物理学家简介

几位重要的物理学家简介
（曾小金收集、编辑以及整理）
物理学是研究物质运动最一般规律及物质基本结构的自然科学学科。

物理学的飞速发展从16世纪开始发展至今，经过许多科学家的不懈努力，物理学现在已经发展成为一门独立、科学、严谨的学科；在这400多年的发展中，有很多科学家做出了巨大贡献。

1. 伽利略（Galileo Galilei, 1564-1642）
意大利物理学家、天文学家、数学家。

他开创了以实验事实为基础并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，为推翻以亚里士多德为旗号的经院哲学对科学的禁锢、改变与加深人类对物质运动和宇宙的科学认识做出了巨大的贡献，被誉为“近代科学之父”。

伽利略对近代科学最重要的贡献在于创立了新的科学思想和科学研究方法。

在伽利略的研究成果得到公认之前，物理学乃至整个自然科学只不过是哲学的一个分支，没有取得自己的独立地位。

当时，哲学家们束缚在神学和亚里士多德教条的框框里，得不出符合实际的客观规律。

伽利略继承和发展了阿基米德的方法论——注重科学实践的唯物主义世界观，敢于向传统的权威思想挑战，他不是先臆测事物发生的原因，而是先观察自然现象，由此发现自然规律。

他摒弃神学的宇宙观，认为世界是一个有秩序的服从简单规律的整体，要了解大自然，就必须
进行系统的实验定量观测，找出它的精确的数量关系。

基于这样的新的科学思想，伽利略倡导了数学与实验相结合的研究方法，这种研究方法是他在科学上取得伟大成就的源泉，他以系统的实验和观察推翻了以亚里士多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。

伽利略的科学活动主要集中在天文学和力学方面。

在天文学方面，伽利略的贡献是极其巨大的。

他的宇宙观的核心是维护和坚持、发展了哥白尼学说。

他的日心说观点是完全建立在对天文的长期观测所获得的大量新发现的可靠事实基础之上的。

伽利略通过望远镜测得太阳黑子的周期性变化与金星的盈亏变化，看到银河中有无数恒星，有力地宣传了日心说。

1632年出版的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》是近代科学史上具有重大意义的著作。

1638年伽利略完成了又一巨著《关于两门新科学的对话与数学证明对话集》，为物理学的发展作出了卓越的贡献。

落体运动定律和惯性定律是该书中的重要内容。

伽利略的实验主要是应用小球沿斜坡滚动的方法，证实了落体定律，也推出了不完整、不彻底的惯性定律－－他只承认圆惯性运动，而不承认直线惯性运动。

他的理论奠定了经典力学的基础，以后经牛顿发展完善，建立了近代经典力学的系统理论。

伽利略所建立的摆的定律、惯性定律、落体运动定律，以及对抛体运动的研究和他提出的相对性原理，奠定了动力学的主要基础。

伽利略的一生，贡献是巨大的,特别是他坚持真理不畏强权的科学态度，更是后人学习的榜样。

当然他也不正确的观念，如否定色、香、味等物质属性的客观性等，但这些都无损于一个伟大科学家的光辉形象。

2. 牛顿（Isaac Newton, 1643-1727）
英国伟大的物理学家、天文学家和数学家，经典力学体系的奠基人。

1643年1月4日，牛顿诞生于英格兰林肯郡的一个自耕农家庭。

他自幼热爱自然，喜欢动脑动手，12岁时进入离家不远的格兰瑟姆中学。

在读中学时他曾寄宿在格兰瑟姆镇的克拉克药店，药店对他来说就是一个小型实验室，在那里培养了他的科学实验能力。

牛顿还将自己已记录的自然现象分为几类：颜色调配、时钟、天文、几何学。

这种良好的学习方法，为他后来的科学研究打下了坚实的基础。

1661年6月牛顿以减费生的身份考入剑桥大学三一学院。

三一学院的巴罗教授对牛顿特别看重，指导他阅读了许多前辈的优秀著作。

1664年牛顿经过考试被选为巴罗教授的助手，1665年大学毕业。

1665~1666年伦敦流行鼠疫，牛顿回到家乡，在这两年期间取得了许多成就。

1667年牛顿重返剑桥大学深造，1668年7月获硕士学位。

1669年巴罗教授推荐年仅26岁的牛顿继任卢卡斯讲座教授。

1666年的夏末，一只历史上最著名的苹果从树上落了下来，正好打在牛顿的头上，刚好那天牛顿在聚精会神的思索：是什么力量使月球保持在其环绕地球运行的轨道上，什么力量使行星保持在其环绕太阳运行的轨道上？为什么这只打在他头上的苹果会坠落到地上？正是从思考这些问题开始，他找到了最终的答案——万有引力理论。

尽管牛顿以前在解析几何、对数、无穷级数等方面已有成就，还是不能圆满的解决当时生产和自然科学所提出的许多新问题。

牛顿将古希腊求解无穷小问题的方法统一为两类算法：正流数术（微分）和反流数术（积分）。

1676年牛顿发表了研究成果二项式展开定理。

1684年莱布尼茨在对曲线的切线研究中引入拉长的S作为积分符号。

从此牛顿创立的微积分学在各国迅速推广。

当牛顿在微积分方面迈开卓越的一步后，他开始用三棱镜对白光的组成进行分析。

证实白色光所以能散射成彩色光谱，是由于白光本身是由折射程度不同的各种彩色光混合组成的。

他用白光分解实验宣告了光谱学的诞生。

《光学》是牛顿的经典著作，集中反映了他的光学成就。

牛顿在《自然哲学的数学原理》这部巨著里，不但从数学上论证了万有引力定律，而且把力学确立为完整、严密、系统的学科。

他在概括和总结前人研究成果的基础上，通过自己的观察和实验，提出了“运动三定律”。

这三条定律和万有引力定律共同构成了宏伟壮丽的力学大厦的主要支柱。

1672年牛顿被皇家学会聘为会员，1703年成为皇家学会终身会长。

1699年任造币局局长。

1705年被封为爵士。

1727年牛顿逝世于肯辛顿，遗体葬于威斯敏斯特教堂。

人们为了纪念牛顿，用他的名字来命名了力的单位。

3. 麦克斯韦（James Clerk Maxwell, 1831-1879）
英国伟大的理论物理学家。

1831年6月13日麦克斯韦诞生于英国爱丁堡的一个地主家庭，1847年进入爱丁堡大学听课，专攻数学。

1850年考入剑桥大学，
1854年以优异成绩毕业于该校三一学院数学系，并留校任职。

1856年到阿伯丁的马里沙耳学院任自然哲学教授。

1860年到伦敦皇家学院任自然哲学及天文学教授。

1871年受聘为剑桥大学的实验物理学教授，负责筹建该校的第一所物理学实验室——卡文迪什实验室，1874年建成后担任主任。

麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家。

他根据库仑，高斯、安培、欧姆、毕奥、萨伐尔、法拉第等人的一系列发现、实验及研究成果建立了完整的电磁理论体系，科学的预言了电磁波的存在，并指出了光、电、磁现象本质的统一性。

这一划时代的理论成果为现代电力工业、电子工业和无线电工业的发展奠定了坚实的基础。

麦克斯韦14岁读中学时，就发表了第一篇科学论文《论卵形曲线的机械画法》。

他认真研究法拉第的《电学的实验研究》一书，并发表了首篇电磁学论文《论法拉第的力线》，论文中用精确的数学表达了力线的概念，从而推导出库仑定律和高斯定律，这篇论文用数学语言表达了法拉第的物理思想。

1863年他发表了第二篇论文《论物理力线》，不仅进一步发展了法拉第的思想，扩充到变化的磁场产生电场，电场的变化产生磁场，还由此预言了电磁波的存在，证明了电磁波的传播速度等于光速，揭示了光的电磁波本质。

1864年他的第三篇论文《电磁场的动力学理论》从基本的实验事实出发，以场论的观点用演绎法建立了系统的电磁理论。

麦克斯韦所著的《电学和磁学论》一书于1873年出版，该书是一部里程碑式的伟大著作，全面总结了19世纪中期以前对电磁现象的研究成果，并建立了完整的电磁理论体系。

他在总结前人研究工作的基础上，提出了位移电流的概念，建立了电磁学的基本方程组，该微分方程组决定了电荷、电流、电场和磁场之间普遍联系。

他还曾预言电磁波能在实验室内产生，后来此预言由赫兹在1887年实现了。

麦克斯韦是建立各种模型来类比不同物理现象的能手，更是运用数学工具来分析物理问题的大师。

他运用数学统计的方法导出了分子运动的麦克斯韦速度分布律，还研究过土星的光环和视觉理论，创立了定量色度学。

麦克斯韦在他生命的最后几年里，花费了很大力气整理和出版了卡文迪什的遗稿并创建了卡文迪什实验室，为人类留下又一笔珍贵的科学遗产。

1879年11月5日麦克斯韦因癌症不治于剑桥逝世，终年49岁。

4. 玻尔兹曼(Ludwig Eduard Boltzmann, 1844-1906)
奥地利物理学家，气体动理论的主要奠基人之一。

1844年2月20日玻尔兹曼出生于音乐之都维也纳，幼年受到良好的家庭教育。

1863年在维也纳大学学
习物理学和数学，得到斯忒藩和洛希密脱等著名学者的赞赏和培养。

1866年获
博士学位后，在维也纳的物理学研究所任助理教授，此后历任拉茨大学、维也纳大学、慕尼黑大学和莱比锡大学的教授。

1899年被选为英国皇家学会会员。

他
还是维也纳、柏林、斯德哥尔摩、罗马、伦敦、巴黎、彼得堡等科学院院士。

大学毕业后，玻尔兹曼当了斯忒藩的助手。

1866年正值玻耳兹曼即将完成
博士论文之际，麦克斯韦计算出了分子速度的麦克斯韦分布律。

1868至1871年间，玻耳兹曼把麦克斯韦的气体速率分布律推广到分子在任意力场中运动的情况，得出了有势力场中处于热平衡态的分子按能量大小分布的规律，即玻耳兹曼分布律，并进而得出气体分子在重力场中按高度分布的规律。

玻耳兹曼进一步研究气体从非平衡态过渡到平衡态的过程，于1872年建立了玻耳兹曼积分微分方程。

他引进由分子速度分布函数f定义的一个泛函数H，证明f发生变化时，H随时间单调地减小，H减少到最小值时，系统达到平衡状态——这就是著名的H定理。

H定理与熵S增加原理相当，都表征热力学过程
由非平衡态向平衡态转化的不可逆性。

1877年玻耳兹曼建立了熵S和系统宏观
态所对应的可能的微观态数目（即热力学几率W）的联系：S∝lnW。

揭示了宏
观态与微观态之间的联系，指出了热力学第二定律的统计本质：H定理或熵增加原理所表示的孤立系统中热力学过程的方向性，正相应于系统从热力学几率小的状态向热力学几率大的状态过渡，平衡态热力学几率最大，对应于S取极大值或H取极小值的状态。

后来普朗克将玻尔兹曼的关系简写为S=klnW ，式中k为
玻尔兹曼常数。

玻耳兹曼的工作是标志气体动理论成熟和完善的里程碑，同时也为统计力学的建立奠定了坚实的基础。

玻耳兹曼把热力学理论和麦克斯韦电磁场理论相结合，运用于黑体辐射研究。

1884年玻耳兹曼从理论上严格证明了空腔辐射的辐射出射度M和绝对温度T的关系：M =σT4 式中,σ是个普适常量，这个关系被称为斯忒藩－玻耳兹曼定律。

1900年，普朗克在利用玻耳兹曼的方法推导黑体幅射定律时，提出了作为现代
物理学标志的普朗克能量子假设，掀开了量子时代的帷幕。

玻耳兹曼是位很好的老师，讲课深受学生欢迎。

他常常主持以科学最新成就为题的讨论班，带动学生进行研究，培养了一大批物理学者。

玻尔兹曼的名著《气体理论讲义》被译成多国文字，至今仍有重要学术价值。

玻尔兹曼于1906年9月5日不幸自杀身亡。

熵与热力学几率关系式S=klnW至
今仍然刻在玻尔兹曼的墓碑上。

5. 托马斯·杨（Thomas young, 1773-1829）
英国物理学家、医生，波动光学的奠基人。

1773年6月13日托马斯·杨出生于撒默塞特郡的米菲尔顿。

他出身于商人和教友会会员的家庭，幼年有神童之称，智力过人；2岁能阅读；4岁能背诵英国诗人的作品和拉丁文诗；9岁掌握车工工艺，能自己制造物理学仪器；14岁之前自学了牛顿的微分法，并学会了法、意、波斯和阿拉伯等语言。

托马斯·杨进过不少学校，但他以自学作为获得科学知识的主要手段，曾在伦敦大学、爱丁堡大学和格丁根大学学习医学。

他对生理光学和声学具有强烈的兴趣，后来转向研究物理。

1801-1803年托马斯·杨担任英国皇家研究院教授，1811年起在伦敦行医，1818年起兼任径度局秘书，领导《海事历书》的出版工作，同时任英国皇家学会国际联络秘书。

他还为大英百科全书撰写过四十多位科学家的传记。

他一生研究过物理、数学、天文、地球物理、语言、医学、动物学、考古学、科学史等学科，并精通绘画和音乐，但以物理学家著称于世。

托马斯·杨为光的波动学说奠定了基础。

著名的杨氏干涉实验巧妙之处在于，他让通过一个小针孔S0的一束光，然后再通过二个小针孔S1和S2，使同一光源的光变成两束光，这两束光是相干光。

实验结果表明，在屏幕上看见了明暗相间的干涉条纹。

后来又以狭缝代替针孔，进行了双缝干涉实验，得到更加明亮的干涉条纹。

他用这个实验引入干涉概念论证了光的波动说，同时又解释了牛顿环的成因和薄膜的彩色。

1801年他引入叠加原理，把惠更斯的波动理论和牛顿的色彩理论结合起来，解释了规则光栅产生的色彩现象。

1803年又用波动学说解释了障碍物影子具有彩色毛边的现象。

1820年用完善的波动理论对光的偏振做出了满意的解释，认为只要承认光波是横波，必然会产生偏振现象。

托马斯·杨第一个测出7种颜色的波长，他曾从生理角度说明人的色盲现象，还建立了三色原理，即一切彩色都可以从红、绿、蓝这三种原色以不同的比例混合而得到。

托马斯·杨对弹性力学很有研究。

后人为表彰托马斯·杨的贡献，把纵向弹性模量即正应力与线应变之比称为杨氏模量。

托马斯·杨一生博学，多才多艺，兴趣广泛。

他以物理学家闻名于世，在其他许多领域也有所成就。

1814年研究考古发现古埃及石碑，用了多年时间破译了碑文，在考古领域做出了贡献。

托马斯·杨于1829年5月10日逝世于英国伦敦，终年56岁。

在他逝世前仍致力于编写埃及字典的工作，一生中没有虚度过一天是他最大的满足。

6. 普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck, 1858-1947)
德国理论物理学家，量子论的奠基人。

生于基尔，少年时代在慕尼黑度过。

1874年进入慕尼黑大学，1879年获哲学博士学位。

曾先后在慕尼黑大学和基尔大学任教。

1888他接替基尔霍夫的教学工作成为柏林大学教授。

１８９４年被任命为普鲁士科学院院士。

1900年他在黑体辐射研究中引入能量量子，因而荣获1918年诺贝尔物理学奖。

普朗克早期从事热力学的研究，对物质聚集态的变化、气体和溶液理论等进行了研究。

19世纪末，人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候，出现了著名的“紫外灾难”。

1896年普朗克开始研究热辐射的能量分布问题，经过几年艰苦努力，终于利用内插法导出了与实验相符的公式—普朗克辐射公式。

1900年12月14日，他在德国物理学会作了《论正常光谱的能量分布》的报告，他认为，为了从理论上得出正确的辐射公式，必须假定物质辐射（或吸收）的能量不是连续地、而是一份一份地进行的，只能取某个最小数值的整数倍。

这个最小数值就叫能量子，辐射频率是n的能量的最小数值ε=hn。

其中h是一个普适常数，现在叫做普朗克常数，这一天成了量子论的诞生日。

普朗克一生除物理学外还喜好音乐和爬山运动。

80岁和84岁高龄时还登上3000多米的高山大威尼迭格峰。

二次大战期间他为受迫害的犹太籍科学家提供过尽可能多的支持与帮助。

7. 爱因斯坦（Albert.Einstein，1879—1955）
爱因斯坦1879年出生于德国乌尔姆市的一个犹太人家庭（父母均为犹太人），1900年毕业于苏黎世联邦理工学院，入瑞士国籍。

1905年，获苏黎世大学哲学博士学位，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖，1905年创立狭义相对论。

1915年创立广义相对论。

1955年4月18日去世，享年76岁。

爱因斯坦为核能开发奠定了理论基础，开创了现代科学技术新纪元，被公认为是继伽利略、牛顿以来最伟大的物理学家。

1999年12月26日，爱因斯坦被
美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。

相对论对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响。

相对论从逻辑思想上统一了经典物理学，使经典物理学成为一个完美的科学体系。

狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个
体系，指出它们都服从狭义相对性原理，都是对洛伦兹变换协变的，牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。

广义相对论又在广义协变的基础上，通过等效原理，建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系，得到了所有物理规律的广义协变形式，并建立了广义协变的引力理论，而牛顿引力理论只是它的一级近似。

这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系的问题，从逻辑上得到了合理的安排。

相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。

狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律，并提示了质量与能量相当，给出了质能关系式。

这两项成果对低速运动的宏观物体并不明显，但在研究微观
粒子时却显示了极端的重要性。

因为微观粒子的运动速度一般都比较快，有的接近甚至达到光速，所以粒子的物理学离不开相对论。

质能关系式不仅为量子理论的建立和发展创造了必要的条件，而且为原子核物理学的发展和应用提供了根据。

对于爱因斯坦引入的这些全新的概念，当时地球上大部分物理学家，其中包括相对论变换关系的奠基人洛仑兹，都觉得难以接受。

甚至有人说“当时全世界
只有两个半人懂相对论”。

旧的思想方法的障碍，使这一新的物理理论直到一代
人之后才为广大物理学家所熟悉，就连瑞典皇家科学院，1922年把诺贝尔物理
学奖授予爱因斯坦时，也只是说“由于他对理论物理学的贡献，更由于他发现了
光电效应的定律。

”对爱因斯坦的诺贝尔物理学奖颁奖辞中竟然对于爱因斯坦的
相对论只字未提。

8. 霍金（Stephen William Hawking, 1942-2018）
出生于英国牛津，英国剑桥大学著名物理学家，现代最伟大的物理学家之一、20世纪享有国际盛誉的伟人之一。

1963年，霍金21岁时患上肌肉萎缩性侧索硬化症（卢伽雷氏症），全身瘫痪，不能言语，手部只有三根手指可以活动。

1979至2009年任卢卡斯数学教授，主要研究领域是宇宙论和黑洞，证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理，提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型，在统一20世纪物理学的两大基础理论——爱因斯坦创立的相对论和普朗克创立
的量子力学方面走出了重要一步。

获得CH（英国荣誉勋爵）、CBE（大英帝国司令勋章）、FRS（英国皇家学会会员）、FRSA（英国皇家艺术协会会员）等荣誉。

20世纪70年代他与彭罗斯一道证明了著名的奇性定理，为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。

他因此被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。

凭一本薄薄的《时间简史》征服了全世界3000万读者。

黑洞理论使量子论和热力学在“霍金辐射”中得到完美统一，而他在20世纪80年代提出的无边界设想的量子宇宙论，解决了困扰科学界几百年的“第一推动”问题。

霍金希望解开宇宙诞生之时的奥秘，1970年代时，霍金将量子力学应用于解释黑洞现象，在之后的30年中，用量子力学解释整个宇宙已经变得更加困难了。

霍金想找到一套可以完美解释整个宇宙现象的理论来说明137亿年诞生直到现在的宇宙，但是多年过去了就算无限接近他仍然没有得出结论。

按照他的量子力学理论，宇宙诞生是大爆炸产生的，这是一个被压缩的无限小却具有超大重力的物质（也可以理解成密度无限大）爆炸的产物。

量子力学的理论范畴不能够解释这一个过程是如何进行？为什么会这样？霍金说“那必须有一套可以描述小规模重力的理论”。

霍金的同事，伦敦玛丽皇后学院的麦克·格林（Michael .Green）参与建构的超弦理论，简称为“弦论”，指出所有粒子和自然力量，其实都是在震荡中的像弦一样的微小物体，解决了霍金一直想努力解答的重力问题，该理论必须建立在宇宙必须有9、10甚至是大于11个的维度中，而人类身处的三维世界可能仅仅是真正的宇宙的其中一个膜。

9. 吴大猷（1907-2000）
笔名洪道、学立，广东高要人，出生于广州府番禺县，著名物理学家，被誉为中国物理学之父。

1933年（中华民国二十二年）获美国密歇根大学博士学位，1939年获中央研究院丁文江奖金，1948年被选为中央研究院第一届院士，1983年11月任台湾中央研究院院长。

吴大猷毕生献身科学研究和教育事业，为中国科学发展作出了重大贡献，在世界物理学界享有盛誉。

在原子和分子的一般理论方面做出了重大贡献。

他的两项研究为后来的工作开辟了道路，一项是关于重原子f态的计算，另一项是闭壳层电子激发态的计算。

吴大猷的学者生涯可大致分为三个时期：北京大学时期（1934—1946）、北美时期（1946—1978）和台湾时期（1978年起）。

他的研究领域涉及原子和分子理论、相对论、经典力学和统计力学的各个方面。

尤其在原子和分子理论、散射理论和统计力学方面有独创性。

吴大猷学生有杨振宁、李政道、黄昆、朱光亚等一大批著名物理学家。

一批骨干物理学家，如马仕俊、郭永怀、虞福春都曾从他那里受益过。

主要著作有《科学和教育》《科学与科学发展》《吴大猷科学哲学文集》《物理学的历史和哲学》《现代物理学基础的物理本质和哲学本质》等。