨近代物理学的发展与成就。
I. 经典物理学的发展经典物理学是近代物理学发展的开端。
运用经典力学和电磁学理论，研究物质在一定条件下的运动规律和力学性质。
牛顿力学、拉格朗日力学、哈密顿力学、热力学和统计物理学等重要理论的建立和发展规范了物理学发展的轨迹。
物理学家从中获得了洞察物质本质规律的灵感，上述理论已成为现代物理学理论基础的重要参考。
经典物理学的发展为随后的量子力学的出现打下了良好的基础。
II. 量子力学的颠覆性进展量子力学是20世纪初期出现的一种新的物理学理论，其颠覆性的进展改变了人们对物质本质的认识。
量子力学推翻了牛顿力学的决定论，放弃了物质在经典条件下的固定位置和速度，而是用概率性描述了微观世界的行为。
量子力学中的“量子态”和“测量”等重要概念，开创了研究微观世界的新视角，使人们深入理解到物质本质的本质规律。
III. 深入研究的核物理20世纪初期，核物理研究接续发展。
人类对原子核结构的认识加深，原子核的大小、质量、质子和中子的结构、放射现象等成为研究的热点。
通过核物理的研究，人类首次制造出原子弹和核电站，这是人类历史上的一个划时代事件。
IV. 伽马射线和宇宙射线伽马射线和宇宙射线都是目前未知流行的两种自然现象。
伽马射线属于一种高能量光辐射，其波长小于X射线和紫外线，高于X射线和辐射。
伽马射线具有极强的穿透力，在核物理研究、地质勘查等领域有着广泛的应用。
宇宙射线是来自地外的高速带电粒子流，其来源和途径至今还未被完全揭示，但是宇宙射线的探索已经成为了物理学研究的一个重要方向。
V. 计算机模拟的重要意义计算机模拟是20世纪晚期出现的模拟计算模型，通过模拟物质的运动规律和相互联结方式，在纯计算机环境中模拟真实物质世界。
3、现代物理学的辉煌成就
3、现代物理学的辉煌成就物理学是人类认识自然的手段和工具，是一种科学认识宇宙事物的方法论体系,其内容包括：1，逻辑方法；2 ,数学方法；3,哲学方法；4,观察试验方法。
由于人类的科学认识是一个悠久漫长的发展过程，科学的发展有严密的继承性，对人类的科学认识史的把握，也是一个可以避免步入歧途的捷径。
除了研究方法论体系以外，物理学还积累建树了庞大精密的关于自然科学知识的理论体系，是人类科学认识宇宙的基础理论。
物理学的方法和理论体系有着密切的相互关系，理论体系的正确与否，直接受方法论体系制约，可以说物理学方法论体系的每一次进步，都为物理学理论体系的发展开辟了广阔的道路，并推进物理学理论向绝对真理的升华。
物理学家惯用的一个观点往往是还原论。
所谓还原论，就是将世界分成许多小的部分，每一部分研究清楚了，最后拼起来问题就解决了。
这个观点是很自然的，物理学家过去受到的是这个训练，基本上就接受这一观点。
有很多著名的科学家支持这个观点，爱因斯坦讲过：“物理学家的无上考验在于达到那些普适性的基本规律，再从它演绎出宇宙”。
如果我们把世界基本规律搞清楚了，那么就一切事情都解决了。
下面是著名理论物理学家狄拉克讲的话，他讲这一段话的时候正好是在量子力学初步建立之后，他说：“现在量子力学的普遍理论业已完成，作为大部分物理学与全部化学的物理定律业已完全知晓，而困难仅在于把这些定律确切地应用将导致方程式太繁杂而难以求解”。
他的意思是基本的物理规律已经知道了，下面似乎就是一个求解的问题，至于求解，由于方程过于复杂，似乎有些问题还解不出来。
卡达诺夫(L.P.Kadanoff)说:“我在这里要反对还原论的偏见，我认为已经有相当的经验表明物质结构有不同的层次，而这些不同层次构成不同群落的科学家研究的领域，有一些人研究夸克，另外一些人研究原子核，还有的研究原子、分子生物学，遗传学，在这个清单中，后面的部分是由前面部分构成的，每一个层次可以看成比它前面的好像低一些，但每一个层次都有新的、激动人心的、有效的、普遍的规律，这些规律往往不能从所谓更基本的规律推导出来。
二十世纪物理学的主要理论成果
二十世纪物理学的主要理论成果及在其基础上发展起来的技术成果作者：***作者单位：中山大学物理科学与工程技术学院10届本科内容摘要：本文主要阐述二十世纪物理学最具变革意义的两大理论成果——相对论和量子力学，论述它们对科技的贡献。
并列举了二十世纪发展起来的五大尖端技术。
关键词：相对论，量子力学，技术成果二十世纪，是世界物理学发展的黄金时期，在各国科学家的共同努力下，人类在物理学上取得了空前的成果。
大大推动了社会的发展和人类文明的进步。
下面简述最具影响力的相对论和量子力学及在其基础上发展起来的一些尖端技术。
1相对论说到二十世纪物理学的成果，首先要说的就是相对论。
1905年，20世纪最伟大的科学天才爱因斯坦在他26岁时创立了狭义相对论，提出了不同于经典物理学的崭新的时空观和质（m）能（E）相当关系式E＝mc2（此处光速C＝3×108米／秒），在理论上为原子能的应用开辟了道路。
关于E＝mc2，即物体贮藏的能量等于该物体的质量乘以光速的平方，这个数量大到令人难以想象的程度。
我们不妨打个比方说，1克物质全部转化成的能量，相当于常规状态下燃烧36000吨煤所释放的全部热能；或者说，1克质量相当于2500万度的电能。
1915年，爱因斯坦又创立了广义相对论，深刻揭示了时间、空间和物质、运动之间的内在联系——空间和时间是随着物质分布和运动速度的变化而变化的。
它成为了现代物理学的基础理论之一。
从1923年开始，爱因斯坦用他的后半生致力于统一场论的探索，企图建立一个既包括引力场又包括电磁场的统一场理论，虽然他没有取得成功，但是杨振宁和米尔斯于50年代创立了“杨—米尔斯场方程”，发展了所谓“规范场”的理论，使爱因斯坦梦寐以求的统一场论可望在规范场的基础上得以实现。
2 量子力学二十世纪物理学另一个可以与相对论相提并论的理论成果就是量子力学。
1900年，普朗克创立了量子论，提出能量并非无限可分、能量的变化是不连续的新观念。
漫谈物理学的过去_现在与未来_冯端
庆祝建国50周年编者的话在这金风送爽的时节,我们高兴地迎来了伟大祖国建国50周年.新中国的建立,特别是改革开放政策的实施,为我国各方面的发展,也为物理学的发展创造了良好的条件.我国近代物理学的研究,从少数先行者开始,经过艰苦的创业和发展,已逐步走向国际前沿,取得了可喜的成绩.本期/庆祝建国50周年0专栏刊出的文章简要介绍了在半导体物理、晶界弛豫、原子分子物理、粒子物理和加速器方面的现状和发展.在相继的两期,还会推出有关的庆祝文章,以飨读者.在阅读本期稿件时,有两篇特别让我们感动.冯端先生曾为本刊撰写过多篇很有影响的文章,深受读者的喜爱.这次又应邀撰写了/漫谈物理学的过去、现在与未来0作为开篇.在回答编辑部有关文章写作技巧方面问题的信中,冯端先生写道:/其实别无诀窍,勤于修改就是了.如有闲空,可将此稿和学会开会时所发打印稿对照一下,从两者的差别可以看出我修改的痕迹.这支笔是我修改以来写干的第三支笔!0多么可敬的写作精神啊!葛庭燧先生1947年首先将扭摆用于金属内耗测量,不仅这种开创的意识让人赞叹,更让人敬佩的是他50年来的坚持不懈的精神!我们国家下一世纪物理学的发展,关键还在于要有一支立足于国内、热爱科学、有献身精神和奋斗精神的队伍!我们的5物理6编委会于今年5月进行了换届,组建了新一届编委会.新一届编委会将继续致力于提高刊物文章的质量,使之既有高的学术水平,又深入浅出,具有很好的可读性;同时还将开辟一系列新的栏目,报道来自中国物理学会、国家自然科学基金委员会的消息,刊登书评和新书信息,提供即将召开的国内外与物理有关的学术会议信息,提供国内外重要物理刊物评述文章的目录,增加招收博士生、博士后等的信息服务,刊登物理实验用新产品的广告等,多方面为读者服务.我们希望5物理6杂志在促进和推动我国物理学研究、教学以及相关的技术应用的发展上发挥更积极的作用.我们希望能更多地得到读者的支持,以全新的面貌迎接新的世纪!漫谈物理学的过去、现在与未来*冯端(南京大学物理系固体微结构物理国家重点实验室南京210093)摘要文章试图对物理学的发展历史作一透视,从而理解其现状,并进而窥测其未来的前景.我们*国家自然科学基金资助项目1999-06-14收到根据作者1999年5月8日在中国物理学会第7届全国会员代表大会暨学术报告会上的邀请报告修改而成希望这一看法对于当今从事物理学教学与科研的人士有所助益.由于物理世界的层次化,诸层次之间既可能存在耦合,又可能出现脱耦.因而大量粒子所构成的复杂体系中所涌现的各种层展性质就不能简单地还原成个别粒子所服从的规律.我们根据这一观点并结合物理学的未来前景,讨论了当今物理学研究的若干前沿问题.一切迹象预示着物理学将有光明的前景.关键词物理学,历史,现状,前景,前沿,物理世界的层次化,层展性质RAMBLING ABOUT THE PAS T,PRESENT ANDFUTURE OF PHYS ICSFeng Duan(Department of Ph ysics,Naj ing University;National L aboratory of Solid S tate Microstructur e s,Na j in g210093)Abstract This paper gives a historical perspective about t he past developments of physics in order to underst and its present status and furt hermore to glimpse it s future prospects.We hope that t his view may be helpful for those who are engaged in teaching and research in physics.From the st ratif-i cat ion of t he physical world,it is shown that t here is coupling as well as decoupling between different strat a,so that c omplex systems composed of an enormous number of particles will show propert ies which c an not be simply reduced t o laws governing individual particles.From t his viewpoint,t he frontiers of research in physic s are discussed in relation to its future prospects.A bright future is an-t icipat ed for physics.Key wor ds physic s,history present stat us,future prospects,front iers,stratificat ion of physical world,emergent properties/物理学的过去、现在和未来0是一个非常大而且重要的题目,也是一个非常难讲的题目,特别是涉及物理学的未来,结果往往是贻笑大方.这里以历史的透视为主线,提出一些个人不成熟的看法,抛砖引玉,希望得到大家的批评和指正.1历史的透视对物理学的发展历史进行透视,将有助于我们来理解其现状并进而展望其未来.历史很长,不能样样都讲到.我想从牛顿开始,牛顿以前还有很多先驱性的工作,只好从略了.111经典物理学的盛世(17世纪至19世纪末)我们不想详细讨论历史,主要考虑那些还在用的物理学知识.第一次综合(统一)是17世纪牛顿力学构成了体系.可以说,这是物理学第一次伟大的综合.牛顿力学实际上是将天上的行星运动与地上的苹果下坠概括到一个规律里面去了,建立了经典力学.至于苹果下坠启发了牛顿的故事究竟有无历史根据是另一回事,但它说明了人们对于形象思维的偏爱.牛顿实际上建立了两个定律,一个是运动定律,一个是万有引力定律.运动定律就是在力作用下物体怎样运动的规律;万有引力是一种特定的物体之间存在的基本相互作用力.牛顿将两个定律结合起来运用,因为行星的运动或者地球上的抛物体运动都离不开万有引力的影响.牛顿从物理上把这两个重要的力学规律总结出来的同时,也发展了数学.他也是微积分的发明人.他用微积分来解决力学问题.由运动定律得出来的运动方程,可以用数学方法把它具体解出来.这体现了牛顿力学的威力,它具有解决具体问题的能力.假如你要计算行星运动的轨道,基本上可以按照牛顿所给出来的物理规律,加上用数学方法解运动方程就行了.根据现在的轨道上行星位置,倒推千百年前或预计千百年后它们的位置都是轻而易举的,从而开拓了天体力学这一学科.海王星的发现史就充分显示了这一点.人们发现天王星的轨道偏离了牛顿定律的要求,问题在哪里呢?结果认为牛顿定律正确无误,而是在天王星轨道外面还有一颗星,对它造成影响,并估计出这个星球的位置.果然在预计的位置附近发现了这颗星,命名为海王星.这表示牛顿定律是很成功的.按照牛顿定律写出运动方程,若已知初始条件位置和速度,原则上就可以求出以后任何时刻的粒子位置.到19世纪,经典力学新的发展表现为一些科学家重新表述了牛顿定律.重新表述有拉格朗日(Lagrange)方程组、哈密顿(Ham ilton)方程组.这些重新表述形式不一,实质并没有改变.在不改变实质的条件下,用新的、更简洁的形式来表述牛顿定律.这是一个方面.另一个方面,就是将牛顿定律推广到连续介质的力学问题中去,就出现了弹性力学、流体力学等.在这一方面,20世纪有更大的发展,特别是流体力学,空气动力学和航空技术的发展密切相关,而气动力学的发展又和喷气技术密切相关,进而牛顿力学还构成了航天技术的理论基础.因此我们说牛顿定律到现在为止还是非常重要的,牛顿定律还是我们大学课程中不可缺少的一个组成部分.当然,其表述方法应随时代发展而有所不同.读者如果有兴趣,不妨去翻一翻牛顿当年的表述.牛顿关于力学研究的成果,写在一本叫5自然哲学的数学原理6(简称5原理6)的巨著中.只要稍微翻一下这本书,就会发现它非常难懂.牛顿的一个重要贡献是从万有引力定律和运动定律把行星运动的轨道推了出来.我们现在学理论力学时,行星运动的椭圆轨道问题是不太难的,解微分方程就可以求出来.但牛顿在5原理6里,没有用他的微积分,更没有用解微分方程的方法,他纯粹是用几何方法把椭圆轨道推出来的.现代科学家就不一定能看懂他这一套东西.举个例子来说,费曼(R.Feyman),有名的理论物理学家,他写过一本书,他说他自己对现代数学比牛顿强得多,但对17世纪牛顿当时熟悉的几何学他就不一定能全部掌握,他花了好些时间,想用牛顿的思路把椭圆轨道全部证出来,结果,中间还是有些环节证不出来,最后他不得已调整了一下方法,没有完全依照牛顿的证法,但基本上还是用几何方法把这个问题证明出来了.科学理论的表达是随时代变化的.现在来看,牛顿运动定律的关键问题,譬如行星运动是椭圆轨道,现在应有可能在普通物理中讲了,因为简单的微分方程已经可以用计算机求解了.由于计算机的发展,也许今后在普通物理中讲牛顿定律时,就可以在课堂上把行星运动椭圆轨道的一些基本概念说清楚了.在这里也可以说,教学问题与现代科技发展是息息相关的.第二次综合是麦克斯韦的电磁学.大家都知道,最初是库仑定律,用以表达电荷与电荷间的相互作用力,也表达磁极与磁极之间的相互作用力.然后电与磁之间的关联被发现了:奥斯特的电流磁效应,安培发现的电流与电流之间相互作用的规律,然后是法拉弟的电磁感应定律,这样电与磁就连通成为一体了.最后,19世纪中叶,麦克斯韦提出了统一的电磁场理论.电磁定律与力学规律有一个很大的不同.力学考虑的相互作用,特别是万有引力相互作用,根据牛顿的设想,是超距的相互作用,没有力的传递问题(当然用现代观点看,引力也应该有传递问题).现在从粒子的超距作用改成电磁场的场的相互作用,这在观点上有很大变化,重点从粒子转移到场.麦克斯韦考虑电磁场的相互作用,导致电磁波,电场与磁场不断相互作用造成电磁波的传播,后来赫芝在实验室中证实电磁波的发射.另外,电磁波不但包括无线电波,实际上包括很宽的频谱,很重要的一部分就是光波.光学在过去是与电磁学完全分开发展的,到了麦克斯韦的电磁理论出来以后,光学也变成了电磁学的一个分支了,在这里,电学、磁学、光学得到了统一.这在技术上有重要意义,发电机、电动机几乎都是建立在电磁感应的基础上的,电磁波的传播导致现代的无线电技术.电磁学直到现在,在技术上还是起主导作用的一门学科,故在基础物理学中电磁学始终保持它的重要地位.第三次综合是从热学开始的,涉及到宏观与微观两个层次.根据热学研究总结出热力学的两大基本规律:第一定律,即能量守恒律;第二定律,即熵恒增律.但科学家不满足于单纯在宏观层次上来描述,还想追根问底,企图从分子和原子的微观层次上来阐明物理规律.气体分子动理学便应运而生,用以阐述气体物态方程、气体导热性与粘滞性等物性参量的微观基础.进一步就是玻尔兹曼与吉布斯所发展的经典统计力学.热力学与统计物理的发展,促使物理学家接触到具体的物性问题,加强了物理学与化学的联系,建立了物理化学这一门交叉学科. 112转折与突破(19世纪至20世纪初)正是由于经典物理学取得了非凡的成就,给人们印象太深刻了,遂使有些科学家产生了错觉,认为巨大发现的时代业已过去.这种悲观的论点在上世纪末相当流行.具有典型意义的据称是著名物理学家迈克耳孙(A.A.M iche-l son)说过的一段话,/当然无法绝然肯定物理科学不再会有像过去那么惊人的奇迹,但非常可能的是大部分宏伟的基本原理业已确立,而今后的进展仅在于将这些原理严格地应用于我们所关注的现象上.在这里测量科学的重要性就显示出来了)))定量的结果比定性的结果更为可贵.一位卓越的物理学家曾经说过,物理科学未来的真理将在小数点六位数字上求索0. (1898年芝加哥大学导学手册).值得注意,这类悲观论点,在20世纪科学的重大发展之后,又在本世纪末重新问世.具有代表性的是美国资深科学记者霍根(J.Horg an)访问许多知名学者之后,写出了5科学的终结6一书,在断章取义地引述若干科学家的谈话之后,得出了荒谬的结论,不仅是物理学走向了穷途末路,而是一切自然科学都到了散场的地步.堪称为上一世纪末悲观论点变本加厉的新版本,其命运必将重蹈前者的覆辙.富有洞见的是英国著名物理学家凯尔文(L.Kelvin)于1900年所作的演说.他在对19世纪物理学的成就表示满意的同时,提出了/在物理学晴朗天空的远处,还有两朵令人不安的乌云0.这两朵乌云指的是:其一实验察觉不到物体和以太的相对运动;其二是气体多原子分子的低温比热不符合能量均分定理.这两朵乌云迅速导致倾盆大雨,即相对论和量子论的两场物理学的革命.19世纪的科学家不满足于用麦克斯韦方程组来解释电磁现象,热衷于采用机械模型来说明问题,即使是大师麦克斯韦本人也不例外.以太被引入作为真空中传播电磁波的媒质.迈克耳孙与莫莱(Morley)设计了精巧的实验来验证物体和以太的相对运动,取得了负的结果.爱因斯坦提出了狭义相对论(1905年),其物理洞见在于摒弃了不必要的以太假设,进而肯定电磁学的规律对于一切惯性参考系都是成立的,而且具有相同的形式,真空的光速不变,不同惯性系之间的变换关系为洛伦兹变换.我们知道,牛顿力学也是对于惯性参考系才成立,而不同惯性系之间的变换关系为伽利略变换.这样经典力学和经典电磁学之间就存在矛盾.爱因斯坦肯定了经典电磁学,而对经典力学作了相应的修正,摒弃了牛顿的绝对的时空观,认为空间、时间与运动有关,并首创性地提出了质量与能量的对等关系,将牛顿力学修正后成功地应用于高速运动的情形.牛顿力学的另一局限性表现在它不能圆满地解释强引力场中物体的运动,这从它无法定量地解释水星轨道近日点的进动问题而初露端倪.另一带根本性的问题是它对万有引力的存在没有任何理论解释.这些缺陷尚有待发展进一步的理论来弥补.1916年,爱因斯坦的广义相对论应运而生.这一理论的出发点在于肯定惯性质量与引力质量等同的等效原理(这已为实验所证实),将非惯性参考系中观测到的惯性力与局域的引力等同起来.进而提出一切参考系均有相同的物理规律这一广义相对性原理.广义相对论成功地预言了一些效应,如强引力场中光线的弯曲,引力强度与光谱线频移的关系,并用空间的弯曲很自然地解释了引力的存在.由于广义相对论是针对强引力场和大质量物体而提出来的,因而广泛应用于天体物理学,也构成了现代宇宙论的基础.如果说相对论消除了经典物理学的内在予盾并推广其应用范围,那么量子论就开启了微观物理学的新天地.在19世纪,化学家道尔顿提出了原子论,物理学家也提出原子-分子微观运动的概念来构筑分子动理学和统计物理学.特别是著名物理学家玻尔兹曼在发展原子-分子运动理论,推动统计物理学的发展上作出了杰出的贡献.但是这些工作受到马赫(E. M ach)与奥斯特瓦尔德(W.F.Ostooald)等人从实证论哲学观点的质疑.按照实证论的观点,只有为人们所感知的事物是存在的.而当时由于显微术观测条件的制约,原子与分子都无法直接看到,因而有关的理论受到实证论者的否定.玻尔兹曼为捍卫原子-分子理论进行了激烈的争辩.爱因斯坦于1905年提出布朗运动的理论,为分子运动的图像提供了有力的旁证.随后,佩兰(J.B.Perrin)的实验观测提供了更加确凿的证据.在明确了宏观世界之外存在有微观世界后,进一步的问题在于探索微观世界的物理规律.上世纪90年代中叶后,有一系列重要发现,对这方面的研究起了很大促进作用:1895年,伦琴发现了X射线,随后X射线成为揭示物质的微观结构的重要工具;1896年贝克勒尔发现了放射性,随后居里夫妇发现了强放射性元素镭,卢瑟福确认了A,B,C射线的本质,这些工作揭开了原子核科学研究的序幕.1897年,汤姆孙发现了电子,这是最早发现的一种基本粒子,随后也被作为重要的工具应用于研究物质的微观结构,而操纵电子的器件成为现代信息技术的基础.作出这些重大发现的科学家也都获得了新世纪初诺贝尔奖的桂冠.如果说证实原子与分子的存在就意味着揭示物质结构在微小尺度上具有不连续性,那么早期量子论则揭示了能量在微小尺度上的不连续性.1900年,普朗克为拟合黑体能量分布的实验数据,在经典物理学的理论无效之后,铤而走险,提出了包括作用量子h的量子论.随后, 1905年,爱因斯坦根据光电效应存在能量阈值的规律提出了在物理上更明确的具有能量为h M的光子这一种基本粒子.1911年,卢瑟福根据金箔对于A粒子的散射实验结果,提出了有核的原子模型:正电荷集中在原子核这一微小区域之内,而外围则为电子所环绕.1913年,玻尔提出了量子论的原子模型,认为原子中的电子处于确定的轨道上,处于定态,在定态之间的量子跃迁则导致发光.玻尔用这种半经典的量子理论相当满意地解释了氢原子的线系光谱,面对着更复杂的原子光谱问题就遇到了困难.科学家需要改弦易辙,发展更全面的量子理论. 1924年,德布罗意正确地指出,正如电磁波也具有粒子性质(光子),而具有粒子性质的电子等也将具有波动性.1925)1926年,海森伯与薛定谔分别完成了量子力学的两种表述,矩阵力学与波动力学,强调了波动与粒子的二象性.电子衍射的实验结果证实了电子具有波动性,而量子力学的理论全面地解读了纷纭繁复的原子光谱实验结果,一举解决了原子结构的问题.随后狄拉克将非相对论的薛定谔方程推广到(狭义)相对论的情形,建立了狄拉克方程,为量子力学作了重要的补充.这样,微观世界的物理规律终于确立.2当代情景在量子力学确立之后,物理学进入了新的时期,这里统称为当代物理学.由于当代情景错综复杂,头绪繁多,难以用甚短的篇幅来进行概括[1].下面就以实验和理论这两条主线,对此作一粗略的介绍.211实验技术20世纪是实验技术突飞猛进的时期.早期卢瑟福的A粒子散射实验为随后的核物理与粒子物理的研究树立了样版.但技术上的改进是多方面的.轰击的粒子束有质子、中子、电子和各种离子等.30年代初,中子被发现后,由于其散射截面大,容易引起核反应,受到学术界的重视.费米及其合作者系统地用中子来轰击周期表中不同元素,发现了一系列的核反应和新的放射性元素.1938年,哈恩(O.Hahn)与迈特纳(L.M eitner)终于发现和确认铀的裂变.随后原子核裂变的链式反应得的实现,导致了裂变反应堆的问世.它为实验技术提供了新的手段,又为裂变能的军事与和平利用鸣锣开道.随后,轻元素的聚变提供了另一种核能源.聚变能的爆炸式的军事应用于50年代初即已实现,但可控的和平利用却经历了漫长的发展过程.两种方法,磁约束与惯性约束,虽则取得不少科学成果,但作为能源,尚处于得失相抵(breakeven)的前夕,要点火尚需继续努力.到30年代,科学家开始认识到天然放射性元素发射的粒子能量太低,束流也不够强,不能适应实验物理学的要求.在这种情况下,加速器技术就应运而生.早期有高压倍加器和静电加速器,主流是劳伦斯开创的回旋加速器及其变型.以后加速器的能量愈做愈高,技术愈来愈精.能量已从早期的MeV量级升高到如今的T eV量级.一代代的加速器为核物理和粒子物理的研究立下了汗马功劳,发现了几百种粒子.与之并行发展的还有粒子检测技术,从早期的盖革计数器、云雾室,到照相乳胶、气泡室、火花室和闪烁晶体列阵等.虽然技术的进展十分引人注目,但许多物理实验的基本思路,例如通过质子对高能电子的深度非弹性散射来论证质子具有夸克结构,仍然和卢瑟福的原型实验十分相似.值得注意,加速器与反应堆也被用于非核物理学以至于其他科学的研究,同步辐射和高通量中子源就是例证.另一高速发展的物理科学领域是天体物理学.光学望远镜愈做愈大;射电望远镜是在第二次世界大战中由雷达技术推动而发展起来的,也朝向巨型发展;而依据射电望远镜发展起来的综合孔径技术也反馈到光学望远镜的技术中去了.新波段,如红外、X射线和C射线的望远技术得到了发展,还有新的检测技术如CCD列阵.为了超越大气层的吸收和干扰,还将望远镜放到太空中去,如哈勃、爱因斯坦、康普顿望远镜等.可以说当代也是天体物理学的黄金时代.大量天体谱线红移的数据为宇宙膨胀提供证据,3K微波背景、脉冲星、类星体及C射线爆等重大发现,为理论天体物理和宇宙论提供了大量数据,使星体和宇宙成为检验物理理论的庞大实验室.现代高能物理学(包括部分核物理)及天体物理学已经成为大科学主宰的领域.其特征在于设备庞大,人员众多,经费数额巨大,计划实施时间漫长.到30年代,光谱学研究已有盛况不再之感.但第二次世界大战中雷达技术的发展又为微波波谱及磁共振的研究提供机遇.50年代初,首先在微波频段实现了受激发射,随后转移到光学频段,导致激光器的问世.激光技术引起了光学和光谱学的一场革命,导致量子光学的诞生,影响十分深远.应该指出,早在1917年,爱因斯坦就提出了受激发射的理论,而实验室中的实现却延迟到40年之后.激光技术引入物理实验室,为小型精巧的实验研究提供了机会.X射线和由之衍生的电子衍射与中子衍射,导致了晶体结构分析的发展.它为凝聚态物理和材料科学奠定基础,而且大大地促进了化学、生物学和矿物学的研究.出自这一领域的科学家获得了诺贝尔奖多达十几次.电子显微术超越了光学显微术的分辨极限,并实现了原子尺度的成像.80年代以后,扫描隧道显微术发展成为花样繁多的显微探针技术,不仅实现了原子尺度的成像,还实现了多种原子尺度的测量和操纵技术,充分显示了小规模精巧创新的实验技术仍然富有生命力.为了消除热运动对固体中许多现象的干扰,将试样冷却到低温下进行研究成为重要的手段.现代低温技术始于氦的液化(412K),进一步采取稀释致冷机可以达到mK的温度,再进行核退磁致冷,可以达到L K的量级.近年来发展起来的激光冷却,再加上蒸发致冷,可以使原子气体达到L K以下的温度.低温物性的研。
19、20世纪之交物理学在实验上有哪些新发现？这些发现有什么重要意义？
§2 19世纪的三大发现一电子的发现2．电子的发现3．电子电量和质量的测量—油滴实验4．意义①宣告了原子是可分的。
②为进行电子和原子的研究开创了新的实验技术。
二 X射线的发现3．伦琴射线发现的意义由于X射线与原子中内层电子的跃迁有关，这说明了物理学还存在亟待搜索的未知领域。
X射线本身在医疗、研究物质结构等方面都有很多的实用价值。
三天然放射性的发现1．铀盐放射性的发现③.意义贝克勒尔射线的发现，是人类第一次发现某些元素自身也具有自发辐射现象，引起了人们对原子核问题的关注。
贝克勒尔获1903年诺贝尔奖。
2．钋和镭的发现②钋的发现③镭的发现④.科学属于全人类镭可以治狼疮和癌肿，0.1克镭就值75万金法郎!一个美国公司想收买专利，都被生活并不富裕的居里夫妇谢绝了。
他们认为:我们发现了科学，又把它据为己有，这违反科学精神，再说镭能治病，我们就更应该无条件地献出它的秘密!然而，居里夫人由于长期接触放射性物质，患了恶性贫血症，她的丈夫和战友居里1906年死于车祸，居里夫人在精神打击和身体折磨的双重压力下，仍然初衷不改，献身于科学事业。
她的高风亮节，赢得了人们的敬重。
她的女婿约里奥（1900-1958）在50年代用仪器检测她当年的实验记录本，发现全部污染了放射性物质，她当年用过的烹调书，50年后再检查，仍然有放射性。
1934年，居里夫人去世；1956年她的女儿伊伦·居里（1897-1956）也死于恶性贫血；1958年女婿约里奥也因放射性辐射而去世。
居里夫人的一家全部都献给了这壮丽的伟大事业。
3.α、β、γ射线的发现⑥原子的嬗变理论：在研究放射性的同时，科学家也对放射性遗留物进行了研究。
1899年以来，卢瑟福、居里夫妇、欧文斯等人发现，放射性物质除了放出已知辐射外，还放出某种气体。
这些气体也具有放射能力，并可穿过金属薄层，能使气体电离，当时称之为“射气”。
1900年克鲁克斯从铀化合物中分离出一种放射性很强的物质，称为铀X。
浅谈20世纪的物理学革命
浅谈２０世纪的物理学革命【摘要】在20 世纪物理学的上空，弥漫着“两朵乌云”，它们的存在使得经典物理学体系大厦的根基岌岌可危．拨开物理学上空这“两朵乌云”的任务落到了爱因斯坦和普朗克及其后来者的身上，由于他们的工作，最终拨开了“乌云”，建立了相对论和量子力学的理论体系．本文主要是通过对这两大科学历史的简单回顾及其带来的物理学革命阐述，讨论了物理学革命对人类社会的作用和影响，并分析了其中的科学方法．【关键词】物理学革命；相对论；量子力学；科学方法19世纪末20世纪初，经典物理学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段，随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立,经典物理学达到了它的顶峰，当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画，几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象．然而，在19世纪末20世纪初,正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实．首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X射线和放射性现象的发现．其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”．这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观念受到巨大的冲击,经典物理发生了“严重的危机”．由此引起了物理学的一场伟大的革命．一、拨开20 世纪物理学上空的“乌云”，建立相对论和量子力学理论在经典物理学中，理论必须服从一定的基本原理，首先就是“相对性原理”．这些物理学定律在宇宙中任何地方对做匀速相对运动的一切观察者必须是相同的为什么会有和坐标系没有关系的不变光速呢？这是经典物理学解释不了的问题．麦克斯韦等从经典物理学观点出发，用想象中的“以太”来解释光波的传播．“以太”的存在也被麦克儿孙-莫雷的实验否定．这样以来，经典物理学无法解释这个问题，它自身的危机日益的加重了．荷兰物理学家洛仑兹和乔治•斐兹杰拉德为了弥补新事物和经典物理学之间的裂痕，提出了由于支配变化(运动)磁场产生的电压的定律出现了不一致的问题而修改了关于长度、时间间隔和速度的定义，即洛仑兹变换．但是尽管洛仑兹懂了相对论的数学，却没有读懂其中的物理学的真正意义，也就是没有领悟“同时性”是相对的这个革命性的概念．爱因斯坦则正好相反，他吸取了洛仑兹变换的精髓，同时又有了新的突破，最终建立了狭义相对论．狭义相对论把空间、时间、质量、能量联系在一起，是物理学的一场空前的革命．虽然在狭义相对论中，一个系统的匀速运动不可能影响在该系统中所测量的物理定律，但是如果该系统在加速，那么就会出现一种阻碍这种加速运动的明显的力(惯性)，使得系统中的物体受到向后的压力，这和狭义相对论是存在冲突的．因此，爱因斯坦有经过十年的努力，在数学家的帮助下，运用非欧几里得几何学，建立了广义相对论．广义相对论表明时间和空间跟引力场有关，空间在本质上是弯曲的，其程度由物质的质量和运动速度有关．爱因斯坦的狭义相对论原理，统一了低速运动的经典力学和高速运动的电动力学;他的广义相对论，统一了狭义相对论和引力理论．爱因斯坦相对论的建立，拨开了20 世纪物理学上空的第一朵“乌云”．20世纪物理学上空的第二朵“乌云”是在研究黑体辐射过程中产生的“紫外灾难”．拨开这朵“乌云”的重大任务首先落到了德国物理学家普朗克(Planck)的身上，并且由于他的开始吸引了一大批科学家投入到革命的阵营中去，这其中就有著名的哥本哈根学派及其领导人玻尔．正是在众多科学家的共同努力下，才拨开了物理学天空中的第二朵“乌云”，建立了量子力学的伟大理论体系．二、相对论和量子力学理论建立过程中所运用的科学方法首先，他们都运用了理想实验的方法．科学研究离不开想象，尤其是当代科学研究越来越抽象时，想象方法越加显得重要，几乎可以说缺乏想象能力的人，不可能在科学前沿有所突破．20 世纪物理学的两次革命无一例外的运用了理想实验的方法，科学家都是在思想中塑造理想模型在纯化的条件下的运动过程，进行严密的逻辑推理，从而可以更本质、更生动地演绎出客体的规律．爱因斯坦注重科学想象方法，不管是狭义相对论还是广义相对论，几乎都难以与经验印验起来，如果没有科学想象方法的运用，简直难以进行研究．如爱因斯坦在创立相对论时曾设计过人以光速跟着光线运行的理想实验，在高速运动的列车上观察闪电的理想实验和自由下落的升降机的理想实验，这些实验富有创造性的想象力和大胆的猜测，包含着机敏的直觉和精巧的设计．正是以这些理想实验为前提，才逻辑的演绎出尺缩效应，质量等效等结论．而在量子力学的研究中，也较多的运用了想象的方法，如玻尔．作为一个伟大的科学家，玻尔对于想象方法的运用达到了完美的境地，如其原子模型提出过程中的大胆想象，既如和爱因斯坦围绕着互补原理而展开的论战，也可以说时两位科学家想象方法能力的较量．再如，“光子箱”理想实验的提出和反驳，是玻尔运用理想实验模型的典型代表．其次，爱因斯坦注重演绎法而玻尔等人注重综合归纳法．爱因斯坦说：“适用于科学幼年时代的以归纳为主的方法，正在让位给探索性的演绎法．”，这确实点出了现代方法论的一个特点．归纳法之所以倍受近代科学家和哲学家们的青睐，是因为近代科学主要的研究范围是经验世界，而归纳法必须依据大量的经验事实来完成，当科学研究越来越抽象而原理直接的经验事实以后，归纳法的使用便受到了极大地限制．追踪玻尔等人的研究历程，可以发现他们大量的运用了综合的方法．在“玻尔模型”提出之前，卢瑟福、普朗克和爱因斯坦等科学家已经积累了大量的有关微观粒子研究的材料，谁的综合能力强，谁就可以站在微观粒子研究的前列．而事实上，玻尔正是以自己高超的综合思维能力，在大量的光谱数据和经验公式，特别是巴耳末公式的基础上创立了新的原子模型．玻尔的理论表述都带有自己的综合思维的特点．他的理论实质是以经典物理为基础，在加上一些量子化的限制，旧的和新的物理观念好像在他那里找到了和谐的处所．再者，此外海森堡等人也大量的运用了综合的方法，互补原理则是玻尔在综合自己的思想与海森堡的测不准原理而提出来的．第三，爱因斯坦和玻尔等人对数学方法的运用次序是不同的．爱因斯坦注重数学的方法，如果他不注重数学方法的运用，他的任何一项科学研究都将搁浅．他说：“在物理学中，通向更深入的基本知识的道路是同最精密的数学方法联系着的．”相应的，在量子力学的建立过程中，也广泛地运用了数学方法，但是它具有自己独特的特点，即它的数学形式建立在前，物理理论及图景的解释的“澄清”在后．而广义相对论的建立时运用的数学方法，就十分不同，它是对其物理图像的推测在前，数学形式体系建立在后，即先有弯曲时空的概念，后有借助于黎曼几何而建立的爱因斯坦引力场方程．量子力学与之相反是因为“波函数及其所满足的薛定谔方程并不是对微观客体自在状态及其变化状况的直接表述，而显示原子和亚原子现象的依然是宏观仪器．用宏观仪器观测原子和亚原子现象，其结果依然要借用经典物理概念来加以描绘．微观体系服从统计规律，乃在宏观量上反映的便是海森堡不确定性原理及其测不准关系式，对于波函数则赋予玻恩几率波解答．”最后，爱因斯坦无疑是个人研究;而量子力学的研究则是科学家群体的工作．爱因斯坦从事的是个人研究，是在个人的强烈的兴趣的支撑下从事的科学研究;而量子力学的建立和发展是与一个科学家群体的努力分不开的，尤其是哥本哈根学派的努力．这也说明现代的科学研究单凭一个人就获得巨大成就是非常不易的，现代的科学研究已经进入了一个大科学的时代，科学研究变成了科学家群体的活动．三、物理学革命的作用和影响20世纪的物理学革命对人类社会产生了广泛和深远的影响，对现代科学技术和社会经济的发展有着巨大的推动作用，也在哲学思想领域引起了巨大震动．1988年的诺贝尔医学/生理学奖得主李特曼估计，当今世界国民经济总值中25%来自与量子现象有关的技术．狭义相对论和广义相对论为人类建立了新的时空观，时间、空间和物质成为一体，建立了全新的自然观．量子力学的建立为人类描述微观世界提供了新的表达方法和思考方法．相对论和量子力学的建立突破了牛顿经典力学的局限，为人类探索宏观世界和微观世界提供了新的理论基础，为人类探索自然提供了全新的思想工具．新的时间、空间和物质一体的观念，微观粒子的运动状态不再受经典规律的支配，不再遵从“决定论”或严格的“因果律”，而是服从一种统计性的规律的观念对传统的哲学思想有很大的冲击，在哲学思想领域引起了巨大震动，也推动了哲学的进一步发展．从相对论和量子力学的建立过程中，可以清楚地看到学术交流的重要性．海森堡的名言“科学扎根于讨论”生动的反映了当时学术交流的情形．从相对论理论的形成到旧量子论的发展和量子力学的建立，始终有着良好的学术沟通、交流环境．而良好的学术研究、学术交流氛围为新事物的成长提供了肥沃的土壤．对比物理学革命的历史，我们的教育，特别是科学教育有必要进行不断的改革，不仅传授科学知识、科学方法，还要塑造和培养科学态度和科学精神．要营造“勇于提问、勇于探索、勇于争论与相互讨论、相互学习、相互鼓励”的良好学习环境，培养创新意识和团队精神．同时，在学科和专业教育中要融入科学技术史的知识，以史为鉴，加强对科学态度、科学精神的塑造和培养．参考文献：［1］申漳．简明科学技术史话．中国青年出版社［M］．1980，12．［2］李佩珊，许良英．20世纪科学技术简史［M］．北京：科学出版社，1985．［3］萧子健主编．简明科学技术史［M］．西北电讯工程学院出版社，1987，6．［4］潘永样等．物理学简史［M］．武汉：湖北教育出版社，1990．［5］王德云．量子论的建立和发展［J］．现代物理知识，1995，(1)：38-41．［6］施若谷．20世纪初物理学三大成就及其对现代科学的影响［J］．漳州师范学院学报(自然科学版)，1999，(4)：35-39．［7］杨福家．量子百年话创新［J］．自然杂志，2001，(2)：63-68．［8］沈葹．哥本哈根学派量子论刍议．世界科学［J］．2004，8．［9］刘道军．广义相对论．科技文萃［J］．2004，8．［10］编写组．科学家传记百科全书．上卷．华夏出版社．［11］杨振宁．爱因斯坦对二十一世纪理论物理学的影响．科技中国［J］2004，创刊号．。
南大对中国高校的贡献
南大对中国高校的贡献
摘要：
1.介绍南京大学的历史和背景
2.南大对中国高校的贡献
3.总结南京大学的影响和地位
正文：
南京大学，简称南大，位于中国南京，是中国最早的国立大学之一，其历史可以追溯到1902 年创建的三江师范学堂。
作为一所拥有悠久历史和卓越学术传统的顶尖学府，南京大学在中国教育界具有举足轻重的地位，对中国高校的发展产生了深远的影响。
南大对中国高校的贡献主要体现在以下几个方面：
首先，南京大学是中国现代高等教育的开创者之一，其创建和发展历程见证了中国现代高等教育的演变。
南大在创建初期，就秉持“育人为本，研究次之”的办学理念，强调教学与研究的结合，为中国高校的发展提供了重要的借鉴和参考。
其次，南京大学在中国高校的科研和人才培养方面做出了突出贡献。
南大是中国最早开展研究生教育的高校之一，也是首批进入国家“211 工程”和“985 工程”的高校之一。
南大的研究生教育质量和学术影响力在全国高校中名列前茅，为国家培养了大量的高级人才。
此外，南京大学在学科建设和科研成果方面也取得了显著的成就。
南大是中国最早开展文理医工多学科综合发展的高校之一，其学科门类齐全，学术实
力雄厚。
南大在数学、物理、化学、地理、天文等学科领域的研究和应用取得了举世瞩目的成果，为推动中国科学研究和技术发展做出了重要贡献。
总结来说，南京大学作为中国最早的国立大学之一，其对中国高校的贡献是不容忽视的。
第 九 讲 20世纪物理学革命
第九讲20世纪物理学革命第一节现代物理学革命的序幕17世纪，牛顿完成了经典力学体系，实现了物理学的第一次理论大综合。
1846年，海王星的发现完全证明了牛顿理论的威力。
19世纪40年代，能量守恒和转化定律的发现，把力学、热学、电学、化学甚至生物学联系在一起，分子运动理论的产生，麦克斯韦电磁理论的建立，把电学、磁学、光学统一起来，完成了物理学的第二次理论大综合。
这样，经典物理学被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”。
开尔文甚至说“物理学以后的贡献只能在小数点后六位数以后去寻找了”。
牛顿的绝对时空观绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在与其他外界事物无关地流逝着，它又可以名之为“延续性”。
绝对的空间，就其本身而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的、不动的。
“水桶实验” ：桶里装水，旋转桶，初始，水面平静，后来，由于摩擦力，水面弯曲。
停止旋转桶，水面仍然动荡。
因此，牛顿认为，水面是否弯曲并不取决于水是否相对于桶运动，而取决于是否相对绝对空间运动。
一）19世纪末的三大发现1、χ射线（即伦琴射线）的发现1）阴极射线的发现19世纪下半叶，物理学家开始集中关注电荷通过气体的放电现象。
1859年，德国图宾根大学教授普吕克尔（1801—1868）发现，当放电管中气压足够低（一个大气压的1/10万）并加上高压电时，阴极对面的管壁上出现淡绿色的光斑。
将管内两极接线调换后，原来阴极那边管壁上又闪耀淡绿色的荧光。
这表明有一束射线从阴极射向阳极。
普吕克尔发现了阴极射线。
2）χ射线的发现伦琴（Willhelm Konrad Rotgen，1845—1923），德国实验物理学家，1901年首届诺贝尔物理学奖获得者。
面对阴极射线的研究热潮，伦琴也置身其中。
他猜想阴极射线管内产生的绿色荧光，可能是管内残留的空气引起的，或是由于阴极射线撞击玻璃引起的。
为了测定阴极射线对各种材料的穿透厚度，必须排除外界干扰，防止管外荧光板受管内荧光的影响，他用黑纸将阴极射线管包得严严实实，门窗紧闭，关闭室内一切灯光。
20世纪重大的科学理论突破
20世纪重大的科学理论突破20世纪重大的科学理论突破000020世纪重大的科学理论突破《科技百年话创新》编写组1543年哥白尼的《天体运行论》问世，近代科学革命也由此肇端。
17世纪是经典力学的辉煌时代，在伽利略、开普勒和笛卡儿等人工作的基础上，牛顿通过运动学三定律和万有引力定律建立起一个完整的力学理论体系，从而完成了人类认识自然历程中的第一次理论上的大综合。
18世纪引人注目的科学理论成就可举出欧拉、拉普拉斯和拉瓦锡在数学、天体力学和化学方面的工作为代表。
19世纪在文化史上被称作"科学世纪"，能量守恒原理、统一的电磁理论、原子－分子论、元素周期律、细胞理论、生物进化论，以及数学分析基础的严格奠立都是彪炳千秋的科学理论成就。
19世纪是经典物理学取得全面胜利的世纪。
1846年海王星的发现使人们有足够的信心认为天体的运动规律已被囊括在牛顿的法网之中。
分子运动论亦借助牛顿的运动学观念成功地解释了声和热等宏观现象。
能量守恒原理把热学、力学、电学以及化学等各种物质运动形式连成一体，使物理学达到了空前的综合与统一。
到了19世纪末，经典物理学的力学、电磁学（光学）、热力学都各自形成了完整的体系，物理学的基本原理为所有自然科学所遵循，经典物理学的机械自然观成为所有自然科学学科的主导思想。
物理学的成就如此辉煌，以至于当时优秀的物理学家都感到科学的新发现已经到了尽头，甚至断言未来的物理学发现只有到小数点的若干位以后去寻找了。
但是人们不曾料到，正是在19世纪末，经典物理学的万里晴空中却飘来了两朵乌云--"黑体辐射"和"以太漂移"，它们引发了从20世纪初开始的长达30余年的物理学革命。
1. 量子论和量子力学量子论、量子力学以及后来量子场论的发展，不仅揭开了物质科学崭新的一页，也为核技术、微电子和光电子技术的发展奠定了基础。
对经典物理学的突破是从黑体辐射问题开始的。
物理学的丰碑——20世纪理论物理成就回顾
作者： 朱克俭
出版物刊名： 连云港师范高等专科学校学报
页码： 50-53页
主题词： 理论物理;20世纪物理学;基本粒子;物理学家;顶夸克;物质结构;电磁相互作用;物理学发展;统一理论;相对论
摘要： 再过几年,人类就要告别20世纪跨入21世纪了。
在这即将过去的百年中,经过许多物理学家和科学工作者的辛勤工作以及不懈探索,物理学获得了蓬勃发展,取得了斐然的成就。
它的建树之高、覆盖之宽、成就之显、应用之广,在物理学发展的历史上都是空前的。
本文主要对20世纪理论物理发展概况进行回顾,并展望下一世纪物理学的进展。
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摘要：南京大学物理学科在近代中国物理学初创时期，学术发展成就突出，教育成果斐然，是中国物理学高等教育的发源
地之一． 本文全面介绍了 ２０ 世纪上半叶南京大学物理学科早期的科学贡献．根据学科起源，分两部分系统地梳理了他们在教
学科研、科学推广、人才培养方面的主要活动及科学成就．
关键词：物理学科；南京大学；科学贡献；学术成就
１９３０ 年，国立中央大学物理学会编写的《物理
； 收稿日期： 修回日期：
２０１７ － １１ － １５
２０１８ － ０６ － １９
作者简介：王竞（ — １９８０ ），女，江苏徐州人，南京大学《物理学进展》编辑部编辑，物理学博士．
第３期
王 竞：２０ 世纪上半叶南京大学物理学科的科学贡献
２第０１３９８年卷３第月３ 期
大 学 物 理
ＣＯＬＬＥＧＥ ＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．３ Ｍａｒ． ２０１９
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２０ 世纪上半叶南京大学物理学科的科学贡献
王 竞
（南京大学 物理学院，江苏 南京 ） ２１００９３
（ ） 中图分类号： 文献标识码源自 文章编号： Ｏ ４－０９ Ａ
１０００ ０７１２ ２０１９ ０３ ００３６ ０５
【 】 ＤＯＩ １０．１６８５４ ／ ｊ．ｃｎｋｉ．１０００ ０７１２．１８０３７１
南京大学的前身是成立于 １９０２ 年以“西学”为 主的三江师范学堂（１９０２—１９０５ 年），此时三年制的 优级本科理化数学部以及初级本科教学中，已设有 物理课程． １９０５ 年三江师范学堂更名为两江师范学 堂（１９０６—１９１１ 年），并在此基础上筹建了南京高等 师范学校． 南京高等师范学校 （ — １９１４ １９２１ 年）于 １９１５ 年开设物理化学部，这就是南京大学物理学科 的开端． １９２１ 年，以南京高等师范学校为基础，国立 东南大学成立（１９２１—１９２７ 年），下设物理系． １９２７ 年，南京国民政府将原国立东南大学等江苏境内专 科以上 ９ 所公立学校合并，组建成国立第四中山大 学，随后三易其名，最终定名国立中央大学［１］． 南京 大学物理学科的另一个源头是私立金陵大学 （ — １８８８ １９５２ 年）． １９２１ 年，私立金陵大学改文科为 文理科，增发理科学士学位，这时的理科部分包含化 学、数理两系． １９２８ 年 ９ 月，私立金陵大学正式成立 物理系［２］．
１９２７ 年秋，中央大学物理学会 正 ［３］ 式成立，这 是师生自发的学术团体． 中央大学物理学会会章上 的会员范围已然超越了本系、本校，更具有进一步的 广泛性． 这样一个广泛的论坛，向所有对物理学感 兴趣的个人开放，所有的会员均有机会参加、聆听该 领域的重要科学讲座． 中央大学物理学会的工作非 常活跃，而且学术氛围浓厚，吸引了很多年轻学生， 也将物理学学生、教员的集体智力凝聚了起来． 吴 有训、叶企孙、周培源、查谦等著名物理学家都在学 会组织下做过演讲． 在物理学领域，这些富有创造 性的同学、学者之间的思想交流非常重要．
南京大学物理学科的早期发展是两条不同的轨 迹：国立中央大学及其前身以培养栋梁之材为己任， 开辟学术研究的道路；私立金陵大学出身于教会学 校，致力于“教育救国”，使培养的人材符合国情需求．
１ 国立中央大学及其前身的学术活动和科 学研究
２０ 世纪初，早期的留学生怀着报国的热情回国 执教，他们致力于科学专业化的事业，以积极参与、
国立中央大学物理系在各个时期都延续着学术 研究的传统［４，５］，将科研放在相当重要的地位，学风 严谨，坚持追求真理．
胡刚复于 １９１８ 年回国后，在南京高等师范学校 以及后来的国立东南大学担任教职． 他在南京高等 师范学校首设物理实验课程，开创了我国物理实验 教学的先河［６］． 同时，胡刚复教授还是中国科学社 名词审查委员会的重要成员． 此时，中国科学家和 知识分子开始有组织地进行科学技术传播的活动， 并开始系统地建立科学技术研究体系． 胡刚复分别 于 １９１６ 年以及 １９２３ 年在《科学》杂志上发表《电位 定名解》以及《热力学第二定律和熵的概念》两篇文 章 ［７］，对 我 国 相 关 电 位 、熵 等 一 大 批 名 词 的 定 名 以 及市制度量衡单位，如时间秒、１ 尺 ＝ １ ／ ３ 米，１ 斤 ＝ １ ／ ２ 公斤的确定工作，做出了重要贡献．
３７
学 会 手 册 》［３］列 出 的 学 会 会 员 名 单 ，不 仅 含 有 数 学 以及化学专业毕业生，还有许多知名物理学家：倪尚 达、方光圻、吴有训、朱正元、严济慈、施汝为等．《物 理学会手册》内容极为丰富，既介绍了国立中央大 学物理系的课程设置、师资力量等教学概况，也介绍 了中央大学物理学会的孕育、建立和发展，还在后编 内容中收录整理了科学年表、物理学大记事、物理学 名著百种选目、物理学重要杂志名单、世界重要物理 学会调查表、中国科学研究机关及团体调查表、中国 各大学物理系表、物理学诺贝尔奖金历届得奖人名 录及其工作． 当年我国科学技术非常落后，国内尚 无相关科技工具书出版，所有资料都要从外国的书 刊中去收集整理． 这本手册的出刊包含了国立中央 大学物理系师生对物理学工作的极大热情． １．２ 科学贡献
鼓励科学研究的方式建设我国的高等教育．国立中 央大学物理系早期的教师们主动承担起科学宣传与 普及的工作，从事科学教育、扩大科学影响，从而壮 大科学队伍． 在我国大学物理学科朝着专业化发展 的进程中，物理学介绍性的课程逐步发展扩大，物理 系的师生也积极参与到交叉学科之间的合作． １．１ 学术活动
早在南京高等师范学校时期，物理学还未从理化 科独立分系时，南京高等师范学校的学术气氛已然相 当活跃． 师生们成立了数理化研究会，刊行了数理化 杂志［３］． １９２５ 年，国立东南大学时期的物理系已开始 订立物理学会会章、选举会员． 这时的会员都是本校 物理系师生及毕业的学生，学会还组织了学术研究讨 论会、教授演讲会、读书心得等学术性活动．