诺贝尔物理学奖的颁发对现代科技的影响-LTY

诺贝尔物理学奖的颁发对现代科技的影响

石家庄铁道大学四方学院

年月日

诺贝尔物理学奖的颁发对现代科技的影响

班级：方13**-* 姓名：LTY 学号：2013****

诺贝尔物理学奖的颁发已经持续将近100年了。这100年正是现代物理学大发展的时期。诺贝尔物理学奖包括了物理学的许多重大研究成果，遍及现代物理学的各个主要领域。100年来的颁奖显示了20世纪物理学发展的轨迹。可以说，诺贝尔物理学奖是20世纪物理学伟大成就的缩影，折射出了现代物理学的发展脉络。诺贝尔物理学奖的颁发体现了物理学新成果的社会价值和历史价值，对科学进步有举足轻重的作用。

1.1 诺贝尔物理学奖反映现代科技的发展，获奖成果是现代科技发展到一定阶段的产物

1.1.1 首届诺贝尔物理学奖

19世纪末，处于当时科学体系中坚地位的经典物理学达到了空前的辉煌。力学、热力学和分子动理论、电磁学以及光学，都已经建立了完整的理论体系，在应

用上也取得了巨大成果。这时物理学家普遍认为，物理学已经发展到顶，伟大的发现不会再有了，以后的任务无非是在细节上作些补充和修正，使常数测得更精确而已。然而世纪之交新的物理学发现，如Ｘ射线、放射性的发现、电子的发现打破了这一局面，将物理学的发展引向更深入、更广阔的天地。

1895年伦琴在研究阴极射线的过程中，在实验中发现了一种穿透力极强的新的射线，由于当时尚不清楚这种射线的性质，伦琴称之为Ｘ射线。伦琴因发现X射线而获1901年的首届诺贝尔物理学奖。

X射线的发现是生产和技术发展的必然产物，特别是电力工业的发展，电器照明开始广泛应用，促使科学家研究气体放电和真空技术，才有可能发现阴极射线，从而导致了X射线的发现。

1.1.2 近十年的诺贝尔物理学奖

2000年授予研制用于高速光电子学的半导体异质结构、集成电路的发明，2001年授予根据玻色-爱因斯坦理论发现了一种新的物质状态-碱金属原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝集，2002年授予宇宙中微子的探测、发现宇宙Ｘ射线源，2003年授予对超导电性、超流性作用解释，2004年授予发现粒子物理的强相互作用理论中的“渐近自由”现象， 2005 授予对光学相干的量子理论做出的贡献及对基于激光的精密光谱学发展做出的贡献。2006年授予发现了黑体形态和宇宙微波背景辐射的扰动现象，2007年授予发现“巨磁电阻”效应，2009年授予华裔物理学家高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性成就及博伊尔和史密斯发明了半导体成像器件——电荷耦合器件（CCD）图像传感器。

这些获奖的成果都是在现代科技的前沿领域如凝聚态物理、粒子物理学、光学、天体物理学、无线电电子学、低温物理与超导等方面作出开拓性或突破性进展的成果，反映的是前沿科技的辉煌成果，是科学技术发展到一定阶段的产物。

2.2 诺贝尔物理学奖的颁发促进了相关领域科技的发展

2.2.1 X射线的发现促进了科技的发展

X射线的发现及研究，对物理学，化学，生物学和医学等都产生了深刻的影响，并且在这些相关领域造就了数十名诺贝尔奖金获得者。尤其是在物理学科领域，物理学家们对于X射线的研究推动了物理学自身的发展。在对X射线的研究中，物理学发展的连续性体现得尤为清楚，这不仅可以从知识本身的发展中可以看到，也可以从物理学家们的研究过程中充分地得到体现。特别是很多物理学家是在继承了前人的某些思想或是沿袭了前辈的某些研究或实验方法等，从而在这样的基础上继续深入研究，在理论或实验上有新的突破，最终做出新的，独创性的发现。

概括来讲，X射线的发现及其性质研究，一方面推动了对原子结构认识的发展，甚至是对原子核认识也是具有启发性的；另一方面又推动了量子力学的发展。X射线为我们认识物质世界提供了一个非常有力的工具。X射线光谱学的发展，为我们认识原子结构的规律性、为原子结构理论提供了直接的实验证据；X射线与物质的相互作用，主要是散射作用，向我们展示了原子、分子在物体中的微观排列图象。这使物理学的研究领域从宏观进入到微观、从经典过渡到现代，具有划时代的作用。因此，在二十世纪早期有几位物理学家都因对X射线的研究而取得的成果获得了诺贝尔物理学奖。

(1) X射线的研究对原子结构理论的影响

在劳厄发现X射线晶体衍射7年后，也就是1919年，索末菲解释了从受激原子发射的X射线分析中能得到的内容。在他的《原子结构和原子谱线》一书的序言中，他写道:“自光谱分析发现以来，只要我们掌握了频谱语言，就没有哪位专家还会怀疑原子的有关问题不能解决。60年的实验所堆积的光谱学实验资料，原来觉得是多么复杂，似乎简直无法整理；然而7年来X射线光谱学实验的贡献，使我们可以说:原子问题从根本上已经解决了，原子内部的性质也明确了。”从索末菲的这段话中我们可以窥见X射线的研究，尤其是X射线光谱学的研究与发展对于原子结构理论产生了多么重要的影响。索末菲的评价绝不夸张。N·玻尔在1913年将

量子论引入原子内部，提出了原子结构的量子假说。而这种理论是否正确，还需要依赖实验的检验与证明。X射线谱为这一理论提供了有力的证据。这要归功于巴克拉、莫塞莱和西格班等人，因为他们在X射线光谱学的创立和发展上做出了巨大的贡献。

X射线光谱学不仅为原子壳层结构理论提供了实验依据，还为人们定量的研究原子的能级开辟了途径。西格班曾经说过：“通过对X射线光谱学发展的简单回顾，可以看出以前认识到X射线是由围绕着原子核的电子云发射的。这为研究原子核外的结构开辟了一条主要途径。不仅仅原子的壳层结构被普遍肯定了，而且还能获得一个详细的定量的能级图。与光学光谱提供的外层能级信息相联系，它提供了现在的核外原子的详细图象。”例如，由X射线光谱学的知识，我们可以推断，最靠近原子核的是K能级，它的外面是L能级，然后是M能级和N能级等。

(2) X射线的研究对量子力学的影响

我们看到关于X射线是波动本质还是粒子本质的问题一直被争论了很多年，直到1912年劳厄发现了X射线的衍射，波动理论被普遍地接受。但是仅用这一理论对于X射线的描述仍然是不完善的，而关于X射线本质上的这层神秘的面纱最终由康普顿效应的发现而真正被揭开。

康普顿效应的量子解释同时考虑了能量守恒和动量守恒。动量守恒是针对客观存在的粒子的，这无疑说明了X射线也具有粒子属性，即是波粒二象性的。这种思想早在1905年爱因斯坦提出光量子概念时已体现，但又经历了很长对间人们才接受X射线本质是波动性和粒子性结合的事实，可见这两种属性在过去看来是“水火不相容”的。而正是这样两种水火不相容的属性的融合开始了量子力学蓬勃发展的历程。X射线，普遍讲是光的波粒二象性成为路易斯·德布罗意物质波假说的重要启示。

可见，康普顿效应的发现对于量子力学的发展起了积极的推动作用。