物理学及其发展

AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科学技术史概论

策划：徐建培邹海林

制作:邹海林计算机辅助教学(CAI)课件信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYE-mail:第4章物理学及其发展

（下）信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论第四章（下）目录4.2现代物理学革命及其影响4.2.1X射线、放射性和电子的发现4.2.2量子力学的创立和发展4.2.3相对论的建立和发展4.3现代物理学的发展4.3.1原子核物理学的形成和发展4.3.2粒子物理学的形成与发展4.3.3凝聚态物理学的发展4.3.4诺贝尔及诺贝尔奖信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论4.2

现代物理学革命及其影响信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论导言

19世纪末20世纪初，近代科学处在一个转折时期，传统的科学范式不再无条件的有效，经典物理学面临着前所未有的挑战。以伦琴、居里夫人、贝克勒尔、汤姆逊、卢瑟福、普朗克、德布罗意、海森伯、薛定谔、爱因斯坦等为代表的一大批科学巨人，掀起了一场空前的物理学革命，把经典物理学推进到现代物理学阶段，而量子力学和相对论的创立就是这场物理学革命最主要的成果，它们构成了现代物理学的两大理论支柱。这场革命的另一成果是从根本上改变了人们的世界观和科学观，对20世纪科学技术飞跃发展起着极大的推动作用。信息电子工程学院上一节下一节本章结束本章开始AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论4.2.1X射线放射性和

电子的发现

信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论伦琴与X射线的发现（1）

德国物理学家伦琴（W.C.Röntgen,1845-1923）出生于普鲁士。少年时期一直在荷兰学习，后入荷兰机械工程学院。1869年毕业于瑞士的苏黎世综合技术学院，获博士学位。1879年经亥姆霍兹和基尔霍夫的推荐，担任了吉森大学物理学教授，并任物理研究所所长。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论德国物理学家伦琴1888年，伦琴又担任了维尔茨堡大学物理学教授和物理研究所所长。1894年任维尔茨堡大学校长和慕尼黑物理研究所所长。

1900年后，一直任慕尼黑大学物理学教授。他还是柏林和慕尼黑科学院的院士。因发现X射线于1901年获首届诺贝尔物理学奖。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论X-raytubeX射线真空管阳极阴极信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论伦琴与X射线的发现（2）

伦琴的科学研究工作达50年之久。他发表了50多篇论文，对物理学的发展，做出了重大贡献。他的最大功绩，是发现了X射线（又名伦琴射线），但他并没申请发明专利，而是无私地把自己的发现公布于众，造福人类。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

右图为伦琴拍到的第一张X光手骨照片

科技史概论X射线用于对肺结核病的诊断信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论伦琴的实验室伦琴与X射线的发现（3）信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论天然放射性的发现（1）

法国科学家贝克勒尔信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

贝克勒尔(A.H.Bacquerel,1852-1906)生于巴黎。1877年毕业于巴黎公路桥梁学校。1878年至1892年任巴黎自然历史博物馆副教授，1892年升为教授。1895年起，担任巴黎高等工业学校教授。1896年，发现了铀的放射性，为此于1903年与居里夫妇共同获诺贝尔物理学奖。贝克勒尔科技史概论法国科学家贝克勒尔1908年,贝克勒尔被选为英国皇家学会会员。他还是法国科学院院士和柏林科学院院士。

1908年8月25日，贝克勒尔逝世于克罗西克，终年56岁。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论贝克勒尔的被放射性感光的底片

1896年2月,贝克勒尔用一种铀盐做实验，想看看这种荧光物质能否放出X射线。他把这种铀盐置于阳光下，让其产生荧光，然后将它放在用黑纸包严的照相底片上，结果发现底片感光了。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论天然放射性的发现（2）

波兰籍女科学家玛丽·居里夫人

居里夫人（M.S.Curie,1867-1934）出生于波兰首都华沙。原名玛丽·斯克罗多夫斯卡。少年时期，表现出了倔强的性格和发奋图强的精神。1891年进入巴黎大学学习。1893年获物理硕士学位。1894年又获数学硕士学位。1897年7月发现了放射性比铀强400倍的“钋”。同年12月发现放射性比铀强200万倍的“镭”。

1903年，居里夫妇和贝克勒尔共同获诺贝尔物理学奖。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论波兰籍女科学家玛丽·居里夫人

居里夫人通过大量实验发现沥青铀矿渣具有极强的放射性，其强度远远超过铀和钍。她推断在沥青铀矿渣中存在着新的放射性元素。她和丈夫皮埃尔·居里经过长期艰苦实验,于1898年发现了放射性强度比铀高400倍的一种新元素，为了纪念自己的祖国波兰，他们将这一元素命名为“钋”。

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科技史概论居里夫妇在实验室

到1902年，经过三年多艰苦劳动，居里夫人在极其简陋的条件下，从废矿渣中提炼出氯化镭，从而发现了辐射强度比铀强200万倍的放射性元素镭，初步测定了镭的原子量是225。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

居里夫人做放射性实验时,所做的笔记信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节◆

AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论

居里夫妇设计制造的检测放射性的装置，用金属和木料制.信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY本章结束本章开始上一节下一节◆

科技史概论居里夫妇

1906年，居里夫人的丈夫因车祸逝世。居里夫人不仅担负起了全部家庭重担，承担了居里的巴黎大学物理学教授职务，而且在放射性研究工作中又进一步取得了辉煌的成果。

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科技史概论

1903年，居里夫妇与贝克勒尔因发现天然放射性共同获得诺贝尔物理学奖。1911年，居里夫人因发现镭和钋而再度获得诺贝尔化学奖。居里夫人的实验工作是在极为恶劣的条件下进行的。她获得的巨额奖金全部用于接济穷苦学生。她毫无保留地公布了镭的提炼方法，并不申请专利。她为人类科学事业做出了不朽的贡献。

居里夫人两度获得诺贝尔奖

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科技史概论居里夫妇1903年获得的诺贝尔物理学奖状信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论居里夫妇信息电子工程学院科技史概论居里夫人和她的孩子居里夫人的女儿和女婿信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节◆

科技史概论玛丽·居里夫人逝世

由于长期接触放射性元素，严重地损害了居里夫人的健康，1934年7月4日，她因白血病逝世，终年67岁。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论爱因斯坦高度评价居里夫人的高尚品德“居里夫人的品德力量和热忱，哪怕只有一小部分存在于欧洲知识分子中间，欧洲就会面临一个比较光明的未来。”信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论第一次布鲁塞尔索耳未会议（1911年10月30日-11月3日）信息电子工程学院因比利时著名业家索耳未（E.Solvay）赞助而得名本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论放射线的进一步研究

在对放射线进一步研究中，科学家发现放射性物质发出的射线，可以被磁场分为α、β、γ三种射线。其中α射线是正离子流，β射线是电子流，γ射线是一种波长比X射线更短的电磁波。

信息电子工程学院+-βγα本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论电子的发现（1）英国物理学家J.J汤姆逊

J.J汤姆孙（J.J.Thomson,1856-1940）出生于英格兰曼彻斯特。1871年进入欧文学院读书，进入剑桥大学三一学院学习。大学毕业后，开始在瑞利领导下的卡文迪许实验室从事研究工作。1884年，年仅28岁便被选为皇家学会会员，并接替瑞利，担任了世界上最著名的卡文迪许实验室主任职务。此后，直到1919年卢瑟福接替他为止，领导卡文迪许实验室达35年之久。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论电子的发现（2）

在汤姆孙的组织领导下，卡文迪许实验室成为全世界现代物理研究的一个重要中心。

近百年来卡文迪什实验室培养出的诺贝尔奖金获得者已达26人。右图为科学家的摇篮——英国卡文迪许实验室信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY电子的发现（3）信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

J.J汤姆孙因发现电子获得1906年的诺贝尔物理学奖。先后担任皇家学会会长、剑桥大学三一学院院长。他曾获牛津、都柏林、伦敦、剑桥、格丁根等20多个大学的名誉学位。

1940年8月30日，汤姆孙逝世于剑桥，终年84岁。

汤姆孙是一位伟大的理论物理学家和实验物理学家。他的第一篇重要论文，对麦克斯韦的电磁理论具有重要应用，为爱因斯坦的“质能关系”奠定了基础。科技史概论电子的发现（4）J.J汤姆孙的阴极射线管实验装置原理示意图信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论电子的发现（5）信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

J.J汤姆孙测阴极射线荷质比的实验装置及原理示意图科技史概论电子的发现（6）J.J汤姆孙进行阴极射线研究的实验装置信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论20世纪初期的物理学精英。J.J汤姆孙（第一排两臂交叉者）和他的学生及来访者，前排右边是郎之万。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论电子的发现（5）

美国物理学家密立根（1868-1953年）多次改进测定e值的方法，于1914年测得e=4.770×esu，并证明了一个电子的电量e是电荷的最基本单位，其它所有荷电物质的电量都是e的整数倍。

电子是人类认识的第一个基本粒子。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论电子的发现过程中的教训信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

电子是在科学家探讨阴极射线的本质问题的过程中发现的。是德国科学家和英国、法国科学家长达20多年的学术争论、探讨的结果。两种观点：

德国科学家认为阴极射线是类似于光的以太振动。受赫兹影响，德国科学家认为是一种电磁波，他们对自己实验结果的解释也是朝着这一方向，结果逐渐远离电子的发现。英国、法国科学家认为阴极射线是一种带负电的离子流，他们把自己的发现称之为“电原子”。1931年,密立根、居里夫人和海森伯在一起信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论4.2.2

量子力学的创立和发展信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论导言

19世纪末物理学的三大发现动摇了经典物理学的许多基本概念，打开了原子结构的大门，否定了经典物理学的原子不可分、元素不能变的传统观念，揭示了质量、能量的新形式。量子力学就是在突破经典物理学理论框框的前提下建立的。量子力学的建立使人类对自然界的认识由宏观领域进入到微观领域。量子力学的理论与方法，在本世纪30年代后逐渐渗透到其他许多学科中，量子力学因而也成为现代自然科学的基本理论之一，对20世纪自然科学的发展产生了广泛而深刻影响。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

德国物理学家维恩、英国物理学家瑞利提出的辐射公式与实验事实矛盾。经典物理学面临考验。物理学的第一朵乌云—“紫外灾难”（1）

维恩（W.Wien,1864-1928）生于东普鲁士的加弗肯。1882年进入格丁根大学，后转到海德堡大学。1886年获柏林大学博士学位。先后任吉森大学、维尔茨堡大学、慕尼黑大学教授职务。维恩的主要贡献是在热辐射研究方面，他建立了关于黑体辐射的维恩公式。维恩公式的建立，没有摆脱经典理论的束缚，因而没能成功。维恩信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论物理学的第一朵乌云—“紫外灾难”（2）

英国物理学家瑞利、德国物理学家维恩提出的辐射公式与实验事实矛盾。经典物理学面临考验。

瑞利（L.Rayleigh,1842-1928）生于埃塞克斯郡。1861年进入剑桥大学三一学院。1873年被选为皇家学会会员。1879年接替麦克斯韦，担任了卡文迪许实验室教授。因发现了氩气并确定了它的性质于1904年获得诺贝尔物理学奖。1905年被选皇家学会会长。1908年起，担任剑桥大学名誉校长，直至1919年逝世。

瑞利信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论瑞利—金斯辐射公式的表示形式为：其中

这个公式在低频部分与实验数据相符，但在高频部分却相差极大，随着频率的增高，公式的理论值在紫外一端趋于无穷大，而实验数据却趋于零。人们把这个公式所遇到的困难称为“紫外灾难”。

“紫外灾难”反映出经典物理学已遭遇严重的危机。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

普朗克量子假说的建立（1）

为解决“紫外灾难”做出开拓性工作的是德国物理学家普朗克,提出了“能量子”假说，并给出一个新的辐射公式。

普朗克（K.E.L.Plank,1858-1947）生于德国的基尔的一个贵族家庭。少年时期就显示出了超人的才智，酷爱数学、物理和古典音乐。中学毕业时他曾在音乐和物理学之间摇摆不定，不知选择哪样作为自己一生的主攻方向。后来他还是选择了物理学。但作为业余爱好，音乐依然是普朗克的精神家园。正是普朗克的音乐天赋，才造就了他的物理学成就。少年时代的普朗克信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论普朗克的故乡—德国的基尔城

1858年4月23日，普朗克出生在这个小城，父亲是基尔大学法学教授，祖父和曾祖父都是哥丁根大学著名的神学家。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论普朗克量子假说的建立（2）

1874年，普朗克在马克西米利安大学预科学习，结业后进入慕尼黑大学。1877年转到柏林大学，成为亥姆霍兹和基尔霍夫的学生。先后担任基尔大学、柏林大学的理论物理学教授。1918年获得诺贝尔物理学奖。1926年被选为英国皇家学会会员。

1947年10月3日普朗克逝世于哥丁根，终年89岁。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论普朗克量子假说的建立（3）信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

从1894年，普朗克花了6年的时间研究热辐射问题，在前人研究的基础上,经过反复实验和公式推导,提出了一个新的辐射公式，这一公式在长波区和短波区均与实验相吻合。

后来，普朗克又提出了这一公式理论假说：物体的辐射以一定的数量值的整数倍跳跃式变化，这个“一定数量值”,是不可再分的能量单元，称为“能量子”,能量子的大小至于频率有关。即：,h为普朗克常数,v为频率。普朗克普朗克量子假说的建立（4）

造成普朗克悲剧的主要原因，一是自身的保守气质，二是传统思想的束缚。

由于普朗克的能量子假说与经典物理学几百年信奉的关于自然界的连续的观念直接矛盾，在当时人们不相信这个新理论，也遭到了大多数物理学家的反对。就是普朗克本人，在一个长时期内，也对能量子假说认识不足而犹豫徘徊甚至持怀疑态度，两次试图退回到经典物理学。由于普朗克十几年的犹豫徘徊，致使没能在这一领域深入研究下去，取得更大的成就。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论量子力学的建立和发展（1）德布罗意提出物质波假说信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

德布罗意（L.V.deBrogile,1892-1987）生于迪耶普。原先学历史，大学毕业后转学物理学。1924年获博士学位。1928年任教授，并担任了彭加勒研究所首任所长。1933年，被选为法国科学院院士。1953年被选为英国皇家学会会员。由于在物质波理论上做出了开拓性贡献，德布罗意获得了1929年的诺贝尔物理学奖。德布罗意量子力学的建立和发展（2）

丹麦著名物理学家玻尔领导的哥本哈根学派对量子力学的发展起过重要的作用。

玻尔（N.Bohr,1885-1962）生于哥本哈根。1903年入哥本哈根大学攻读物理学。先后到英国到卡文迪许实验室，和卢瑟福实验室工作。1916年回国在哥本哈根大学任物理学教授。1920年，在哥本哈根创建了理论物理研究所，并在此工作长达40年之久。1939-1962年，玻尔始终担任丹麦皇家科学院的院长。

玻尔信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

玻尔是量子力学的主要创始人之一。在原子核反应理论和解释重核裂变现象等方面，也有重大贡献，并为此而获得了1922年的诺贝尔物理学奖。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

爱因斯坦与玻尔走在布鲁塞尔的大街上信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论量子力学的建立和发展（3）海森伯创立矩阵力学

海森伯（W.K.Heisenberg,1901-1976）生于维尔茨堡。就学于慕尼黑大学，从师于索末菲。1923年毕业后，获得哲学博士学位。1924年到哥本哈根大学深造，在波尔的指导下研究原子的行星模型。先后任莱比锡物理学院、格丁根大学、慕尼黑大学教授。1976年逝世，终年75岁。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

海森伯由于在量子力学上的成就，获得了1932年的诺贝尔物理学奖。1927年，海森伯在玻恩观点的基础上，提出了测不准关系。信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY本章结束本章开始上一节下一节◆

科技史概论量子力学的建立和发展（4）海森伯提出“测不准关系”

1927年，海森伯提出了微观粒子的“测不准关系”，证明微观粒子的位置与动量的测量误差有以下关系：代表粒子位置的不确定范围，代表粒子动量的不确定范围。

测不准关系表明：粒子的坐标测量越精确，那么对于它的动量的测量就越不精确，即它们是不可能同时准确地被测得的。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论玻尔（右）与海森伯信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论量子力学的建立和发展（5）

海森伯的老师、英籍德国物理学家玻恩（M.Born,1882-1970年）与约尔丹（P.Jordan,1902-1980）一起，从更严格的矩阵数学的理论出发，深入地探讨了海森伯的思想，写成论文《关于量子力学Ⅰ》。不久，海森伯又与他们二人合作，共同写成论文《关于量子力学Ⅱ》，把海森伯的思想发展成为量子力学的系统理论，即矩阵力学。玻恩信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论量子力学的建立和发展（6）

在对海森伯矩阵理论研究的过程中，英国物理学家狄拉克以更广阔的视野来考察量子力学的数学形式，把经典的泊松括号推广到量子泊松括号，从而找到了比矩阵方法更普遍的数学方法，把经典力学方程改造为量子力学方程。1925年11月7日，他发表了《量子力学的基本方程》论文，大大推进了量子力学的发展。1927年，狄拉克发表了《量子代数学》论文，使量子力学成为概念自立、逻辑一致的完整理论体系。

英国物理学家狄拉克对量子力学的贡献信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论狄拉克对量子力学的贡献

狄拉克（P.A.M.Dirac,1902-1984）曾先后在布里斯托尔大学和剑桥大学圣约翰学院学习。1926年获得剑桥大学哲学博士学位。1928年，狄拉克把相对论力学方法应用到了量子理论之中，提出了相对论形式的薛定谔基本方程。1930年被选为英国皇家学会会员。同年，狄拉克预言了正电子的存在1932年起直至退休，他一直担任剑桥大学卢卡斯数学教授。

1933年获诺贝尔物理学奖。1984年10月20日逝世于美国，终年82岁。狄拉克是量子力学的主要创始人之一。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论量子力学的建立和发展（7）薛定谔创立波动力学信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

奥地利物理学家薛定谔（E.SchrÖdinger,1887-1961）生于维也纳。1910年毕业于维也纳大学。曾先后在德国斯图加特大学、苏黎世大学、柏林大学等学校任教。1928年，他接替普朗克担任了柏林大学教授。1956年，通过数学手法证明了矩阵力学和波动力学的等效性，为量子力学的创立做出重大贡献。薛定谔量子力学的建立和发展（8）

薛定谔方程在量子力学中占有极其重要的地位。由于薛定谔对原子理论的发展贡献卓著，1933年，同狄拉克共获诺贝尔物理学奖。薛定谔波动方程：（其中E为总能量，V为粒子在力场中的势能；m为粒子的质量；为波函数）信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论4.2.3相对论的建立和发展信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论相对论产生的背景（1）

经典物理学经过300多年的发展，到19世纪末已建立起比较完整的理论体系。有人认为物理学理论已接近完成，物理学中的基本问题在牛顿力学的基础上都已解决。当时，许多人把经典物理学看成是万能的体系和终极的真理，习惯于用经典物理学的观点去解释一切自然现象。

经典物理学中，认为空间是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的，时间是自身在均匀地、与任何外界事物无关地流逝着，这是经典力学的一个理论基础。

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科技史概论相对论产生的背景（2）19世纪下半叶，麦克斯韦电磁理论建立以后，人们就试图用经典力学理论解释麦克斯韦方程，认为光和电磁波的传播都必须有媒介的物质，但这种介质是什么，人们一直没有搞清楚。

17世纪，法国哲学家、物理学家笛卡尔用“以太”（aether）表示一种充满宇宙的、能传递相互作用的无质量的物质。认为“以太”弥漫整个空间，并做旋转运动。这一理论很快被人们接受。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论物理学的第2朵乌云—“以太灾难”（1）

如果“以太”存在，那么根据1725年英国天文学家布拉德雷发现的光行差现象，可以认为“以太”相对于太阳静止而相对于地球运动。如果“以太”相对于地球运动，那就应该可以通过某种方式探测到。

1879年，著名物理学家麦克斯韦提出了一种测定方法：让光线分别在平行和垂直于地球运动方向等距离往返传播，平行于地球运动方向所花的时间将会略大于垂直方向的时间。

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科技史概论物理学的第2朵乌云—“以太灾难”（2）1881年，美国物理学家迈克尔逊(1852-1931)根据麦克斯韦提出的原理设计了一个极为精密的实验，未发现任何时间差。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论物理学的第2朵乌云—“以太灾难”（3）

1887年，迈克尔逊再度与化学家莫雷(1836-1923)合作，以更高精度重复实验。始终没有观察到预期的干涉条纹，即没有观测到“以太”和“以太风”的存在。迈克尔逊

莫雷

人们称以太漂移实验的“零”结果为“以太灾难”。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论迈克尔逊—莫雷实验原理示意图

由光源S发出的光入射到半透半反镜G后，一部分发射到平面镜M2上再反射回来透过G到达望远镜T；另一部分透过G达到M1，再由M1和G反射也到达T。假定G到M1和M2的距离均为L，且M1和M2间不严格垂直，那么在望远镜的目镜中将看到干涉条纹。SM2M1TG

但迈克尔逊—莫雷始终没有观察到预期的干涉条纹信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论迈克尔逊干涉仪信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

为解释“以太灾难”，世界上许多著名物理学家进行了不懈的努力和探索。爱尔兰物理学家菲茨杰拉德、荷兰物理学家洛仑兹、法国数学家彭加勒都进行了研究和探索。为解释“以太灾难”的努力信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论为解释“以太灾难”的努力（1）

1889年，爱尔兰物理学家菲茨杰拉德（G.Fitzgerald,1851-1901）提出了物体在以太风中的收缩假说，他认为在运动方向上，物体长度将会缩短，以致我们无法在光学实验中探测出以太漂移的迹象。爱尔兰物理学家菲茨杰拉德的工作信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

为解释“以太灾难”的努力（2）荷兰物理学家洛仑兹的探索信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

洛仑兹（H.A.Lorentz,1853-1928）生于阿纳姆。毕业于莱顿大学。1875年获博士学位。1878年起任莱顿大学理论物理学教授。因研究磁场对辐射现象的影响取得重要成果，与塞曼共获1902年诺贝尔物理学奖。洛仑兹是一位具有卓越的理论研究才能的科学家，他的一系列重要成果，与相对论的建立，有着密切的关系。洛仑兹为解释“以太灾难”的努力（3）荷兰物理学家洛仑兹的探索

1892年，洛仑兹独立提出了收缩假说，并且推导出不同运动状态的惯性参考系之间时空坐标的变换关系，即著名的“洛仑兹变换”。

但是，洛仑兹没有能够摆脱经典时空观的束缚，始终没有放弃存在静止以太的假说，也没能深刻认识到他所发现的变换的真正意义。可以说，洛仑兹一直徘徊在相对论理论的大门口。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

为解释“以太灾难”的努力（4）法国数学家彭加勒的探索信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

彭加勒(J.H.Poincaré,1854-1912)先是从事采矿业，以后又对纯数学和应用数学发生兴趣，1873～1879年先后在巴黎多种工艺学院和矿业学院学习，1881年转到巴黎大学数学系。他曾在巴黎大学任教。1887年被选为法国科学院院士，后当选为主席。在1905年出版的《论电子力学》论文中，预见到了爱因斯坦在狭义相对论中获得的若干结果，阐述了相对论的部分思想。彭加勒为解释“以太灾难”的努力（5）

彭家勒提出：“光具有不变的速度，它在一切方向上都是相同的”，他主张针对“以太”漂移实验的“零”结果，引入更普遍的观念，而不是像洛仑兹那样提出太多的假设。

1904年，他提出应建立一门全新的力学，并论述了后来爱因斯坦相对论的部分内容。他提出，物体的惯性随着速度的增加而增加，光速是不可逾越的界限，并推测电磁场能量可能具有质量。他的这些观点已是相对论的雏形，但他却没有从牛顿绝对时空观中解脱出来，因此未能作出根本性的理论突破。法国数学家彭加勒的探索信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论真正为为解释“以太灾难”做出巨大贡献的是德国物理学家爱因斯坦信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论爱因斯坦与狭义相对论的创立（1）

爱因斯坦(A.Einstein,1879-1955)生于德国南部小城乌尔姆。3岁还不会说话，家里人担心他是个低能儿。在母亲的指导下，6岁开始学习小提琴。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论爱因斯坦与狭义相对论的创立（2）

爱因斯坦上中学后，爱因斯坦学业不太突出，除了数学较好外，其他功课成绩一般，尤其是拉丁文和希腊文课成绩很差，中途退学。少年爱因斯坦（14岁）信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论爱因斯坦与狭义相对论的创立（3）

1895年，16岁的爱因斯坦来到瑞士苏黎世，准备报考苏黎世联邦工业大学，而没考取。后来，爱因斯坦来到苏黎世附近的阿劳镇中学读书，准备来年再考。

1896年，爱因斯坦终于考取了苏黎世联邦工业大学，成为著名数学家明可夫斯基（H.Minkowski，1864-1909）的学生。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论爱因斯坦与狭义相对论的创立（4）信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

1900年,爱因斯坦大学毕业未找到工作。

1901年2月，爱因斯坦取得瑞士国籍。后来在朋友的帮助下，在伯尔尼专利局找到一份工作，在那里工作了七年。期间爱因斯坦一直非常关心物理学界的前沿动态，在许多问题上深入思考，形成了自己独特见解，狭义相对论就是在此间诞生的。爱因斯坦在伯尔尼专利局的办公室（26岁）爱因斯坦与狭义相对论的创立（5）

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科技史概论

1905年，年仅26岁的爱因斯坦一年中在德国《物理学杂志》上发表了5篇论文，其中三篇每一篇都具有划时代意义。

第1篇是关于光电效应的——《关于光的产生和转化的一个启发性观点》；第2篇是关于布朗运动的——《热的分子运动所要求的静液体中悬浮粒子的运动》；第3篇是关于相对论的——《论动体的电动力学》；《论动体的电动力学》一文的首页什么是光电效应现象?信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

（1）当照射光的频率大于某一定值（称为光电效应的红限）时，立刻就有光电子发射出来；如果光的频率低于这个值，则不论光的强度有多大，照射时间有多长，都不会有光电子产生。（2）单个光电子的能量与光的强度无关，只与频率有关。频率越高，光电子能量越大。（3）光的强度只影响光电子的数目。强度越大，光电子的数目越多。1912年的爱因斯坦爱因斯坦光量子理论信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

1905年3月，爱因斯坦在他发表的《关于光的产生与转化的一个启发性观点》一文中，提出了“光量子”假说。他认为，即使在空中传播的过程中，辐射也是不连续的。光和原子、电子一样具有粒子性。光就是以光速C运动着的粒子流，把这种粒子叫“光量子”，后来又称光子。每个光量子具有的能量与对应的频率之间有下列关系：（h为普朗克常数）。爱因斯坦与狭义相对论的创立（6）信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

1905年9月，爱因斯坦发表了题为《论动体的电动力学》的论文,提出了狭义相对论的两条基本假设——相对性原理和光速不变原理。他认为，根本不存在绝对静止的以太坐标系。同时性是相对的而不是绝对的。在此基础上，他推导出了一个变换式——洛仑兹变换式，并给予了全新的解释。1920年爱因斯坦在柏林的书房里爱因斯坦与狭义相对论的创立（7）爱因斯坦由此得出了狭义相对论的几个结论：

（1）运动着的尺子要缩

（2）运动着的时钟变慢

（3）运动的物体质量增大

（4）在任何惯性系中，物体的运动速度都不能超过光速（5）同时性并不是绝对的。

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科技史概论狭义相对论实验（1）信息电子工程学院

在行进的车厢内外各有一个小球，同时垂直落下。相对于地面观察者，两个小球的下落轨迹一样吗？

在地面观察者看来，车厢外的小球是垂直落下，而车厢内的小球则是沿车厢行进方向斜着落下。在车厢内的观察者看来，情况则正好相反。本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论狭义相对论实验（2）信息电子工程学院ABC

但对于一个由A向B运动的观察者来说，也是运动到C点，他却发现B点的闪光先于A点的闪光到达，他们不是同时发生的。

若A、B两地各发生了一件事情（如一次闪光），对AB中点的观察者C来说，A、B两地的闪光同时到达该点，则推测两事件是同时发生的。这个实验说明同时性是相对的！AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论狭义相对论实验（3）信息电子工程学院

在车厢中间向前、后同时射出一束光，光线将同时到达车头和车尾，不论列车是在停止状态还是行进中。但对于地面的观察来说，情况是不是一样呢？

答案是不一样。如果当光源行进到与地面观察者垂直位置时，向车头、车尾发射光线，对于地面观察者，会看到光线先到达车尾。同时性并不具有绝对意义而是相对的。本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论狭义相对论的创立（8）明可夫斯基

爱因斯坦的老师著名数学家明可夫斯基（H.Minkowski，1864-1909）不仅到处宣传狭义相对论思想，而且自己也进行了深入研究。他引进了第四坐标——时空坐标ICT，同三维空间坐标结合在一起，组成四维空间，用来描述物理事件，为狭义相对论找到了比较完美的数学形式，并进一步揭示了时间的统一关系。明可夫斯基的工作还为狭义相对论发展到广义相对论提供了数学方法。

德国数学家明可夫斯基的工作信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论爱因斯坦与狭义相对论的创立（9）

1912年，爱因斯坦担任了苏黎世联邦工业大学的教授。1913年，被选为普鲁士皇家科学院院士。第一次世界大战爆发后的1914年，爱因斯坦参加了反战知识分子在柏林组成的新祖国联盟。1915年，他完成了广义相对论的伟大著作。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论狭义相对论的创立（10）

狭义相对论的建立是物理学发展史上的革命，它改变了经典力学的许多基本概念和基本观点，把空间、时间和物质的运动联系起来。但它并不是全盘否定经典力学。相反，它是把经典力学作为一种特殊情况包括在自身中。狭义相对论所揭示的时空观在哲学上也有其重要意义。

狭义相对论不仅坚持了时空的客观性的唯物主义观点，而且揭示了时间、空间的量度与物质的运动状态的直接联系，有力地批驳了旧的形而上学的绝对时空观，为丰富和发展辩证唯物主义时空观提供了现代自然科学的理论基础。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论广义相对论的创立（1）

狭义相对论建立以后，爱因斯坦看到了它的局限性，他继续探求一种更普遍的理论。爱因斯坦经过多年思考和准备，他用整整七年的时间，甚至大大超出读完一届大学所需的时间，学习了非欧几何，最后，他从德国数学家黎曼的协变理论获得了新的创造动力。经过前后共10年的潜心研究，他终于在1915年把狭义相对论推广为广义相对论。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论广义相对论的创立（2）1916年初，他发表了《广义相对论基础》，进行了系统的理论总结。在爱因斯坦本人看来，这是他一生中最重要的科学发现，也是他一生中最愉快的事情。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论广义相对论的创立（3）信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

广义相对论预言：由于太阳的质量的缘故，太阳近处的点的光锥会向内稍微偏折。

表明从远处恒星发出的刚好通过太阳附近的光线会被折弯很小的角度，对于地球的观察者而言，该恒星显得不是原来的位置。太阳恒星实际位置地球上观测者观测到的位置广义相对论的创立（4）信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论本章结束本章开始上一节下一节◆

广义相对论的另一预言：在像地球这样大的质量的物体附近，时间显得更慢一些。这是因为光能量和它的频率有关系：能量越大，则频率越高。当光从地球的引力场往上走，它失去能量，因而其频率下降。从在上面的某个人来看，下面发生的事情都显得需要更长的时间。

如左图所示，塔基底下的更靠近地球的钟比安放在塔顶的钟走得慢些。广义相对论的验证（1）信息电子工程学院

（1）爱因斯坦用广义相对论，圆满地解释了水星近日点的进动问题。（2）1911年，爱因斯坦预言光线在强引力场中，太阳光谱线同地面上光源的光谱线相比，有一个稍向光谱红端移动，即所谓光的引力频移。

1924年，天文学家通过对天狼星伴星的观察，证实了这一预言。（3）1916年，爱因斯坦根据广义相对论，计算出光线在强引力场中要产生偏移，并计算出恒星光线经过太阳边缘的偏转度为1.7弧秒。AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论本章结束本章开始上一节下一节◆

广义相对论的验证（2）信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节1919年5月，由英国天文学家物理学家爱丁顿（A.S.Eddington，1882-1944）率领的一支考察队在西非的普林西比岛对日全食进行了观测,发现光线经过太阳边缘时发生了1.61弧秒的偏转。

与此同时,另一支英国科学考察队在南美的索布拉尔进行了日全食观测，其结果为1.98弧秒。这些数值证实了爱因斯坦的预言。爱丁顿AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论爱因斯坦与相对论

1920年，爱因斯坦开始遭受排犹主义分子的迫害，1932年12月被迫离开德国，漂泊异乡。1940年加入美国国籍，此后他一直生活在美国。

1955年4月18日，爱因斯坦逝世于普林斯顿，终年76岁。

爱因斯坦是现代最著名的科学家之一，是相对论的伟大创始人之一，是继伽利略、牛顿之后的最杰出的物理学家。在物理学众多领域中，他作出了许多重大贡献。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论爱因斯坦获得的诺贝尔物理学奖状信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论本章结束本章开始上一节下一节◆

1938年爱因斯坦在一个朋友家中骑自行车信息电子工程学院科技史概论音乐中的爱因斯坦信息电子工程学院科技史概论1941年的爱因斯坦1929年的爱因斯坦爱因斯坦和第一任妻子米列娃及儿子汉斯信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论本章结束本章开始上一节下一节◆

爱因斯坦和第二任妻子爱尔莎信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论本章结束本章开始上一节下一节◆

爱因斯坦和奥本海姆信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论本章结束本章开始上一节下一节◆

信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论本章结束本章开始上一节下一节◆

1925年，爱因斯坦与玻尔讨论量子力学问题。苦苦思索的玻尔和绞尽脑汁的爱因斯坦。

爱因斯坦（左5）访问威尔逊山时和迈克尔逊（左4）、哈勃（左2）合影。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论1928年，爱因斯坦（左2）与普朗克（中）、密立根（左4）和劳厄（右1）在一起。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论爱因斯坦与普朗克信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论本章结束本章开始上一节下一节◆

1931年，爱因斯坦（左3）与迈克尔逊（左2）、密立根（右1）在一起。信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论本章结束本章开始上一节下一节◆

爱因斯坦与爱丁顿信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

上图

1951年，爱因斯坦72岁生日宴会上，朋友请他摆个照相的姿势，爱因斯坦伸出了他的舌头。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论

下图为位于德国波茨坦大学内的爱因斯坦塔，建于1920-1927年间，主要用于太阳系观测。爱因斯坦与约里奥.居里信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论本章结束本章开始上一节下一节◆

爱因斯坦与范图瓦。1936年爱尔莎去世后，爱因斯坦开始与范图瓦交往。在普林斯顿，人们公认范图瓦是爱因斯坦最后的密友。爱因斯坦20世纪50年代摄于普林斯顿信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论本章结束本章开始上一节下一节◆

爱因斯坦在普林斯顿的住所第五次索尔维会议与会者合影（1927.10.24-29）从左至右:前排坐者:朗缪尔普朗克居里夫人洛仑兹爱因斯坦朗之万居伊威尔逊里查孙后排坐者:德拜克努森布拉格克拉末斯狄拉克康普顿德布罗意玻恩玻尔后排立者:皮卡德享里奥特埃仑菲斯特赫尔芩德唐德薛定谔费莎费尔特泡利海森伯福勒布里渊信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY4.3现代物理学的发展

信息电子工程学院AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY科技史概论导言20世纪30年代以来，继相对论和量子力学的创立，现代物理学取得了一系列新的成就。原子核物理学、粒子物理学、凝聚态物理学等先后发展起来，形成了现代物理学空前发展的新局面。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论4.3.1原子核物理的形成和发展

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科技史概论原子结构的探索（1）

英国物理学家J.J.汤姆逊

J.J.汤姆逊于1903年12月提出了第一个原子结构模型。他认为原子是一个实心的球体，它象个西瓜，其中电子象是瓜子，带负电；带正电的物质象瓜瓤一样均匀分布在原子内—“西瓜模型”或称“葡萄干蛋糕模型”。电子在静电的吸引与排斥作用下，达到某种平衡位置，并以一定频率在平衡位置附近振动，从而发出电子辐射。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论J.J.汤姆逊的原子结构模型

这种“西瓜模型”认为电子在原子内部的分布也不是任意的，它们排列在各个同心圆上，并且各个同心圆上只有有限的电子位置。这种模型可解释元素周期律，但解释不了原子谱线的和谐性，但它对后来进一步研究原子结构是有启发作用的。电子正电荷球型分布汤姆逊的原子结构模型信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论原子结构的探索（2）

日本科学家长冈半太郎1904年，日本的长冈半太郎（1865-1950）受麦克斯韦关于土星环研究的启发，提出了原子结构的“土星模型”。他设想原子内有带正电的质量较大的中心粒子，而电子则均匀分布在一个环上，围绕中心粒子旋转。这个模型比汤姆逊模型前进了一步，但其计算、论述还不令人满意。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论原子结构的探索（3）

英国物理学家卢瑟福

卢瑟福（E.Rutherford,1871-1937）出生于新西兰纳尔逊城的一个英国移民后裔家庭。少年时期学习成绩一直优秀。1893年毕业于新西兰大学的坎特伯雷学院。1895年到英国卡文迪许实验室，成为J.J.汤姆逊的研究生和助手。1907年回到英国，任曼彻斯特大学教授。1908年获诺贝尔化学奖。1919年接替汤姆逊担任了剑桥大学卡文迪许实验室主任。1925～1930年，卢瑟福担任了英国皇家学会会长。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论卢瑟福提出的原子结构“微太阳系模型”

卢瑟福受哥白尼日心说启发，在α粒子大角度散射实验的基础上，放弃了老师J.J.汤姆逊的“西瓜模型”，于1911年提出了原子结构有核模型—“微太阳系模型”。他认为原子中的正电荷集中于原子的中心部分，即为原子核，它集中了原子的全部正电荷和几乎全部质量。电子则很轻，很小，它们分布在原子核外的空间里绕核运动，就象行星绕太阳运动一样。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论卢瑟福原子结构模型信息电子工程学院科技史概论TheStructureoftheAtomToday信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论卢瑟福发现原子核用的实验仪器用信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论英国物理学家卢瑟福

1937年10月9日，卢瑟福逝世于剑桥，终年66岁，他被安葬在牛顿的墓旁。

1920年预言中子的存在，12年后被他的学生查德威克证实。卢瑟福（右）与盖革在曼彻斯特的实验室信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论卢瑟福在实验室信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论卢瑟福20年代初的实验室信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论原子结构的探索（5）

丹麦物理学家玻尔

为解决卢瑟福原子模型之不足，卢瑟福的学生丹麦物理学家玻尔迈出了关键一步。他根据大量精确的光谱数据和经验公式，把量子概念引入原子结构的研究中，提出了原子结构的量子化轨道理论和模型。这个模型不仅解释了原子的稳定性，而且成功地解释了原子光谱和辐射的基本定律。信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论信息电子工程学院玻尔原子结构的量子化轨道理论和模型

（1）电子只能在一些特定的圆轨道上绕核运行。（2）电子在上述特定轨道上运行时不发射也不吸收能量，因此是稳定的。（3）当电子从一个具有较高的能量的轨道跃迁到具有低能量的轨道时，就要发射出辐射。反之，那就是辐射吸收的过程。本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论质子、中子的发现（1）

1914年，卢瑟福用阴极射线轰击氢，结果使氢原子的电子被打掉，变成了带正电的阳离子，它实际上就是氢的原子核。卢瑟福推测它就是人们从前所发现的与阴极射线相对的阳极射线，它的电荷量为一个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将其命名为质子。

信息电子工程学院H+-质子电子本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论质子、中子的发现（2）

1919年，卢瑟福在用加速了的高能α粒子轰击氮原子，结果发现有质子从氮原子核中被打出，而氮原子变成了氧原子，首次实现了人工核嬗变，将一种元素变成另一种元素。信息电子工程学院α

粒子

N氮O+氧质子本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论质子、中子的发现（3）

物理学家莫塞莱

卢瑟福的学生莫塞莱(Moseley,1887-1915）在实验中发现，原子核所带正电荷数与原子序数相等，但原子量却比原子序数大，这说明，如果原子核仅由质子和电子组成，它的质量将是不够的，因为电子的质量相比起来可以忽略不计。基于此，卢瑟福在1920年就猜测存在一种不带电的中性粒子.

学生时代的莫塞莱信息电子工程学院本章结束本章开始上一节下一节AHISTORYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY◆

科技史概论质子、中子的发现（4）

德国物理学家玻特

1930年，德国的玻特（W.G.bothe,1891-1957）和他的学生贝克尔（H.Becker）在实验中发现，当用钋α粒子轰击金属铍原子时，会产生一种穿透力极强的射线，穿透力比r射线大得多，而且该射线呈电中性。但他们断定这种贯穿辐射是r