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谈谈物理学家王竹溪先生的人文功底
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&&一个物理学家的人文功底可以有多深？王竹溪先生的身体力行为今天的科学工作者做出了楷模.在大多数科学工作者的眼中,已故学者王竹溪先生,是著名的物理学家和教育家.
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物理学家简介
爱 因 斯 坦Albert Einstein ( ） 20 世纪最伟大的物理学家。 1879 年 3 月 14 日爱因斯坦诞生于德国乌尔姆的一个犹太人家庭， 受 工程师叔父的影响，他从小受到自然科学和哲学的启蒙。1896 年爱因斯坦进苏黎世工业大学师 范系学习物理学，1901 年获得瑞士国籍，于次年被伯尔尼瑞士专利局录用为技术员，从事发明 专利申请技术鉴定工作。他利用业余时间进行科学研究，并于 1905 获得了历史性成就。1909 年 爱因斯坦离开瑞士专利局任苏黎世大学理论物理学副教授， 1912 年任母校苏黎世工业大学教授， 1914 年回德国任威廉皇帝物理学研究所所长兼柏林大学教授。法西斯政权建立后，爱因斯坦受 到迫害，被迫离开德国。1933 年移居美国任普林斯顿高级研究院教授，直至 1945 年退休． 爱因斯坦是人类历史上最具创造性才智的人物之一。 他一生中开创了物理学的四个领域： 狭义相 对论、广义相对论、宇宙学和统一场论。他是量子理论的主要创建者之一，在分子运动论和量子 统计理论等方面也做出了重大贡献。 爱因斯坦于 1905 年发表了《论动体的电动力学》的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，建立了狭义相对论。据此他进一步得出质量和能量相当的质能公式 E=mc2 。狭义相对论揭 示了作为物质的存在形式的空间和时间的统一性， 力学运动和电磁运动学上的统一性， 进一步揭 示了物质和运动的统一性，为原子能的利用奠定了理论基础。 1915 年爱因斯坦创建了广义相对论，进一步揭示了四维空间时间物质的关系。根据广义相对论 的引力论，他推断光处于引力场中不沿直线而是沿着曲线传播，1919 年这种预见在英国天文学 家观察日蚀中得到证实。1938 年爱因斯坦在广义相对论的运动问题上获得重大进展，从场方程 推导出物体运动方程，由此进一步揭示了时空、物质、运动和引力的统一性。 爱因斯坦在量子论方面做出了巨大贡献。1905 年他提出能量在空间分布不是连续的假设，认为 光速的能量在传播，吸收和产生过程中具有量子性，并圆满地揭示了光电效应。这是人类认识自 然过程中，历史上首次揭示了辐射的波动性和粒子性的统一。1916 年爱因斯坦在关于辐射的量 子论的论文中，提出了受激辐射的理论，为今天的激光技术打下了理论基础。 广义相对论之后， 爱因斯坦在宇宙与引力和电磁的统一场论两方面进行探索。 为了证明天体在空 间中静止的分布， 以引力场为根据， 提出了一个有限无边的静止的宇宙模型， 该模型是不稳定的。 从引力场方程可预见星系分离运动，后来的天文观测到这种星系分离运动。 爱因斯坦爱好音乐，并自认他拉小提琴的成就要比他的物理学成就高明。1955 年 4 月 18 日爱因 斯坦在普林斯顿逝世，尊重他的遗嘱，不立纪念碑，不举行任何活动，骨灰撒在永远对人保密的 地方。安 培安培(Andre-Marie Ampere, )法国物理学家，电动力学的创始人。少年时期主要 跟随父亲学习技艺，没有受过正规系统的教育。安培自幼聪慧过人，对事务有敏锐的观察力。他 兴趣广泛，爱好多方面的科学知识。1799 年安培开始系统研究数学，1805 年定居巴黎，担任法 兰西学院的物理教授，1814 年参加了法国科学会，1818 年担任巴黎大学总督学，1827 年被选为 英国皇家学会会员。他还是柏林科学院和斯德哥尔摩科学院院士。 安培是近代物理学史上功绩显赫的科学家。特别在电磁学方面的贡献尤为卓著。从 1814 年参加 科学会开始，在以后的二十多年中，他发现了一系列的重要定律、定理，推动了电磁学的迅速发 展。1827 年他首先推导出了电动力学的基本公式，建立了电动力学的基本理论，成为电动力学 的创始人。 安培善于深入研究他所发现的各种规律，并且善于应用数学进行定量分析。1822 年在科学学会 上，他正式公布了他发现的安培环路定理。在电动力学中，这是一个重要的基本定律之一。安培 的研究工作结束了磁是一种特殊物质的观点， 使电磁学开始走上了全面发展的道路。 为了纪念他 的贡献，以他的名字命名了电流的单位。 他的主要科学工作是在电磁学上。1820 年奥斯特发现电流磁效应的消息由阿拉果带回巴黎，他 作出迅速反应，在短短的一个多月时间内，提出了 3 篇论文，报告他的实验研究结果：通电螺线 管与磁体相似；两个平行长直载流导线之间存在相互作用。进而他用实验证明，在地球磁场中， 通电螺线管犹如小磁针样取向。一系列实验结果，提供给他一个重大线索：磁铁的磁性，是由闭合电流产生的。起先，他认为磁体中存在着一个大的环形电流，后来经好友菲涅耳提醒（宏观圆 形电流会引起磁体中发热） ， 提出分子电流假说。 他试图参照牛顿力学的方法， 处理电磁学问题。 他认为在电磁学中与质点相对应的是电流元， 所以根本问题是找出电流元之间的相互作用力。 为 此，自 1820 年 10 月起，他潜心研究电流间的相互作用，这期间显示了他的高超实验技巧。依据 四个典型实验，他终于得出了两个电流元间的作用力公式。他把自己的理论称作“电动力学”。 安培在电磁学方面的主要著作是 《电动力学现象的数学理论》 ， 它是电磁学的重要经典著作之一。 此外，他还提出，在螺线管中加软铁芯，可以增强磁性。1820 年他首先提出利用电磁，现 象传递电报讯号。 以他的姓氏安培命名的电流强度的单位，为国际单位制的基本单位之一。玻 恩玻恩(Max Born，)德国理论物理学家，量子力学的奠基人之一，生于布雷斯劳。 1901 年入布雷斯大学学习，1907 年获博士学位。1912 年被聘为格丁根大学讲师，1921 年担任格 丁根大学物理系主任和理论物理教授。 1920 年以后，玻恩对原子结构和它的理论进行了长期而系统的研究，年轻的海森堡当时是 他的助教和合作者。奥地利物理学家薛定谔于 1926 年创立了波动力学。同时，玻恩和海森堡等 人用矩阵这一数学工具， 创立了矩阵力学。 后来证明矩阵力学和波动力学是同一理论的不同形式， 统称为量子力学。玻恩从具体的碰撞问题的分析出发，对波函数的物理意义作出了统计解释，即 波函数的二次方代表粒子出现的几率。由于这一贡献，他获得了 1954 年诺贝尔物理学奖． 量子力学的提出使格丁根大学成为当时国际理论物理研究中心。 在玻恩的领导下， 形成了可 以和玻尔的哥本哈根学派相媲美的格丁根物理学派。 玻恩对固体理论进行过比较系统的研究，早在 1912 年就和冯?卡尔曼一起撰写了有关晶体 振动能谱的论文。1925 年出版了关于晶体理论的著作，开创了一门新学科――晶格动力学。玻 恩一生发表论文 300 余篇，出版了近 30 本著作；他和学生黄昆合著的《晶格动力学》一书，被 学术界誉为有关理论的经典著作。 1933 年希特勒上台，玻恩因犹太血统受到迫害，流亡到英国，在爱丁堡大学任教，退休后 回德国定居。玻 尔 兹 曼玻尔兹曼(Ludwig Eduard Boltzmann ) 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 =σ T4 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。玻 尔一、生平简介 玻尔，N．(Niels Henrik David Bohr )? 丹麦物理学家，哥本哈根学派的创始人。 1885 年 10 月 7 日生于哥本哈根，1903 年入哥本哈根大学数学和自然科学系，主修物理学。1907 年以有关水的表面张力的论文获得丹麦皇家科学文学院的金质奖章，并先后于 1909 年和 1911 年分别以关于金属电子论的论文获得哥本哈根大学的科学硕士和哲学博士学位。随后去英国学 习，先在剑桥 J．J．汤姆孙主持的卡文迪什实验室，几个月后转赴曼彻斯特，参加了以 E．卢瑟福为首的科学集体，从此和卢瑟福建立了长期的密切关系。 1913 年玻尔任曼彻斯特大学物理学助教，1916 年任哥本哈根大学物理学教授，1917 年当选为丹 麦皇家科学院院士。1920 年创建哥本哈根理论物理研究所，任所长。1922 年玻尔荣获诺贝尔物 理学奖。1923 年接受英国曼彻斯特大学和剑桥大学名誉博士学位。1937 年 5、6 月间，玻尔曾经 到过我国访问和讲学。1939 年任丹麦皇家科学院院长。第二次世界大战开始，丹麦被德国法西 斯占领。1943 年玻尔为躲避纳粹的迫害，逃往瑞典。1944 年玻尔在美国参加了和原子弹有关的 理论研究。1947 年丹麦政府为了表彰玻尔的功绩，封他为“骑象勋爵”。1952 年玻尔倡议建立 欧洲原子核研究中心(CERN)，并且自任主席。1955 年他参加创建北欧理论原子物理学研究所， 担任管委会主任。同年丹麦成立原子能委员会，玻尔被任命为主席。 二、科学成就 玻尔从 1905 年开始他的科学生涯，一生从事科学研究，整整达 57 年之久。他的研究工作开始于 原子结构未知的年代，结束于原子科学已趋成熟，原子核物理已经得到广泛应用的时代。他对原 子科学的贡献使他无疑地成了 20 世纪上半叶与爱因斯坦并驾齐驱的、最伟大的物理学家之一。 1．原子结构理论 在 1913 年发表的长篇论文《论原子构造和分子构造》中创立了原子结构理论，为 20 世纪原子物 理学开劈了道路。 2．创建著名的“哥本哈根学派” 1921 年，在玻尔的倡议下成立了哥本哈根大学理论物理学研究所。玻尔领导这一研究所先后达 40 年之久。这一研究所培养了大量的杰出物理学家，在量子力学的兴起时期曾经成为全世界最 重要、最活跃的学术中心，而且至今仍有很高的国际地位。 3．创立互补原理 1928 年玻尔首次提出了互补性观点，试图回答当时关于物理学研究和一些哲学问题。其基本思 想是，任何事物都有许多不同的侧面，对于同一研究对象，一方面承认了它的一些侧面就不得不 放弃其另一些侧面，在这种意义上它们是“互斥”的；另一方面，那些另一些侧面却又不可完全 废除的，因为在适当的条件下，人们还必须用到它们，在这种意义上说二者又是“互补”的。 按照玻尔的看法，追究既互斥又互补的两个方面中哪一个更“根本”，是毫无意义的；人们只有 而且必须把所有的方面连同有关的条件全都考虑在内，才能而且必能（或者说“就自是”）得到 事物的完备描述。 玻尔认为他的互补原理是一条无限广阔的哲学原理。 在他看来， 为了容纳和排比“我们的经验”， 因果性概念已经不敷应用了， 必须用互补性概念这一“更加宽广的思维构架”来代替它。 因此他 说，互补性是因果性的“合理推广”。尤其是在他的晚年，他用这种观点论述了物理科学、生物 科学、社会科学和哲学中的无数问题，对西方学术界产生了相当重要的影响。 玻尔的互补哲学受到了许许多多有影响的学者们的拥护， 但也受到另一些同样有影响的学者们的 反对。围绕着这样一些问题，爆发了历史上很少有先例的学术大论战，这场论战已经进行了好几 十年，至今并无最后的结论，而且看来离结束还很遥远。 4．在原子核物理方面的成就 作为卢瑟福的学生， 玻尔除了研究原子物理学和有关量子力学的哲学问题以外， 对原子核问题也 是一直很关心的。从 20 世纪 30 年代开始，他的研究所花在原子核物理学方面的力量更大了。他 在 30 年代中期提出了核的液滴模型，认为核中的粒子有点像液滴中的分子，它们的能量服从某 种统计分布规律，粒子在“表面”附近的运动导致“表面张力”的出现，如此等等。这种模型能 够解释某些实验事实，是历史上第一种相对正确的核模型。在这样的基础上，他又于 1936 年提 出了复合核的概念， 认为低能中子在进入原子核内以后将和许多核子发生相互作用而使它们被激 发，结果就导致核的蜕变。这种颇为简单的关于核反应机制的图像至今也还有它的用处。 当 L．迈特纳和 O．R．弗里施根据 O．哈恩等人的实验提出了重核裂变的想法时，玻尔等人立即理解了这种想法并对裂变过程进行了更详细的研究，玻尔并且预言了由慢中子引起裂变的是铀 -235 而不是铀-238。他和 J．A．惠勒于 1939 年在《物理评论》上发表的论文，被认为是这一期 间核物理学方面的重要成就。众所周知，这方面的研究导致了核能的大规模释放。 三、趣闻轶事 1．“不怕承认自己是傻瓜” 玻尔是量子力学中著名的哥本哈根学派的领袖， 他以自己的崇高威望在他周围吸引了国内外一大 批杰出的物理学家，创建了哥本哈根学派。他们不仅创建了量子力学的基础理论，并给予合理的 解释，使量子力学得到许多新应用，如原子辐射、化学键、晶体结构、金属态等。更难能可贵的 是， 玻尔与他的同事在创建与发展科学的同时， 还创造了“哥本哈根精神”――这是一种独特的、 浓厚的、 平等自由地讨论和相互紧密地合作的学术气氛。 直到今天， 很多人还说“哥本哈根精神” 在国际物理学界是独一无二的。 曾经有人问玻尔： “你是怎么把那么多有才华的青年人团结在身 边的？”， 他回答说： “因为我不怕在年青人面前承认自己知识的不足， 不怕承认自己是傻瓜。 ” 实际上，人们对原子物理的理解，即对所谓原子系统量子理论的理解，始于本世纪初，完成于 20 年代，然而“从开始到结束，玻尔那种充满着高度创造性，锐敏和带有批判性的精神，始终 指引着他的事业的方向，使之深入，直到最后完成。” 爱因斯坦与玻尔围绕关于量子力学理论基础的解释问题， 开展了长期而剧烈的争论， 但他们始终 是一对相互尊敬的好朋友。玻尔高度评价这种争论，认为它是自己“许多新思想产生的源泉”， 而爱因斯坦则高度称赞玻尔： “作为一位科学思想家， 玻尔所以有这么惊人的吸引力， 在于他具有大胆和谨慎这两种品质的难 得融合；很少有谁对隐秘的事物具有这一种直觉的理解力，同时又兼有这样强有力的批判能力。 他不但具有关于细节的全部知识， 而且还始终坚定地注视着基本原理。 他无疑是我们时代科学领 域中最伟大的发现者之一。” 2．玻尔与爱因斯坦真挚的诤友 玻尔和爱因斯坦是在 1920 年相识的。那一年，年轻的玻尔第一次到柏林讲学，和爱因斯坦结下 了长达 35 年的友谊。但也就是在他们初次见面之后，两人即在认识上发生分岐，随之展开了终 身论战。他们只要见面，就会唇枪舌剑，辩论不已。1946 年，玻尔为纪念爱因斯坦 70 寿辰文集 撰写文章。当文集出版时，爱因斯坦则在文集末尾撰写了长篇《答词》，尖锐反驳玻尔等人的观 点。他们的论战长达 30 年之久，直至爱因斯坦去世。但是，长期论战丝毫不影响他们深厚的情 谊，他们一直互相关心，互相尊重。爱因斯坦本来早该获得诺贝尔奖，但由于当时有不少人对相 对论持有偏见，直到 1922 年秋才回避相对论的争论，授予他上年度诺贝尔物理奖，并决定把本 年度的诺贝尔物理奖授予玻尔。这两项决定破例同时发表。爱因斯坦当时正赴日本，在途经上海 时接到了授奖通知。 而玻尔对爱因斯坦长期未能获得诺贝尔奖深感不安， 怕自己在爱因斯坦之前 获奖。因此，当玻尔得知这一消息后非常高兴。立即写信给旅途中的爱因斯坦。玻尔非常谦虚， 他在信中表示，自己之所以能取得一些成绩，是因为爱因斯坦作出了奠基性的贡献。因此，爱因 斯坦能在他之前获得诺贝尔奖，他觉得这是“莫大的幸福”。爱因斯坦在接到玻尔的信后，当即 回了信。信中说：“我在日本启程之前不久收到了您热情的来信。我可以毫不夸张地说，它象诺 贝尔奖一样，使我感到快乐。您担心在我之前获得这项奖金。您的这种担心我觉得特别可爱―― 它显示了玻尔的本色。” 3．玻尔喜欢不怕他的费曼 当费曼还在美国 Los Alamos 实验室工作时，职位很低。第二次世界大战期间，这个实验室研究 设计并制造了原子弹， 所以有不少重要的物理学家都来过这里。 一天， 玻尔与他的儿子小玻尔 （当 时他们的名字分别叫尼古拉?贝克和吉姆?贝克）也来了。即使是对于该实验室的大头头们，玻 尔也是个神，每个人都想一睹玻尔的风采。与玻尔聚会讨论的会议开始了，人到了很多，费曼坐 在一个角落里，只能从前面二个人的脑袋之间看到玻尔，??举行下一次会议的那天早晨，费曼接到一个电话， “喂，是费曼么？” “是的。” “我是吉姆?贝克，我父亲与我想找你谈谈。” “我吗？我是费曼，我只是个（小伙计）??” “是找你，8 点钟见面行吗？” 到了 8 点，费曼与玻尔父子在办公室相见。玻尔说：“我们一直在想怎样能使炸弹更有威力，想 法是这样的??” 费曼说：“不行，这个想法不行，不有效??” “那么换一个办法如何呢？” “那要好一些，但这里也有愚蠢之处。” 他们讨论了约二个小时，对于各种想法反复推敲着、争论着。玻尔不断地点燃着烟斗，因为它老 是灭掉。 最后玻尔边点燃烟斗边说：“我想现在我们应该把大头头们叫来讨论了。” 小玻尔后来对费曼解释，上一次开会时，他父亲对他说：“记住那个坐在后面的小伙子的名字了 么？他是这里唯一不怕我的人，只有他才会指出我的想法是否疯了。所以下次我们讨论想法时， 将不与那些只会说‘是的，玻尔先生，这一切都行得通’的人讨论。把那个小家伙叫来，我们先 跟他讨论。”费曼于是恍然大悟，为什么玻尔单打电话叫他。詹 姆 斯 ? 麦 克 斯 韦最近， 英国广播公司评选出了近一千年最伟大的十位思想家， 英国物理学家詹姆斯?麦克斯 韦（JamesMaxwell）榜上有名。由于不少人对麦克斯韦的科学贡献、对麦克斯韦于人类社会的深 刻思想影响知之不多，故在此作一简单介绍。 19 世纪末是经典物理学向现代物理学转化的时期，麦克斯韦则是科学革命前的重要转折人物。 一方面，他是近代物理学的巨匠、经典物理学大厦的主要完成者之一；另一方面，他由于加速了 牛顿力学观的崩溃而成为现代物理学的先驱。 麦克斯韦对科学的伟大贡献在于他提出和发展了新 的世界观，为未来的科学研究指明了方向。他的电磁学理论通向相对论；他的气体动力学理论对 量子论起过作用； 他筹建并领导的卡文迪许实验室引导了实验原子物理学的发展。 这一切使他成 为牛顿之后、爱因斯坦之前最重要的物理学家。 麦克斯韦于 1831 年 6 月 13 日出生在苏格兰爱丁堡的一个名门望族， 从小便显露出数学天才。 他 在 14 岁时就写了第一篇科学论文，次年发表在爱丁堡皇家学会的刊物上。1847 年中学毕业后进 入爱丁堡大学学习数学、物理学和哲学。1850 年转入剑桥大学三一学院，主攻数学和物理学。 1854 年以优异成绩毕业。 19 世纪上半叶，电磁学的实验研究发展迅速，二三十年代发现了电流的磁效应和电磁感应现象， 打破了电与磁是孤立现象的传统观念。 但是电磁学的理论研究进展相对缓慢， 无法建立把电现象 和磁现象统一起来的理论体系。到 1850 年前后，电和磁的实验和理论研究都积累了大量的、然而又是不全面的成果， 迫切要求在更加普遍的观点下加以概括和总结。 但是当时的人们受牛顿力 学观的影响， 认为电力和磁力的作用和引力作用一样是“超距作用”。 正是这种传统观念阻碍了 电和磁的统一。直到法拉第提出“场”的概念之后，这种错误的观念才被打破，但是法拉第的思 想却为当时绝大多数科学家所轻视。 麦克斯韦从剑桥大学毕业后不久就开始研究电磁学。他选择了“场”的概念作为研究的出发点。 在 1855 年到 1864 年间， 麦克斯韦从场的观点对法拉第电磁感应定律进行了理论分析， 提出了著 名的麦克斯韦方程组。 这组方程不仅标志着经典物理学大厦的最后完成， 而且预见了电磁波的存 在，并证明电磁波传播的速度与真空中的光速是相同的。在此基础上，麦克斯韦认为光是频率介 于某一范围之内的电磁波。这是人类在认识光的本性方面的又一大进步。正是在这一意义上，人 们认为麦克斯韦把光学和电磁学统一起来了，这是 19 世纪科学史上最伟大的综合之一。 今天看来，至少到 19 世纪末为止，没有哪一种理论所起的作用能比得上电磁理论对人类社会生 活发生的极其伟大的指导作用。在电磁理论形成以前，人类的活动中没有电报、电灯、电话、收 音机、雷达、电视机，更没有发电机、电动机、变压器等。而这一切都是电磁理论的产物，是人 类智慧的结晶。可以说，电磁理论的形成和应用是科学时代到来的标志。电力的应用是继机械力 之后最伟大的动力革命，其对社会经济和生活的意义更远远超出机械力。20 世纪计算机的发展 也要依赖电磁理论。而今天，电磁波已经成了信息时代最基本的物质载体。 1855 年，剑桥大学悬赏解决土星光环的组成和稳定性问题。麦克斯韦在尝试解决这一问题的过 程中对大量碰撞物体的运动问题发生了兴趣，并试图用概率理论加以研究。1859 年，他运用概 率理论导出了著名的麦克斯韦速度分布率。 他的这一工作奠定了气体统计力学的基础， 标志着物 理学新纪元的开始。 统计观念的确立是近代物理学思想上的一个重要转变， 它不仅在近代机械自 然观上打开了一个缺口，而且为量子力学的建立和发展提供了思想武器和方法工具。 麦克斯韦的另一项重要工作是筹建了剑桥大学的第一个物理实验室――著名的卡文迪许实验室。 该实验室对整个实验物理学的发展产生了极其重要的影响， 众多著名科学家都曾在该实验室工作 过。 卡文迪许实验室甚至被誉为“诺贝尔物理学奖获得者的摇篮”。 作为该实验室的第一任主任， 麦克斯韦在 1871 年的就职演说中对实验室未来的教学方针和研究精神作了精彩的论述，是科学 史上一个具有重要意义的演说。 麦克斯韦的本行是理论物理学， 但他却清楚地知道实验称雄的时 代还没有过去。 他批评当时英国传统的“粉笔”物理学， 呼吁加强实验物理学的研究及其在大学 教育中的作用，为后世确立了实验科学精神。 麦克斯韦生前没有享受到他应得的荣誉，因为他的科学思想和科学方法的重要意义直到 20 世纪 科学革命来临时才充分体现出来。然而他没能看到科学革命的发生。1879 年 11 月 5 日，麦克斯 韦因病在剑桥逝世， 年仅 48 岁。 那一年正好爱因斯坦出生。 科学史上这种巧合还有一次是在 1642 年，那一年伽里略去世，牛顿出生。崔 琦崔琦（1939-?? ）美籍华裔物理学家。出生河南省，中学时期就读于香港培正中学。 1958 年赴美求学， 1967 年获芝加哥大学物理学博士学位,此后到贝尔实验室工作。 1982 年出任美国普林斯顿大学教授至今。1987 年当选为美国国家科学院院士。 崔琦在物理学和电子工程学方面成就卓著，主要研究领域是金属和半导体中电子的性质。 1982 年崔琦和斯托尔默教授对在强磁场和超低温实验条件下的电子进行了研究。他们将两种半 导体晶片砷化镓和砷氯化镓压在一起， 这样大量电子就在这两种晶片交界处聚集。 他们将这种晶 片结合体放置在仅比绝对零度高十分之一摄氏度的超低温环境中， 然后加以相当于地球磁场强度 一百万倍的超强磁场。 他们发现， 在这种条件下大量相互作用的电子可以形成一种新的量子流体， 这种量子流体具有一些特异性质，比如阻力消失、出现几分之一电子电荷的奇特现象等。这种反 常的效应就是所谓分数量子霍尔效应。一年之后，劳克林教授对他们的实验结果做出了解释。 电子量子流体现象的发现是量子物理学领域内的重大突破， 它为现代物理学许多分支中新的 理论发展做出了重要贡献。崔琦、斯托尔默和劳克林三人也因此共同获得了 1998 年诺贝尔物理 学奖。崔琦还因此获得了美国著名的弗兰克林奖。德 布 罗 意德布罗意(Louis de Broglie )法国理论物理学家。生于法国显赫的贵族家庭，少年时 期的德布罗意爱好文学和历史，曾获巴黎大学文学学士学位。在他哥哥、著名的 X 射线物理学家 莫里斯?德布罗意的影响下，他转向研究理论物理学，1924 年获巴黎大学博士学位。第一次世 界大战期间，德布罗意曾在埃菲尔铁塔上的军用无线电报站服役。1926 年起在巴黎大学任教， 1933 年被选为法国科学院院士。 光的波动和粒子两重性被发现后， 年轻的德布罗意得到启发， 大胆地把这两重性推广到物质客体。 他在 1923 年连续发表三篇论文，并在博士论文《量子论研究》中作了系统阐述。他认为实物粒 子也具有物质周期过程的频率， 伴随物体的运动也有由相位来定义的相波即德布罗意波。 这种在 并无实验证据的条件下提出的新理论就连他的导师朗之万也根本不相信， 只不过觉得这篇论文写 得很有才华，才让他得到博士学位。1927 年，美国贝尔实验室的戴维孙、革末及英国的汤姆孙 通过电子衍射实验，证实电子确实具有波动性。德布罗意的理论作为大胆的假设而成功，他荣获 了 1929 年诺贝尔物理学奖。 德布罗意的论著很多，涉及到科学与哲学等方面。主要的有《量子理论》、《波动力学导论》、 《物质与光》、《物理学与微观物理学》等。邓 稼 先邓稼先()核物理学家， 中国核武器理论研究工作的奠基者之一。 生于安徽省怀宁。 1941 年至 1945 年在西南联大物理系学习，受业王竹溪、郑华炽等著名教授,后在北京大学任教。 1948 年 10 月赴美国印第安那州普渡大学物理系留学，获物理学博士学位。1950 年，在他取得学 位后的第 9 天就返回祖国，在中国科学院近代物理研究所工作。1958 年后参加我国核武器研制 工作。 历任中国科学院学部委员、 核工业部第九研究设计院院长、 国防科工委科技委员会副主任， 是我国的两弹元勋。 邓稼先在原子弹、氢弹研究中，领导开展了爆轰物理、流体力学，状态方程、中子输运等基础理 论研究，对原子弹的物理过程进行了大量模拟计算和分析。在国内还不具备实验条件的情况下， 邓稼先对高温高压状态方程的研究也取得了重大成果。 领导完成原子弹的理论方案， 并参与指导 核试验的爆轰模拟试验。 原子弹试验成功后， 立即组织力量， 探索氢弹设计原理， 选定技术途径。 并亲自参与了 1967 年中国第一颗氢弹的研制与试验工作。70 年代初以来，在组织领导与规划中 国新的核武器工作中做出了重要贡献。 邓稼先为核试验呕心沥血， 为了祖国强盛甘当无名英雄。 1982 年获国家自然科学奖一等奖，1985 年获两项国家科技进步奖特等奖，1987 年和 1989 年各 获一项国家科技进步奖特等奖，1999 年获“两弹一星功勋奖章”。狄 拉 克狄拉克（Paul A. M. Dirac,）英国物理学家，生于英格兰布里斯托尔。1921 年布里斯托尔 大学毕业， 获电气工程学士学位。 1926 年获剑桥大学物理学博士学位。 1930 年当选英国伦敦皇家学会会员。 1932 年至 1969 年任剑桥大学教授。因建立了量子力学而和薛定谔一起获 1933 年度诺贝尔物理学奖。 1928 年他把相对论引进了量子力学，建立了相对论形式的薛定谔方程，也就是著名的狄拉克方程。把 相对论、量子和自旋这些在此以前看来似乎无关的概念和谐地结合起来。由此出发，提出“空穴”理论， 预言了正电子的存在；预言了反粒子的存在，电子－正电子对的产生和湮没；提出反物质存在的假设，假 定了真空极化效应的存在。1932 年，安德森在宇宙射线中果然发现了正电子；不久，布莱克特观察宇宙线 时发现了电子－正电子对成对产生和湮没的现象。狄拉克的工作，开创了反粒子和反物质的理论和实验研 究。 狄拉克是量子辐射理论的创始人，与费米各自独立提出了费米－狄拉克统计法。狄拉克还发表过大量 有关宇宙学方面的论文，推动宇宙学研究的发展。狄拉克早在 1931 年就从理论上提出可能存在磁单极的预 言。近年来有关磁单极的理论研究和实验探测取得了迅速发展。狄拉克在许多国家的大学中作过研究工作。1935 年他曾到在清华大学讲学，并被选为中国物理学会名 誉会员。狄拉克的数学水平很高，被誉为“象牙之塔”式的科学家。他的名著《量子力学原理》一直是这 个领域的一本基本教科书。丁 肇 中丁肇中（1936- ）美籍华裔物理学家，祖籍山东日照。生于美国密执安州安阿伯城，曾在大陆度 过童年，中学时代在台湾度过。1956 年入美国密执安大学学习，1962 年获博士学位。1962 年到 1967 年，他先后在欧洲核研究中心和美国哥伦比亚大学工作。1967 年起任美国麻省理工学院物 理系教授，1977 年当选为美国科学院院士。 丁肇中主要从事高能实验粒子物理学， 包括量子电动力学、 电弱统一理论、 量子色动力学的研究。 1965 年起，丁肇中领导的实验组在联邦德国汉堡电子同步加速器上进行了关于量子电动力学和 矢量介子的一系列出色的实验工作。他最杰出的成就是 1974 年与里希特各自独立地发现了 J 粒 子 （ψ 粒子） ， 这种粒子的寿命等于其他任何粒子的一千倍， 为此丁肇中和里希特共同获得 1976 年诺贝尔物理学奖。 1979 年夏发现了三喷注现象，为胶子的存在和量子色动力学提供了实验依据。1981 年起，丁肇 中领导规模空前的 L3 实验组，在欧洲核子中心的高能正负电子对撞机上进行高能物理实验，寻 找新的基本粒子及其粒子物理的新现象。 丁肇中热心培养中国高能物理学人才， 经常选拔中国青年科学工作者去他所领导的小组工作。 他 是中国科学院首批外籍院士，获 1996 年度中国国际科学技术合作奖。法 拉 第法拉第（MichaelFaraday,）英国著名物理学家、化学家。在化学、电化学、电磁学 等领域都做出过杰出贡献。他家境贫寒，未受过系统的正规教育，但却在众多领域中作出惊人成 就，堪称刻苦勤奋、探索真理、不计个人名利的典范，对于青少年富有教育意义。 刻苦认真自学成才，法拉第 1791 年 9 月 22 日生于萨里郡纽因顿的一个铁匠家庭。13 岁就在一 家书店当送报和装订书籍的学徒。 他有强烈的求知欲， 挤出一切休息时间贪婪地力图把他装订的 一切书籍内容都从头读一遍。读后还临摹插图，工工整整地作读书笔记；用一些简单器皿照着书上进行实验，仔细观察和分析实验结果，把自己的阁楼变成了小实验室。在这家书店呆了八年， 他废寝忘食、如饥似渴地学习。他后来回忆这段生活时说：“我就是在工作之余，从这些书里开 始找到我的哲学。这些书中有两种对我特别有帮助，一是《大英百科全书》，我从它第一次得到 电的概念；另一是马塞夫人的《化学对话》，它给了我这门课的科学基础。” 在哥哥赞助下，1810 年 2 月至 1811 年 9 月听他了十几次自然哲学的通俗讲演，每次听后都重新 誊抄笔记，并画下仪器设备图。1812 月至 4 月又连续听了戴维 4 次讲座，从此燃起了进行科学 研究的愿望。他曾致信皇家学院院长求助。失败后，他写信给戴维：“不管干什么都行，只要是 为科学服务”。他还把他的装帧精美的听课笔记整理成《亨?戴维爵士讲演录》寄上。他对讲演 内容还作了补充，书法娟秀，插图精美，显示出法拉第一丝不苟和对科学的热爱。经过戴维的推 荐。1813 年 3 月，24 岁的法拉第担任了皇家学院助理实验员。后来戴维曾把他发现法拉第作为 自己最重要的功绩而引以为荣。 法拉第 1813 年随同戴维赴欧洲大陆作科学考察旅行，1815 年回国后继续在皇家学院工作，长达 50 余年。1816 年发表第一篇科学论文。他最初从事化学研究工作，也涉足合金钢、重玻璃的研 制。在电磁学领域，倾注了大量心血，取得出色成绩。1824 年被选为皇家学会会员，1825 年接 替戴维任皇家学院实验室主任，1833 年任皇家学院化学教授。 （1）长期实验大胆探索 他的工作异常勤奋，研究领域十分广泛。 年研制合金钢期间，首创金相分析方法。 1823 年从事气体液化工作，标志着人类系统进行气体液化工作的开始。采用低温加压方法，液 化了氯化氢、硫化氢、二氧化硫、氢等。1824 年起研制光学玻璃，这次研究导致在 1845 年利用 自己研制出的一种重玻璃（硅酸硼铅），发现磁致旋光效应。1825 年在把鲸油和鳝油制成的燃 气分馏中发现苯。 他最出色的工作是电磁感应的发现和场的概念的提出。1821 年在读过奥斯特关于电流磁效应的 论文后，为这一新的学科领域深深吸引。他刚刚迈人这个领域，就取得重大成果――发现通电流 的导线能绕磁铁旋转，从而跻身著名电学家的行列。因受苏格兰传统科学研究方法影响，通过奥 斯特实验，他认为电与磁是一对和谐的对称现象。既然电能生磁，他坚信磁亦能生电。经过 10 年探索，历经多次失败后，1831 年 8 月 26 日终于获得成功。这次实验因为是用伏打电池在给一 组线圈通电（或断电）的瞬间，在另一组线圈获得的感生电流，他称之为“伏打电感应”。尔后， 同年 10 月 17 日完成了在磁体与闭合线圈相对运动时在闭合线圈中激发电流的实验，他称之为 “磁电感应”。经过大量实验后，他终于实现了“磁生电”的夙愿，宣告了电气时代的到来。 作为 19 世纪伟大实验物理学家的法拉第。他并不满足于现象的发现，还力求探索现象后面隐藏 着的本质；他既十分重视实验研究，又格外重视理论思维的作用。1832 年 3 月 12 日他写给皇家 学会一封信， 信封上写有“现在应当收藏在皇家学会档案馆里的一些新观点”。 那时的法拉第已 经孕育着电磁波的存在以及光是一种电磁振动的杰出思想， 尽管还带有一定的模糊性。 为解释电 磁感应现象， 他提出“电致紧张态”与“磁力线”等新概念， 同时对当时盛行的超距作用说产生 了强烈的怀疑： “一个物体可以穿过真空超距地作用于另一个物体， 不要任何一种东西的中间参 与，就把作用和力从一个物体传递到另一个物体，这种说法对我来说，尤其荒谬。凡是在哲学方 面有思考能力的人， 决不会陷人这种谬论之中”。 他开始向长期盘踞在物理学阵地的超距说宣战。 与此同时，他还向另一种形而上学观点――流体说进行挑战。1833 年，他总结了前人与自己的 大量研究成果，证实当时所知摩擦电、伏打电、电磁感应电、温差电和动物电等五种不同来源的 电的同一性。他力图解释电流的本质，导致他研究电流通过酸、碱、盐溶液，结果在
年发现电解定律，开创了电化学这一新的学科领域。他所创造的大量术语沿用至今。电解定律除 本身的意义外，也是电的分立性的重要论据。 1837 年他发现电介质对静电过程的影响，提出了以近距“邻接”作用为基础的静电感应理论。 不久以后， 他又发现了抗磁性。 在这些研究工作的基础上， 他形成了“电和磁作用通过中间介质、从一个物体传到另一个物体的思想。”于是，介质成了“场”的场所，场这个概念正是来源于法 拉第。正如爱因斯坦所说，引入场的概念，是法拉第的最富有独创性的思想，是牛顿以来最重要 的发现。牛顿及其他学者的空间，被视作物体与电荷的容器；而法拉第的空间，是现象的容器， 它参与了现象。所以说法拉第是电磁场学说的创始人。他的深邃的物理思想，强烈地吸引了年轻 的麦克斯韦。麦克斯韦认为，法拉第的电磁场理论比当时流行的超距作用电动力学更为合理，他 正是抱着用严格的数学语言来表述法拉第理论的决心闯入电磁学领域的。 法拉第坚信：“物质的力借以表现出的各种形式，都有一个共同的起源”，这一思想指导着法拉 第探寻光与电磁之间的联系。1822 年，他曾使光沿电流方向通过电解波，试图发现偏振面的变 化，没有成功。这种思想是如此强烈，执着的追求使他终于在 1845 年发现强磁场使偏振光的偏 振面发生旋转。他的晚年，尽管健康状况恶化，仍从事广泛的研究。他曾分析研究电缆中电报信 号迟滞的原因，研制照明灯与航标灯。 他的成就来源于勤奋，他的主要著作《日记》由 16041 则汇编而成；《电学实验研究》有 3362 节之多。 （2）治学谨严刚正真诚 法拉第一生热爱真理，热爱人民，真诚质朴，作风严谨，这样的感人事迹很多。 他说：“一件 事实， 除非亲眼目睹， 我决不能认为自己已经掌握。 ”“我必须使我的研究具有真正的实验性。 ” 在 1855 年给化学家申拜因的信中说：“我总是首先对自己采取严厉的批判态度，然后才给别人 以这样的机会。”在一次市哲学会的讲演中他指出：“自然哲学家应当是这样一些人：他愿意倾 听每一种意见， 却下定决心要自己作判断； 他应当不被表面现象所迷惑， 不对某一种假设有偏爱， 不属于任何学派，在学术上不盲从大师；他应当重事不重人，真理应当是他的首要目标。如果有 了这些品质，再加上勤勉，那么他确实可以有希望走进自然的圣殿。”他是这样说的，也确实是 这样做的。 他在艰难困苦中选择科学为目标，就决心为追求真理而百折不回，义无反顾，不计名利，刚正不 阿。他热爱人民，把纷至沓来的各种荣誉、奖状、证书藏之高阁，却经常走访贫苦教友的家庭， 为穷人只有纸写的墓碑而浩然兴叹。 他关心科学普及事业， 愿更多的青少年奔向科学的殿堂。 1826 年他提议开设周五科普讲座，直到 1862 年退休他共主持过 100 多次讲座，并积极参与皇家学院 每年“圣诞节讲座”凡 19 年。根据他的讲稿汇编出版了《蜡烛的故事》一书，被译为多种文字 出版，是科普读物的典范。他生活简朴， 不尚华贵， 以致有人到皇家学院实验室作实验时错把他当作守门的 老头。1857 年，皇家学会学术委员会一致决议聘请他担任皇家学会会长。对这 一荣誉职务他再三拒绝。他说：“我是一个普通人。如果我接受皇家学会希望加 在我身上的荣誉，那么我就不能保证自己的诚实和正直，连一年也保证不了。” 同样的理由，他谢绝了皇家学院的院长职务。当英王室准备授予他爵士称号时， 他多次婉言谢绝说：“法拉第出身平民，不想变成贵族”。他的好友 J.Tyndall 对此作了很好的解释：“在他的眼中看去，宫廷的华丽，和布来屯（Brighton） 高原上面的雷雨比较起来，算得什么；皇家的一切器具，和落日比较起来，又算 得什么？其所以说雷雨和落日， 是因为这些现象在他的心里，都可以挑起一种狂 喜。在他这种人的心胸中，那些世俗的荣华快乐，当然没有价值了”。“一方面 可以得到十五万镑的财产， 一方面是完全没有报酬的学问，要在这两者之间去选 择一种。他却选定了第二种，遂穷困以终。”这就是这位铁匠的儿子、订书匠学 徒的郑重选择。1867 年 8 月 25 日逝世，墓碑上照他的遗愿只刻有他的名字和出 生年月。 后世的人们，选择了法拉作为电容的国际单位，以纪念这位物理学大 师。 范 德 瓦 尔 斯范德瓦尔斯（Johannes Diderik van der Waals ）1837 年 11 月 23 日生于荷兰的莱顿，父亲名 叫雅各布.范德瓦尔斯，母亲名叫伊丽莎白?范登伯格（Ｅｌｉｓaｂｅｔｈ vaｎ ｄｅｎ Ｂｕ ｒｇ）。范德瓦尔斯在家乡结束了初等教育后，成为一名中学教员。虽然他因不懂古典语言而未 能参加大学人学考试，但在
年期间，他利用业余时间在莱顿大学继续学习，并获得 了数学和物理学的教师证书。 1864 年，范德瓦尔斯任德文特一所中学的教师。1866 年到海牙，先当该城一所中学的教师，后 任该校校长。 新的立法取消了理工科大学生人学前必须受古典语言教育的规定， 使范德瓦尔斯能够参加大学考 试。1873 年他以《论气态和液态的连续性》这篇论文取得了博士学位，使他立刻进人了第一流 物理学家的行列。在这篇论文中，他提出了包括气态和液态的“物态方程”，论证了气液态混合 物不仅以连续的方式互相转化， 而且事实上它们具有相同的本质。 关于范德瓦尔斯第一篇论文中 提出的这个结论的重要性，在Ｊ．Ｃ．麦克斯韦的《自然》一书中有这样的评价：“毫无疑问， 范德瓦尔斯的名字将很快出现在第一流的分子科学家的名单中”， “可以肯定， 不止一个科学家 正在注意学习他的论文所用的‘低地荷兰语’” （麦克斯韦可能想说“低地德语”， 但这是不对 的， 因为荷兰语有权自成为一种语言） 。 后来， 他就这个课题和与此有关的课题又写了大量论文， 发表在《荷兰皇家科学院学报》和《荷兰年鉴》上，并被译成多种文字。 1876 年颁布了新的高等教育法，将阿姆斯特丹古老的雅典语学院扩充成综合大学，范德瓦尔斯 被任命为该校第一名物理学教授。他和同事范托夫（Ｖａｎ‘ ｔ Ｈoff）、遗传学家休戈?德 弗里斯（Ｈｕｇｏ ｄｅ ｖｒｉｅｓ）使该校声誉大增。尽管各处向他发出盛情的邀请，但他一 直忠实地留在该校，直到退休。 范德瓦尔斯对他论文的课题发生兴趣的直接原因，是克劳修斯的论文中将热看成是一种运动现 象，使他想对安德鲁斯 1869 年证明气体存在临界温度时所作的实验寻找一种解释。范德瓦尔斯 天才地发现，必须考虑分子的休积和分子间的作用力（现在一般称为范德瓦尔斯力），“才能建 立气体和液体的压强、休积、温度之间的关系。 范德瓦尔斯经过艰苦的努力， 于 1880 年发表了第二项重大发现， 当时他称之为“对应态定律”。 这个定律指出：如果压强表示成临界压强的单调函数，体积表示成临界体积的单调函数，温度表 示成临界温度的单调函数， 就可得到适用于所有物质的物态方程的普遍形式， 因为在这个方程中， ａ，ｂ，产这三个常数可用特殊物质的临界值来表示，因此在方程中消失。正是由于在这个定律 的指导下进行实验，Ｊ．杜瓦才在 1898 年制成了液态氢，翁纳斯在 1980 年制成了液态氦。翁纳 斯因研究低温和制成液态氦而荣获 1913 年的诺贝尔物理学奖。 他在 1910 年写道： “我们一直把 范德瓦尔斯的研究看成是实验取得成功的关键， 莱顿的低温实验室是在他的理论影响下发展起来 的。十年后，即 1890 年，关于“二元溶液理论”的第一篇论文在《荷兰年鉴》上刊出，这是范 德瓦尔斯的又一项重大成就。他把物态方程和热力学第二定律结合起来，创造了一种图示法，以 吉布斯在“非均匀物质的平衡”这篇论文中首次提出的形式用一个面表示他的数学公式。 为纪念 吉布斯，他把这个面称为“ｗ面”，因为吉布斯用希腊字母ｗ作为自由能的符号，他认为自由能 对平衡有着重大意义。二元混合物理论引起了一系列实验，首先是库恩的实验。他发现，临界现象的特征完全可由理论预言。 关于这个课题的报告后来收编人范德瓦尔斯和柯恩斯塔姆教授合著 的&&Lehrbuch ｄｅｒＴｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｋ&&（热力学教程）。 还应当提到范德瓦尔斯关于毛细现象的热力学理论，其基本形式是在 1893 年首次提出的。该理 论认为，在液体和蒸气之间的边界层存在着密度的逐渐变化，尽管变化是很快的。这个观点和吉 布斯的不同，吉布斯假设从液体到蒸气，密度是突变的。拉普拉斯早年建立了毛细现象的理论， 范德瓦尔斯却认为分子永远在作高速运动。 在临界温度附近所作的关于这个现象的实验支持了范 德瓦尔斯的观点。 范德瓦尔斯获得了许多荣誉，特别应提到的是；他是剑桥大学的荣誉博士，莫斯科帝国自然科学 学会名誉会员，爱尔兰皇家科学院名誉院士，美国哲学协会名誉会员，法国研究院通讯院士，柏 林皇家科学院通讯院士，比利时皇家科学院名誉院士，伦敦化学协会外籍会员，美国国家科学院 外籍院士，罗马科学院外籍院士。 1864 年，范德瓦尔斯同Ａ．Ｍ。斯密特（Aｎｎａ Ｍaｇｄａｌena Ｓｍｉｔ）结婚。妻子早亡， 他没有再结婚。他们有三个女儿和一个儿子。女儿玛黛莱茵在母亲去世后料理家务，照顾父亲； 伊利莎白是历史教员和著名诗人；迪代莉卡是英语教师。儿子迪代里克（Ｊｏｈａnｎｅｓ Ｄｉ ｄｅｒｉｋ Ｊｒ．）在
年间担任格罗宁根大学物理学教授，后来继承父亲的职务， 在阿姆斯特丹大学主持物理学讲座。 范德瓦尔斯的主要爱好是散步和朗诵， 特别是在乡郊散步 1923 年 8 月 8 日他在阿姆斯特丹逝世。菲 涅 耳菲涅耳（Augustin Fean Fresne ）法国物理学家、土木工程师，波动光学的奠基人之 一。1788 年 5 月 10 日菲涅耳出生于诺曼底罗利耶城的建筑师家庭。童年体弱多病，学习遇到些 困难，转学到巴黎工艺学院后，他的数学才华渐渐的被老师重视。后来他又转学到桥梁道路工程 学院，在该校毕业并获得工程师资格，出校后在法国有关部门担任修桥筑路的工作。约从 1814 年开始，他对光学产生了浓厚兴趣，开始了光学的研究工作，他的光学研究工作是用业余时间自 费进行的，因此花费了他有限的收入。在菲涅耳的晚年，他的研究成果获得高度的评价， 1823 年当选为巴黎科学院院士，1825 年进入英国皇家学会成为会员，1827 年荣获伦敦皇家学会的伦 福得奖章。 菲涅耳在短短的一生中， 为物理学做出了多方面的贡献， 特别在光学衍射和偏振方面取得了巨大 的成就。 菲涅耳开始时并不知道托马斯?杨的工作， 他从实验和数学两方面对干涉和衍射现象进 行了广泛而深人的研究，例如用菲涅耳双面镜等实验阐述干涉原理。他对圆孔、相屏、直边等各 种情况进行了衍射实验和理论计算，后人称为菲涅耳衍射。1815 年他向巴黎科学院提交了第一 篇论文《光的衍射》，论文一开始他就批评了微粒说，认为它引进的种种假设如微粒因色而异、 突变等等说明不了光为什么具有一定的速度，而波动说却不需要任何假设。1816 年，他又陆续 提交了关于反射光栅和半波带法的论文。 1817 年 3 月，巴黎科学院决定将衍射理论作为 1819 年数理科学的悬奖项目，五人评审委员会中 的成员拉普拉斯、比奥和泊松是光学微粒说的赞同者，盖一吕萨克处于中立，只有阿拉果一人支持光的波动说。在安培和阿拉果的积极鼓励和支持下，菲涅耳于 1818 年 4 月提交了论文。该论 文用极为严格的数学证明将惠更斯原理发展为惠更斯――菲涅耳原理， 进一步考虑了各次波叠加 时的相位关系，圆满地解释了光的反射、折射、干涉、衍射等现象。此外，论文中还用半波带法 给出各种实验结果的积分计算。 法国巴黎科学院最终决定将奖金授予菲涅耳， 因此光的波动学说 确立了不可动摇的科学地位。 菲涅耳受杨氏双光干涉实验的启发，与阿拉果合作进行了各种实验，发现了偏振光的干涉现象， 还发现了光的圆偏振和椭圆偏振现象， 并用波动学说解释了偏振面的旋转。 他还用光的横渡性及 弹性理论推导出关于反射光和折射光振幅的著名的菲涅耳公式， 解释了法国物理学家马吕斯发现 的光在反射时的偏振现象和双折射现象，为晶体光学奠定了基础。 1827 年 7 月 14 日菲涅耳因患肺病，在阿夫赖城病故，终年 39 岁。在短短的一生中，他对经典 光学的波动理论做出了杰出的贡献。费 米费米（Enrico Fermi，）费米（Enrico Fermi，）美籍意大利物理学家，生 于罗马。1922 年他以 X 射线的专题论文在比萨大学获得物理学博士学位。25 岁时任罗马大学理 论物理学教授，27 岁时成为意大利皇家学会会员。1938 年意大利颁布了法西斯种族歧视法，由 于费米的妻子是犹太血统， 他在 1938 年 11 月利用去瑞典接受诺贝尔奖的机会携带全家离开意大 利去了美国。 1926 年初，费米根据泡利不相容原理，与英国物理学家狄拉克各自导出量子统计中的“费米― 狄拉克统计”。1928 年给出描述和计算多电子原子基态的近似方案（托马斯-费米原子模型）。 1934 年，建立 β 衰变理论，从而奠定了弱相互作用的理论基础。 1934 年初，约里奥-居里夫妇用 α 粒子轰击原子核产生人工放射性元素之后，费米和他的助手 用中子代替 α 粒子轰击了几乎所有的化学元素，得到了几十种放射性同位素。由于中子核反应 的发现，费米荣获诺贝尔物理学奖。 1939 年费米开始探索核裂变链式反应的可能性，并于 1942 年 12 月 2 日在芝加哥大学建成世界 上第一座利用浓缩轴和重水的可控核裂变链式反应堆， 首次实现了可控的核裂变链式反应。 随后 费米参加了美国原子弹的研制工作。 费米一生的最后几年，在芝加哥大学核物理研究所任教授，从事高能物理的研究。费米对理论物 理和实验物理都做出了重要的贡献，这在现代物理学家中是少见的。为纪念他，第 100 号元素以 他的名字命名为镄。富 兰 克 林（BenjaminFranlin,）美国科学家、物理学家、发明家、政治家、社会活动家。1706 年 1 月 27 日生于波士顿一个工人家庭。父亲是英国移民，从事肥皂和蜡烛制造。由于家庭贫寒， 从 8 岁起只上了两年学就辍学当了学徒，从 12 岁起到他大哥的印刷所里当学徒，以后长期从事 印刷工作。他刻苦自学，他说：“读书是我唯一的娱乐。”他常常去找别人或书店借书，利用深 夜读书，清晨就去归还。他曾以笔名 RichardSaunders 投稿，报纸编辑以为文章“出自名家手 笔”。他不仅从书本上学习各种知识，还辗转到纽约、伦敦、费城等地流浪，在社会生活中学习。 21 岁时，他在费城创办了北美第一个青年自学团体“共读社”，组织工人、技师、鞋匠、瓦匠、 诗人等每周星期五来讨论哲学、科学、技术、文艺问题。这个团体后来发展为 1743 年创立的美 利坚哲学会。1769 年他被选为该会的会长。25 岁时他又在费城创办了北美第一个公共图书馆， 以后发展为北美公共图书馆。45 岁时，他又创办费城学院（即后来的宾夕法尼亚大学）。 作为政治家，在美国和世界历史上，有许多重要事件与富兰克林有关。他在北美独立战争中起了 重大作用，是美国的创建人之一，参与了起草《独立宣言》和美国宪法。 年他出使 法国，他的科学声誉和广博的知识，十分有利于他的外交使命，在他的努力下，1778 年缔结了 美法联盟。1787 年当选为制宪会议代表，担任宾夕法尼亚州最高行政议长。他积极反对压迫和 奴役黑人，积极主张废除黑奴制度。 在他的一生中，获得过许多荣誉。1753 年获得英国皇家学会颁发的科普利奖章，同年获得哈佛 大学和耶鲁大学的荣誉学位。1756 年当选为英国皇家学会会员，1772 年当选为法兰西科学院的 外国院士，1789 年当选为彼得堡科学院的外国院土。 他的主要科学工作是在电学方面。这在他的一生中只占十年左右。 年间，富兰克林 在费城和波士顿看到了来自苏格兰的斯宾塞 （A.SPence） 博土利用玻璃管和莱顿瓶所做的简单的 电学实验时，心中激起强烈的探求欲望。他买下了全部展品，一位他在伦敦英国皇家学会结识的 朋友柯林森（PeterCdlinson）得知后，又给他寄来了大批书籍、电学著作和某些摩擦起电的设 备。富兰克林和费城哲学会的朋友们一起进行了许多电学实验和理论探索。 富兰克林在电学上有许多重要贡献通过实验， 他对当时许多混乱的电学知识 （如电的产生、 转移、 感应、存储、充放电等）作了比较系统的清理。他曾把多个莱顿瓶联结起来，储存更多电荷。他 用实验证明莱顿瓶内外金属箔所带电荷数量相等，电性相反。1747 年 5 月 25 日他在给柯林森的 信中，提出了电的单流质理论，并用数学上的正负来表示多余或缺少这种电流质。他还认为摩擦 起电只是使电荷转移而不是创生， 所生电荷的正负必须严格相等――这个思想后来发展为电学中 的基本定律之一――电荷守恒定律。他利用这一理论说明了带介质的电容器原理。 富兰克林的第二项重大贡献是统一了天电和地电，彻底破除了人们对雷电的恐惧。 1749 年，他 的夫人丽达在观看莱顿瓶串联实验时，无意碰到莱顿瓶上的金属杆，被电火花击倒在地，卧病一 周， 使他更坚定了探讨雷电实质的决心。 他一方面列举了 12 条静电火花与雷电火花的相同之处， 一方面通过岗亭实验和风筝实验（1752 年 6 月）给予实验证明。他的一封封书信通过柯林森在 英国皇家学会宣读，开始时受到的是嘲笑、怀疑，后来他的论文集《电学实验与研究》出版，特 别是风筝实验的报告轰动了欧洲， 使人们看到电学是一门有广大前景的科学， 避雷针也成了人类 破除迷信征服自然的一项重要技术成果，推动了电学、电工学的发展。富兰克林对大自然有着广泛的兴趣。 他研究过物体 （尤其是金属） 的热传导、 声音在水中的传播、 利用蒸发取得低温的方法；他还研究过植物的移植、传染病的防治；在横渡大西洋时，他观察了 海湾暖流对气候的影响，测量了海水的流速和温度等等。 作为发明家，他发明了高架取书器、老年人使用的双焦距眼镜、三轮钟等。 1790 年 4 月 17 日他在费城逝世， 他为自己写的墓志铭只自称“印刷工富兰克林”而绝口不提后 半生的重要职务。但法国经济学家杜尔哥（Ann－RobertJacquesTuraot）却为他写下了这样的赞 语：“从苍天那里取得了雷电，从暴君那里取得了民权”。伽 利 略伽利略(Galileo Galilei,)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。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。 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。海 森 堡海森堡（Werner Karl Heisenberg ）德国理论物理学家，矩阵力学的创建者，生于维尔兹堡。 1920 年进慕尼黑大学，在索末菲指导下学习理论物理，并获博士学位。后来去格廷根大学，担任玻恩的助 手。1927 年，26 岁的海森堡任莱比锡大学教授。1941 年任柏林大学教授兼凯泽?威廉物理研究所所长。 1946 年到哥廷根大学任普朗克物理学研究所所长。 1958 年在德国慕尼黑任物理学与天体物理学普朗克研究 所所长兼慕尼黑大学教授。 1925 年海森堡发表第一篇矩阵力学的论文《关于运动学和动力学的量子力学解释》，认为量子力学的问题 不能直接用不可观测的轨道来表述，应该采用跃迁几率这类可以观测的量来描述。接着，海森堡和玻恩、 约尔丹一起进行研究，创立了矩阵力学。 1927 年海森堡提出了测不准原理，即亚原子粒子的位置和动量不可能同时准确测量。1928 年，海森堡用量 子力学的交换现象，解释了物质的铁磁性问题。1929 年，他与泡利提出相对论性量子场论。1932 年海森堡 提出质子和中子实际上是同一种粒子的两种量子状态。此外，海森堡还创立了粒子相互作用的散射矩阵理 论 S 矩阵理论。 海森堡因创立量子力学而荣获 1932 年诺贝尔物理学奖。主要著作有：《量子论的物理学原理》、《原子核 物理》、《物理学与哲学》等。胡 克胡克（），英国实验物理学家、仪器设计师和发明家．他的实验技术精湛，物理思想活跃，为 协助玻意耳做一些在稀薄空气中的实验，他发明了空气唧筒．他还对当时出现的各种仪器做过重大改进或 创新，如显微镜、望远镜、毛发湿度计、航海仪器等，并改进了天文观测时计时所用的摆．他根据弹簧试 验的结果，提出固体弹性定律（后经柯西、格林改进为现在的胡克定律），为弹性理论和材料力学打下了 基础．他曾用自制的显微镜观察木柱的结构，并引入细胞（cell）这一名词．黄 昆黄昆（1919- ） 固体物理学家，我国半导体物理学奠基人。出生于北京市。1941 年毕业于燕京大学物理 系， 1944 年在昆明西南联大获硕士学位。 1945 年留学英国， 1948 年获英国不列斯托大学博士学位。
年在英国利物浦大学任理论物理系博士后研究员。 年任北京大学教授。1977 年以来，在中国科 学院半导体研究所工作，历任研究员、所长、名誉所长。1955 年当选为中科院学部委员，2001 年获基础研 究领域国家最高科技奖。 四十年代黄昆提出的固体中杂质缺陷导到Ｘ光漫射的理论，自六十年代起为外国学者证实并得到应用，被 称为“黄漫射”。1950 年同其夫人合作，首次提出多声子的幅射和无幅射跃迁的量子理论。该理论与苏联 佩卡尔发表的有关幅射的理论，被国际学术界称为“黄─佩卡尔理论”。1951 年提出晶体中声子和电磁波 的耦合振荡模式，为 1963 年国际上拉曼散射实验所证实。 1978 年以来黄昆在固体理论研究方面又取得了新的进展。其中关于无辐射跃迁绝热近似和静态耦合理论等 价性的证明，；黄昆提出的无辐射跃迁中声子的统计规律性，有可能为这一领域的研究开辟新的方向。 黄昆为我国半导体物理事业培养了大批人才。他与玻恩合著的《晶格动力学理论》是该学科领域的第一部 权威专著和标准参考文献；还著有《固体物理学》、与谢希德合著的《半导体物理学》。惠 更 斯惠更斯（Christiaan Huygens ）荷兰物理学家、数学家和天文学家，与牛顿同一时代的著名科 学家，近代自然科学的一位重要开拓者。 1629 年 4 月 14 日惠更斯出生于海牙，父亲是一名大臣，位高权重，还是一位著名诗人。惠更斯幼年聪慧 好学，动手能力极强，13 岁那年曾自制一台机床。他先在莱顿大学学习法律与数学， 年间转入 布雷达学院深造。他深受阿基米德和笛卡尔的影响，主要从事力学、光学、天文学和数学的研究。他善于 将科学研究与理论实践结合起来进行创造性的研究工作。 惠更斯从 1651 年开始对圆、二次曲线、复杂曲线、悬链线，概率等问题发表了许多论著。1667 年发表的 《论赌博中的计算》是一篇有关概率论的科学论文，显示了他在数学方面的才华。 1656 年他根据伽利略发现的摆的等时性制造了世界上第一座机械时钟，并于 1673 年出版了《摆钟》一书， 其中对制造机械钟作了详细的介绍。七十年之后到了惠更斯的年代对摆的研究广泛起来，惠更斯作了大量 关于摆的实验，首先测定了摆长和周期的关系，终于制成了世界上第一架计时摆钟。由于海上船身晃动的 干扰，不能准确计时，后来惠更斯和胡克分别发现了螺旋弹簧震荡的等时性，这就为近代游丝手表和怀表 的发明创造了条件。惠更斯提出了离心力定理，研究了圆周运动、摆、物体转动时的离心力和泥球及地球转动时变扁的问题， 这些问题的研究对于后来万有引力定律的确立起到巨大的推动作用。 惠更斯在天文学方面有很大的贡献。他改进和研制了光学仪器，自己研制了用于观测天体的望远镜并进行 了天体的观测，1665 年发现了木星的卫星（木卫六）、土星的光环、猎户座星云和火星极冠。1680 年他制 造了一台行星仪。 惠更斯的光学研究取得了巨大成就， 在近代物理中拥有极为重要的地位。 他在 1690 年出版了 《光论》 一书， 提出了光的波动学说，建立了著名的惠更斯原理，根据此原理推导出了光的折射和反射定律，圆满地解释 了在光密介质中光速会减小的原因，还说明了光进入冰州石会产生双折射现象，原因是冰州石分子微粒为 椭圆形所致。 惠更斯处于富裕的家庭和宽松的社会条件中没有受到宗教的干扰和迫害，因此能够把自己在科学方面的才 能充分发挥出来。1666 年他应路易十四邀请担任新建立的法国科学院院士。1663 年被聘为英国皇家学会第 一个外籍会员。 惠更斯体弱多病，一心致力于科学事业，终生未婚，1695 年 7 月 8 日在海牙逝世。焦 耳焦耳（James Prescott Joule ）英国杰出的物理学家。1818 年 12 月 24 日焦耳出生 于曼彻斯特附近的索尔福德，父亲是富有的酿酒厂厂主。焦耳从小跟父亲参加酿酒劳动，并利用 空闲时间自学化学和物理， 幼年没有在正规学校学习。 他 16 岁时在著名化学家道尔顿门下学习， 虽然学习时间不长，但使他对科学研究产生了强烈的兴趣。他喜欢电学和磁学，一生都在从事实 验研究，后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和自学成才的杰出科学家。 焦耳早期从事电学和磁学方面的研究，后来转向功热转化的实验研究。1840 年 12 月他在英国皇 家学会宣读了关于电流通过导体时产生热量的论文。 不久俄国科学家楞次也独立地发现了同样的 规律，后来被称为焦耳―楞次定律。这一发现为揭示电能、化学能、热能的等价性打下了基础。 焦耳的主要贡献是他多年研究并测定了热和机械功之间的热功当量关系。1843 年发表了这方面 研究的首篇论文 《关于电磁热效应和热的功值》 。 他强调了自然界的能是等量转换， 不会消灭的， 哪里消耗了机械能或电磁能，总在某些地方能得到相当的热。 年焦耳用了近 40 年的 时间，不懈地钻研和测定了热功当量。他先后用不同的方法做了 400 多次实验，得出结论：热功 当量是一个普适常量，与做功方式无关。这一实验结果，为能量守恒与转换定律提供了无可置疑 的证据。 1852 年焦耳和 W.汤姆孙（即开尔文）合作进行了多孔塞实验，发现自由膨胀时温度下降的物理 现象，称为焦耳－汤姆孙效应，这个效应在低温技术和气体液化方面有广泛的应用。他对蒸汽机 的发展作了不少有价值的工作，还第一次计算了有关气体分子的速度。 焦耳年轻的时候，是永动机热席卷欧洲大陆的时代，很多人钻进了永动机的迷宫, 设计方案，制 作机械，但没有一个成功者。焦耳也曾狂热地追求永动机，消磨了他全部的业余时间。这样多次 的反复失败，引起了焦耳的深思，最后转向了实实在在的科学研究。经过勤奋的科学研究实践终 于找到了热功当量，建立能量守恒定律，从而彻底否定了永动机。焦耳科学研究的道路并不平坦。 当他证实热是一种能量交换的形式， 各种形式的能量可以互相转 化时，当时一些大科学家都表示怀疑和不信任。但他以百折不挠的精神，终于使自己的成果获得 了科学界的公认。国际计量大会将能量、功、热量的单位命名为焦耳。此外与焦耳名字相联系的 有：焦耳－楞次定律，焦耳气体自由膨胀实验，焦耳－汤姆孙效应，焦耳热功当量实验，焦耳热 等。1866 年因为他在电学、热学和热力学方面杰出贡献，焦耳被授予英国皇家学会柯普莱金质 奖章。 焦耳是从磁效应和电动机效率的测定开始实验研究的。 他曾以为电磁铁将会成为机械功的无穷无 尽的源泉， 很快他发现蒸汽机的效率要比刚发明不久的电动机效率高得多。 正是这些实验探索导 致了他对热功转换的定量研究。 从 1840 年起，焦耳开始研究电流的热效应，写成了《论伏打电所生的热》、《电解时在金属导 体和电池组中放出的热》等论文，指出：导体中一定时间内所生成的热量与导体的电流的二次方 和电阻之积成正比。此后不久的 1842 年，俄国著名物理学家楞次也独立地发现了同样的规律， 所以被称为焦耳－楞次定律。这一发现为揭示电能、化学能、热能的等价性打下了基础，敲开了 通向能量守恒定律的大门。 焦耳也注意探讨各种生热的自然“力”之间存在的定量关系。 他做了 许多实验。例如，他把带铁芯的线圈放入封闭的水容器中，将线圈与灵敏电流计相连，线圈可在 强电磁铁的磁场间旋转。电磁铁由蓄电池供电。实验时电磁铁交替通断电流各 15 分钟，线圈转 速达每分钟 600 次。这样，就可将摩擦生热与电流生热两种情况进行比较，焦耳由此证明热量与 电流二次方成正比，他还用手摇、砝码下落等共 13 种方法进行实验，最后得出：“使 1 磅水升 高 l°F 的热量，等于且可能转化为把 838 磅重物举高 1 英尺的机械力（功）”（合 460 千克重 米每千卡）。总结这些结果，他写出《论磁电的热效应及热的机械值》论文，并在 1843 年 8 月 21 日英国科学协会数理组会议上宣读。他强调了自然界的能是等量转换、不会消灭的，哪里消 耗了机械能或电磁能，总在某些地方能得到相当的热。这对于热的动力说是极好的证明与支持。 因此引起轰动和热烈的争议。 还在气体动理论的其他方面取得一些成果。例如，1845 年做了气体自由膨胀实验，发现一般气 体的内能是温度与体积的函数， 而理想气体的内能只是温度的函数， 与体积无关。 1848 年 10 月， 焦耳提出： 根据热与机械功的相互转化而把热归结为物体内部粒子的动能以及粒子间的势能； 根 据赫拉帕司关于气体粒子直线运动的假设，他第一次计算了在 0℃和 101kPa 下氢粒子的速度， 并得出粒子的速度与温度的二次方根成比例的结论。 焦耳对蒸汽机的发展也作了不少有价值的工 作。 焦耳科学研究的道路是不平坦的。 他在 1843 年 8 月 21 日宣读论文， 证实热是一种能量交换的形 式时，一些大科学家都表示怀疑和不信任，多次受到科学界的冷遇。但他以百折不挠的精神，终 于在 1850 年使自己的科学成果获得了科学界的公认。为了纪念他对科学发展的贡献，国际计量 大会将能量、功、热量的单位命名为焦耳。此外与焦耳名字相联系的有：焦耳－楞次定律，焦耳 气体自由膨胀实验、焦耳－汤姆孙效应、焦耳热功当量实验、焦耳热等。 1889 年 10 月 11 日焦耳在塞尔逝世，终年 71 岁。 为了进一步说服那些受热质说影响的科学家， 他表示： “我打算利用更有效和更精确的装置重做 这些实验。”以后他改变测量方法，例如，将压缩一定量空气所需的功与压缩产生的热量作比较 确定热功当量； 利用水通过细管运动放出的热量来确定热功当量； 其中特别著名的也是今天仍可 认为是最准确的桨叶轮实验。 通过下降重物带动量热器中的叶片旋转， 叶片与水的摩擦所生的热 量由水的温升可准确测出。他还用其他液体（如鲸油、水银）代替水。不同的方法和材料得出的 热功当量都是 423.9 千克重?米每千卡或趋近于 423.85 千克重?米每千卡。 在
年焦耳用了近 40 年的时间， 不懈地钻研和测定了热功当量。 他先后用不同的方法 做了 400 多次实验，得出结论：热功当量是一个普适常量，与做功方式无关。他自己 1878 年与1849 年的测验结果相同。后来公认值是 427 千克重?米每千卡。这说明了焦耳不愧为真正的实 验大师。他的这一实验常数，为能量守恒与转换定律提供了无可置疑的证据。 1847 年，当 29 岁的焦耳在牛津召开的英国科学协会会议上再次报告他的成果时，本来想听完后 起来反驳的开尔文勋爵竟然也被焦耳完全说服了， 后来两人合作得很好， 共同进行了多孔塞实验 （1852），发现气体经多孔塞膨胀后温度下降，称为焦耳－汤姆孙效应，这个效应在低温技术和 气体液化方面有广泛的应用。焦耳的这些实验结果，在 1850 年总结在他出版的《论热功当量》 的重要著作中。他的实验，经多人从不同角度不同方法重复得出的结论是相同的。 1850 年焦耳 被选为英国皇家学会会员。 此后他仍不断改进自己的实验。 恩格斯把“由热的机械当量的发现 （迈 尔、 焦耳和柯尔丁） 所导致的能量转化的证明”列为 19 世纪下半叶自然科学三大发现的第一项。卡 文 迪 什卡文迪什（Henry Cavendish，）英国物理学家、化学家。1731 年 10 月 10 日生于法 国尼斯。1748 年他到伦敦附近的海克纳学校读书。1749 年考入英国剑桥大学，尚未毕业就去巴 黎留学。卡文迪什学成后回国在伦敦定居，在他父亲的实验室中做电学、化学研究。他的实验研 究持续达 50 年之久。1760 年当选为英国皇家学会会员。1803 年当选为法国科学院外籍院士。 卡文迪什在 1766 年发表了《论人工空气》的论文并获皇家学会科普利奖章。他制出纯氧，并确 定了空气中氧、氮的含量，证明水不是元素而是化合物。早在库仑之前，卡文迪什已经研究了电 荷在导体上的分布问题， 发现一对电荷间的作用力跟它们之间的距离平方成反比。 他用实验证明 电容器的电容取决于两极板之间的物质。 卡文迪什最早建立电势概念， 指出导体两端的电势与通 过它的电流成正比；当时还无法测量电流强度，据说他勇敢地用自己的身体当作测量仪器，以从 手指到手臂感到的电振动来估计电流的强弱。 卡文迪什在热学理论、计温学、气象学、大地磁学等方面都有研究。在物理学上的重要成就是 1798 年完成了测量万有引力的扭秤实验，后世称为卡文迪什实验。他改进了英国机械师米歇尔 设计的扭秤，在其悬线系统上附加小平面镜，利用望远镜在室外远距离操纵和测量，以防止空气 的扰动。他用一根镀银铜丝吊一根木杆，杆的两端各固定一个直径 2 英寸的小铅球，另用两颗直 径 12 英寸的固定着的大铅球吸引它们。测出铅球间引力产生的摆动周期，从而计算出两个铅球 的引力，由得到的引力再推算出地球的质量和密度。他算出的地球密度为水密度的 5.481 倍（现 代数值为 5.517g／cm3）， G 的数值为 6.754×10-11 Nm2/kg2（现代数值前四位数为 6.672）。 这一实验的构思、设计与操作十分精巧，英国物理学家 J.H.坡印廷曾对这个实验有这样的评价： “开创了弱力测量的新时代”。 卡文迪什的后代亲属德文郡八世公爵 S.C.卡文迪什将自己的一笔财产捐赠给剑桥大学，于 1871 年建成以 H.卡文迪什命名的实验室。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。麦克斯韦、瑞利、J.J.汤姆孙、卢瑟福等先后主持过该实验室。 卡文迪什于 1810 年 2 月 24 日在伦敦逝世， 逝世前夜还在做实验。 卡文迪什被称为“最富有的学 者，最博学的富豪”。他一生在自己的实验室中工作，很少与外界来往，终身未婚；他的成果丰 硕，但只发表两篇并不重要的论文。直到 1871 年，麦克斯韦负责筹建卡文迪什实验室时，发现 并整理了他的实验手稿，1879 年出版了《尊敬的亨利?卡文迪什的电学研究》一书。库 仑（CharlesAugustindeCoulomb,）法国物理学、军事工程师。1736 年 6 月 14 日生于 昂古莱姆，1806 年 8 月 23 日在巴黎逝世。1761 年毕业于军事工程学校，并作为军事工程师服役 多年。后因健康日坏，被迫回家，因此有闲暇从事科学研究。由于他写的一篇题为《简单机械论》 （TheoriedesMachinesSimples） 的报告而获得法国科学院的奖励， 并由此于 1781 年当选为法国 科学院院士。法国大革命时期，他辞去公职，在布卢瓦附近乡村过隐居生活，拿破仑执政后，他 返回巴黎，继续进行研究工作。1806 年 8 月 23 日在巴黎逝世。 早年就读于美西也尔工程学校。离开学校后，进入皇家军事工程队当工程师。法国大革命时期， 库仑辞去一切职务，到布卢瓦致力于科学研究。法皇执政统治期间，回到巴黎成为新建的研究院 成员。 1773 年发表有关材料强度的论文， 所提出的计算物体上应力和应变分布情况的方法沿用到现在， 是结构工程的理论基础。1777 年开始研究静电和磁力问题。当时法国科学院悬赏征求改良航海 指南针中的磁针问题。库仑认为磁针支架在轴上，必然会带来摩擦，提出用细头发丝或丝线悬挂 磁针。 研究中发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系， 从而可利用这种装置测出静电力 和磁力的大小，这导致他发明扭秤。1779 年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。 还设计出水下作业法，类似现代的沉箱。 年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的 库仑定律。 库仑的研究兴趣十分广泛，在结构力学、梁的断裂、材料力学、扭力、摩擦理论等方面都取得过 成就。1773 年法国科学院悬赏征求改进船用指南针的方案。库仑在研究静磁力中，把磁针的支 托改为用头发丝或蚕丝悬挂，以消除摩擦引起的误差，从而获得 1777 年法国科学院的头等奖。 他进而研究了金属丝的扭力，于 1784 年提出了金属丝的扭力定律。这二成果具有极为重要的意 义。同年他设计出一种新型测力仪器――扭秤。利用扭秤，他在 1785 年根据实验得出了电学中 的基本定律――库仑定律。1788 年，他把同样的结果推广到两个磁极之间的相互作用，这项成 果意义重大，它标志着电学和磁学研究从定性进人了定量研究。 早在 1781 年他还提出过关于摩擦及滑动定律。他在多种实验基础上研究了许多实际静摩擦现象 及其相关因素， 并提出了滑动摩擦力的著名公式。 他还提出了在磁化过程中， 分子被极化的假设。 他还提出电荷沿表面分布及带电体因漏电而电量衰减的定律。 库仑著有《库仑论文集》（1884 年）为纪念他对物理学的重要贡献，电量单位便以库仑命名。李 政 道李政道(1926-? )美籍华人，理论物理学家。生于上海。抗战时期在浙江大学和西南联合大学学 习。1946 年赴美国芝加哥大学深造，1950 年在费米的指导下获博士学位。1951 年至 1953 年间 在普林斯顿高级研究院工作，随后担任哥伦比亚大学物理系教授、费米物理学讲座教授、普林斯 顿大学高级研究员以及美国国家科学院院士。 1953 年，由于新发现的 K 介子在衰变时与宇称守恒定律不符，他与杨振宁合作研究，于 1956 年 得出弱相互作用中宇称不守恒的结论， 次年由华裔物理学家吴健雄小组的实验证实。 过去物理学 界认为宇称守恒是和能量守恒、电荷守恒一样普遍适用的定律。杨、李的理论对物理学界振动很 大，促进了 60 年代对基本粒子的大量研究工作，是物理学界的一大里程碑。1957 年，年仅 31 岁的李政道与杨振宁一起获得该年度的诺贝尔物理学奖。 李政道的研究领域很宽，在量子场论、基本粒子理论、核物理、统计力学、流体力学、天体物理 方面的工作都颇有建树。 李政道自 1972 年起多次回中国访问讲学。1980 年以来，他发起组织美国几十所主要大学在中国 联合招收物理学研究生。他受聘为国内多所大学的名誉教授，中国科学院外籍院士。著有《场论 与粒子物理学》、《统计力学》等书。卢 瑟 福卢瑟福（Ernest Rutherford ）英国实验物理学家。生于新西兰纳尔逊。1895 年在新 西兰大学毕业后，获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许实验室。1898 年，在汤姆孙的推荐 下，担任加拿大麦吉尔大学的物理教授。1907 年任英国曼彻斯特大学的物理学教授，1919 年担 任卡文迪许实验室主任。 卢瑟福在卡文迪许实验室， 开始以研究无线电为主， 后来接受汤姆孙的建议把研究方向转到放射 性上。卢瑟福在放射性研究上取得的一系列重大成果，确立了放射性是发自原子内部的变化。放 射性能使一种原子改变成另一种原子。 卢瑟福早就有用 α 射线探索原子结构的想法。1903 年他就发现 α 射线的能量比 β 和 γ 射线 大 99 倍左右，1906 年他又发现 α 射线通过云母片时，出现了小角度散射现象。1908 年 6 月， 盖革发现 α 射线的散射角与靶材料的原子量成正比。 1909 年卢瑟福指导他的学生盖革与马斯登 用 α 粒子去轰击金箔，发现了等于和大于 90°的大角度散射现象。在反复实验研究的基础上， 卢瑟福于 1911 年构思出原子的核式结构模型。不久盖革和马斯登用实验证实了带正电的原子核 的存在；莫塞莱用元素特征谱线与原子序数的关系证实了核外电子环的存在。 卢瑟福获得 1908 年诺贝尔化学奖，他对此感到有些意外，风趣地说：“我竟摇身一变，成为一 位化学家了。” 在他的培养和指导下，他的学生和助手有十多位获得诺贝尔奖。洛 伦 兹H.A. 洛 伦 兹 （ Hendrik Antoon Lorentz ） 1853 年 7 月 18 日 生 于 荷 兰 的 阿 纳 姆 。 (HendrikAntoonLorentz，)是荷兰物理学家、数学家．1853 年 7 月 18 日生于阿纳 姆．1870 年入莱顿大学学习数学、物理学，1875 年获博士学位。25 岁起任莱顿大学理论物理学 教授， 达 35 年。 父亲 G． F． 洛伦兹是苗圃主， 母亲名叫妮耶。 金克尔 （nee Geertruida Van Ginkel） 。 洛伦兹四岁时母亲去世。1862 年，父亲又和 L．赫普克斯（Luberta Hunke。）结婚。那时的小 学不仅上午和下午上课，在晚上也上课。晚上的教学比较自由（在某种意义上类似于道尔顿教育 法）。当 1866 年在阿纳姆有了第一所高级中学时，洛伦兹作为一名有天才的学生插入三年级。 读完五年级并学习了一年经典著作以后，他于 1870 年进人莱顿大学，1871 年获得数学和物理学 学士学位。1872 年回到阿纳姆。当了一名夜校教师，与此同时，他准备了关于光的反射和拆射 的博士论文。1875 年洛伦兹在 22 岁上获得了博士学位，三年后又在莱顿大学被任命主持为他新 开设的理论物理学讲座。尽管外界纷纷邀请他任职，他总是忠实地留在母校。从 1912 年起他在 哈勒姆担任了双重职务： 泰勒物理学会会长和荷兰科学协会秘书， 同时他作为特聘教授在他的有 生之年继续在莱顿大学主持每礼拜一上午的著名讲座。 有远见的泰勒基金会主席免去了他在校内 的日常事务，使他有可能攀登那很少有人达到的科学顶峰。 从开始进行科学研究起， 洛伦兹就把推广麦克斯韦的电学理论和光学理论作为自己的任务。 在他 的博士论文中， 他根据当时是崭新的观点讨论了光的反射和折射现象。 他在光学和电学方面的基 本研究使当时关于物质本性的概念发生了变革。 1878 年，他发表了关于光在媒质中的传播速度与媒质密度和成分的关系的论文。最后得到的公 式以劳仑茨一洛伦兹公式的名称而闻者腑麦物理学家劳仑茨几乎同时提出了这个公式）。 洛伦兹对运动物休的现象的研究也作出了重大贡献。 在对光行差以及与光行差有关的问题所作的 广泛研究中，他应用了菲谨耳关于存在不动的、可以自由穿过所有物体的以太的假设。这个假设 成了关于运动物体的光学和电学现象的普遍理论的基础。 电子的概念是洛伦兹提出的。他认为，带电微粒在有重物质的电磁现象中起着作用。这个观点使 人们有可能把分子理论应用到电学理论，用来解释光波通过运动着的透明物体时的性质。 所谓洛伦兹变换（1904）的基础，是电荷之间的电磁力由于电荷运动而发生微小的变化，因而引 起运动物体的大小的微小收缩。 它不仅恰当地解释了迈克尔逊和莫雷在实验中所揭示的现象 （地 球与以太之间没有相对运动），而且也为爱因斯坦的狭义相对论铺平了道路。 可以说， 洛伦兹教授在所有的理论物理学家心目中是世界文明的先导。 他完成了先辈所没有完成 的事业，并为迎接以量子论为标志的新思想奠定了基础。 1919 年，他被聘请为荷兰海水资源开发委员会的主席，该委员会的任务是研究须德海开发期间 和开发之后海水可能发生的运动， 这是有史以来最大的水利工程之一。 他的理论计算和为时八年 的研究成果在实践中得到了最好的证明，对后来的水利科学有深远的影响。 全世界授予洛伦兹许多荣誉称号。 他以特殊的才能主持过许多国际会议。 他有和蔼和明智的品格， 同时又是一位语言大师。他在逝世以前是索尔维国际会议主席。1923 年他被选为“国际文化合 作委员会“委员，该委员会是由七名世界著名学者组成的，1925 年洛伦兹当选为委员会主席。 洛伦兹在本国政界享有崇高威望， 使政府认识到科学对于国家生产的重要性。 由于他采取了一些步骤，在荷兰终于创立了应用科学研究机构。 洛伦兹是一位和蔼可亲的人。他不谋私利，真诚关怀每一个与他有接触的人。他既尊重同时代的 领导者，也热爱普通公民。 1881 年，洛伦兹和 A．卡萨琳娜?凯瑟结婚。岳父是美术学院教授 J．W．凯瑟，曾任博物馆馆 长（该博物馆后来成为著名的阿姆斯特丹国立博物馆，即国立美术馆），也是荷兰第一批邮票的 设计者。洛伦兹有两个女儿和一个儿子。大女儿捷露伊达?洛伦兹（G．L．Lorent。）博士是一 位物理学家,与德哈斯 （W ． J． de Hass） 教授结婚。 德哈斯当时是莱顿大学低温实验室 （卡麦林?翁 纳斯实验室）主任。 洛伦兹是经典电子论的创立者．他认为电具有“原子性”，电的本身是由微小的实体组成的．后 来这些微小实体被称为电子． 洛伦兹以电子概念为基础来解释物质的电性质． 从电子论推导出运 动电荷在磁场中要受到力的作用， 即洛伦兹力． 他把物体的发光解释为原子内部电子的振动产生 的．这样当光源放在磁场中时，光源的原子内电子的振动将发生改变，使电子的振动频率增大或 减小，导致光谱线的增宽或分裂．1896 年 10 月，洛伦兹的学生塞曼发现，在强磁场中钠光谱的 D 线有明显的增宽，即产生塞曼效应，证实了洛伦兹的预言．塞曼和洛伦兹共同获得 1902 年诺 贝尔物理学奖． 1904 年，洛伦兹证明，当把麦克斯韦的电磁场方程组用伽利略变换从一个参考系变换到另一个 参考系时，真空中的光}