物理2014百科知识

1.20世纪物理学进展与百年重大新技术      当我们翻开科技发展史册，不难发现许多重大应用技术都是建立在物理科学研究的成果之上的，如人类近代社会发生的三次技术革命中，起到关键性作用的都是物理科学的创新成果.第一次技术革命开始于18世纪60年代，主要标志是蒸汽机的广泛应用，这是牛顿力学和热力学发展的结果;第二次技术革命发生在19世纪70年代，主要标志是电力的广泛应用和无线电通信的实现，这是电、磁现象的研究和经典电磁场理论的重大突破所带来的辉煌成果;第三次技术革命发生在20世纪40年代，基础科学的研究成果引起了技术上一系列革命性的突破，产生了一系列高新技术，如核能源技术、激光技术、电子计算机技术、电子与信息技术、生物工程技术、材料技术、空间技术等，形成了现代技术群，它们已经扩散到社会生产和生活的各个领域.然而，在这个庞大的技术群中，几乎没有一项与现代基础科学无密切关系，尤其是20世纪物理科学的百年成果，给现代高新技术的研究、开发、利用，提供了不尽的源泉和坚实的基础. 一、从“质能公式的提出”到核技术     1905年9月，爱因斯坦创立狭义相对论，并在他的题为“物质的惯性与它所含的能量相关吗”论文中，揭示了质量与能量之间的关系，提出了著名的质能公式E=mc2，这就从理论上预言了原子内部蕴藏着巨大的能量.能否开发和利用这些能量?当时人类则抱有悲观态度，甚至大科学家卢瑟福也认为“通过原子的变换去探索能源，那简直是无稽之谈”.   然而，人类的认识是不会停滞的，科学技术必然是不断进步的.1909年3月，物理学家盖革和马斯顿进行了著名的α粒子散射实验;卢瑟福了解到此实验中α粒子出现了反常的漫散射现象，他则以原子内存在强电场的观点，探索α粒子大角散射的内在原因，推断出原子由带负电的电子和带正电的原子核构成，并据此于1911年提出了原子有核结构，确立了“原子核”概念;1913年，玻尔以卢瑟福原子模型为基础，引入量子概念，构筑了一个新的原子模型——量子化原子模型;1919年，卢瑟福又用天然放射源放射出来的α粒子轰击氮，首次发现了原子核的人工嬗变，即这个实验既发现了在原子核中有呈中性的质子，也第一次用人工方法成功地把一种元素转变为另一种元素，从而开辟了人为变革原子核的途径.     那么，原子核又由什么组成呢?由于当时已知的粒子只有电子和质子，而且研究得最多的是氢原子，因此，曾认为原子核是由质子组成的.然而，因氦原子有两个电子，那么氦核则由两个质子组成，于是氦原子的质量就是氢原子的二倍，可是实际上却是四倍!有人认为原子核是由质子和电子组成的，但这又引起许多矛盾;1920年卢瑟福在英国皇家学会的一次演讲中，大胆地提出可能存在一种中性基本粒子，其质量与质子大体相等.如果原子核内存在这种粒子，则可圆满地说明原子核的组成.此后，卡文迪许实验室用了十年时间寻找这种中性粒子，但却一无所获.1932年3月27日《Nature》(自然杂志)刊登了物理学家查德威克的一篇论文，他提出：α粒子轰击铍所产生的“铍辐射”并不是α射线，而是一种新粒子，此新粒子不带电荷，因此取名为“中子”.由此，物理学家则提出了原子核的质子-中子模型.     1934年，约里奥-居里夫妇在用α粒子轰击铝靶时，得到一种天然不存在的新放射性元素磷，这是历史上第一种人造的放射性同位素，当然这也是对原子核结构理论的有力证明.为了说明质子和中子结合在尺度很小(10-14m)的原子核内，科学界提出了“核力”概念，核力不同于当时已知的万有引力和电磁力.1933～1939年间的中子-质子散射实验，确定了核力的基本性质. 中子和人工放射性的发现极大地激发了物理学家们的热情，促使他们去揭开原子核的奥 秘.1934年，费米等人用中子照射铀，企图使铀核俘获中子，再经过β衷变得到原子序数为93或更高的超铀元素.在实验中，他们偶然发现经过慢化的中子(热中子)反而比快中子能更好地引起核反应.费米认为，这是因为慢中子与快中子相比较，它经过原子核附近时滞留的时间较长，因而被原子核俘获的机会要多一些.1934～1938年间，

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