论述19世纪末物理学三大发现对物理学发展的意义

叙述十九世纪末物理学三大发现的时间、人物和历史意义。

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论述19世纪末物理学三大发现对物理学发展的意义

19世纪末，物理学上出现了三大发现，即X射线、放射性和电子。这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念，从而打开了原子和原子核内部结构的大门，揭露了微观世界中更深层次的奥秘。

1895年11月8日到12月28日，德国物理学家伦琴在研究阴极射线时，发现了具有惊人贯穿能力的X射线。19世纪末，阴极射线是物理学研究课题，许多物理实验室都开展了这方面的研究。1984年11月8日，伦琴将阴极射线管放在一个黑纸袋中，关闭了实验室灯源，他发现当开启放电线圈电源时，一块涂有氰亚铂酸钡的荧光屏发出荧光。用一本厚书，2-3厘米夺取的木板或几厘米厚的硬橡胶插在放电管和荧光屏之间，仍能看到荧光。他又用盛有水、二硫化碳或其他液体进行实验，实验结果表明它们也是“透明的”，铜、银、金、铂、铝等金属也能让这种射线透过，只要它们不太厚。伦琴意识到这可能是某种特殊的从来没有观察到的射线，它具有特别强的穿透力。他一连许多天将自己关在实验室里，集中全部精力进行彻底研究。6个星期后，伦琴确认这的确是一种新的射线。1895年12月22日，伦琴和他夫人拍下了第一张X射线照片。

天然放射性的发现与X 射线的发现直接相关。1895 年末，伦琴发现X 射线后，把他的论文的预印本和一些X 射线照片分别寄给了欧洲各国著名的物理学家，其中包括法国科学家庞加莱。在1896 年1 月20 日的法国科学院每周例会上，庞加莱展示了伦琴的论文和照

片，立即引起了贝克勒耳的极大兴趣。了解到X 射线是从管子正对着阴极的区域也就是玻璃管壁发出荧光的区域发出的，贝克勒耳提出了这样的猜测：X 射线和荧光之间可能存在着某种联系，能够发出荧光的物质可能同时也可以发出X射线。1896年，法国物理学家贝克勒尔在研究铀盐的实验中，首先发现了铀原子核的天然放射性。在进一步研究中，他发现铀盐所放出的这种射线能使空气电离，也可以穿透黑纸使照相底片感光。他还发现，外界压强和温度等因素的变化不会对实验产生任何影响。贝克勒尔的这一发现意义深远，它使人们对物质的微观结构有了更新的认识，并由此打开了原子核物理学的大门。1898年，居里夫妇又发现了放射性更强的钋和镭。由于天然放射性这一划时代的发现，居里夫妇和贝克勒尔共同获得了1903年诺贝尔物理学奖。此后，居里夫妇继续研究了镭在化学和医学上的应用，并于1902年分离出高纯度的金属镭。因此，居里夫人又获得了1911年诺贝尔化学奖。在贝可勒尔和居里夫妇等人研究的基础上，后来又陆续发现了其它元素的许多放射性核素。以上发现，有力地推动了放射性现象的理论研究和实际应用。

1897年，英国的汤姆逊和荷兰的塞曼分别测定了阴极射线的荷质比，确证了电子的存在。电子的发现和阴极射线的实验研究联系在一起的，而阴极射线的发现和研究又是以真空管放电现象开始的。早在1858年，德国物理学家普吕克在利用放电管研究气体放电时发现了阴极射线。普吕克利用真空泵，发现随着玻璃管内空气稀薄到一定程度时，管内放电逐渐消失，这时在阴极对面的玻璃管壁上出现了绿色荧光。当改变管外所加的磁场时，荧光的位置也会发生变化，可见，这种荧光是从阴极所发出的射线撞击玻璃管壁所产生的。关于阴极射线是什么许多科学家做过很多的研究，对此汤姆生设计了新的阴极射

线管，通过进一步的实验，汤姆生发现用不同的物质材料或改变管内气体种类，测得射线粒子的荷质比保持不变。可见这种粒子是各种材料中的普适成分。他和他的学生又重新做了赫兹实验，使用真空度更高的真空管和更强的电场，他观察出阴极射线的偏转，并计算出了阴极射线粒子（电子）的质量-电荷比例，汤姆逊采用1891年乔治·斯托尼所起的名字——电子来称呼这种粒子。

X射线的发现轰动了全世界，反响快得惊人，因为人们深知X射线具有很高的实用价值和科学意义。它迅速用于外科诊断――伦琴名誉博士学位，后来又用于冶金学。X射线是领路岛，导致放射性和电子发现――伦琴获第一个诺贝尔物理奖。现在已清楚，X射线可用高速电子流轰击，由重金属制成的靶而获得。元素放射性的发现具有重大的科学和哲学意义。它打破了道尔顿的原子不可分论；它预示人类将获得一种新的能源――原子能，即元素放出射线，同时产生大量的热能。用很少物质，可以获得很高的能量，展示了能源的美好前景。电子的发现打破了原子不可分的经典的物质观，向人们宣告原子不是构成物质的最小单元，它具有内部结构，是可分的。电子的发现是与微观物质组成有最直接的关系，它是组成原子的普适成分，它的质量比氢原子要小3个数量级。

三大发现集中在19～20世纪之交的年代里绝非偶然，有其深刻的社会背景和历史渊源。19世纪末，欧洲的工业生产和新技术应用已初具规模，电力工业的发展，电光源的应用，促使科学家研究气体放电和真空技术，新的电源及真空泵的相继问世为阴极射线的发现奠定了技术基础，而x射线以及电子的发现正是进一步研究阴极射线的直接成果，放射性的发现则是贝克勒尔对x射线的产生及铀盐磷光的深入研究后获得的，这也是铀盐被广泛应用于科研及生产领域的必然

结果。

世纪之交的三大发现，打破了人们的传统观念，冲击了原子不可分割的经典理论，在科学界乃至哲学界都产生了重大的影响。实验上的新发现，促进了理论上的大发展。相对论和量子力学的诞生，使物理学发展到了一个新的高峰，列宁曾对当时的情况作了精辟的分析，他指出：“自然界中的一切界限，都是有条件的相对的，可变动的，它表示我们的智慧接近于认识物质：“现代物理是在临产中，它正在生产辩证唯物主义。”世纪之交的这一时期是物理学发生大转折的时期，也是物理学史中非常重要的一个时期。在物理学发展的历史过程中, 有物理学家的成功和失败、欢乐和痛苦, 更充满着他们探索自然界奥妙的无穷智慧。这些物理学家的研究在改善人民生活，提高人类的健康水平方面都作出了应有的贡献。