manbet手机版狗万世界杯诺贝尔物理学奖1901-2000

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manbet手机版作者:Erik B. Karlssonmanbet手机版*

manbet手机版物理学是什么?

manbet手机版物理学被认为是最基础的自然科学。manbet手机版它涉及物质的基本成分及其相互作用,以及原子的性质、分子和凝聚态的形成。manbet手机版它试图对物质和辐射的行为给出统一的描述,涵盖尽可能多的现象类型。manbet手机版在它的一些应用中,它接近化学的经典领域,而在另一些应用中,它与天文学家传统研究的现象有着明显的联系。manbet手机版目前的趋势甚至指向物理学和微生物学的某些领域。

manbet手机版虽然化学和天文学显然是独立的科学学科,但它们都以物理学为基础来处理各自的问题领域、概念和工具。manbet手机版在某些重叠的领域区分什么是物理和化学通常是困难的。manbet手机版这在诺贝尔奖的历史上已经被证明了好几次。狗万世界杯manbet手机版因此,一些化学方面的奖项也将在下文中提及,特别是当它们与物理学奖得主自己的工作密切相关时。manbet手机版至于天文学,情况就不同了,因为它没有自己的诺贝尔奖;manbet手机版因此,从一开始就很自然地把天体物理学的发现视为物理学奖的可能候选人。

manbet手机版从经典物理学到量子物理学

manbet手机版1901年,当第一届诺贝尔奖颁发时,物理学的经典领域似乎已经建立在19世纪伟大的物理学家和化学家所建立的坚实基础之上。manbet手机版汉密尔顿早在19世纪30年代就对刚体动力学提出了一个非常笼统的描述。manbet手机版卡诺、焦耳、开尔文和吉布斯在20世纪下半叶把热力学发展到了高度完善的地步。

manbet手机版麦克斯韦著名的方程式被公认为电磁现象的一般描述,并且被发现同样适用于光辐射和最近由赫兹发现的无线电波。

manbet手机版一切,包括波动现象,似乎都很符合一幅建立在物质成分机械运动基础上的图画,这些运动表现在各种宏观现象中。manbet手机版19世纪晚期的一些观察者实际上表达了这样的观点,物理学家们剩下要做的只是填补这一看似完善的知识体系中的微小空白。

manbet手机版然而,很快就会发现,这种对物理学状态的满意是建立在错误的前提上的。manbet手机版在世纪之交,人们对迄今为止完全不为人知的现象进行了观察,在物理学的理论基础上产生了根本性的新思想。manbet手机版诺贝尔奖机构的设立恰好恰逢其时,使得许多杰出的贡献能够涵盖这一时期开辟了物理学新领域的人,这必须被视为一种历史巧合,也许阿尔弗雷德·诺贝尔本人从未预见到万博体育安卓版app这一点。狗万世界杯

manbet手机版在19世纪的最后几年里,一个意想不到的现象是x射线的发现manbet手机版威廉·康拉德·伦琴manbet手机版1895年,它被授予第一届诺贝尔物理学奖(1901年)。manbet手机版另一个是放射性的发现manbet手机版安东尼·贝克勒尔manbet手机版1896年,继续研究这种辐射的性质manbet手机版玛丽和皮埃尔·居里manbet手机版.manbet手机版当时,人们并没有立即了解x射线的起源,但人们意识到,它们表明了一个迄今为止隐藏的现象世界的存在(尽管它们对医学诊断的实际用途从一开始就足够明显)。manbet手机版贝克勒尔和居里夫妇在放射性方面的工作在1903年获得了奖励(一半归贝克勒尔,另一半归居里夫妇所有)manbet手机版欧内斯特·卢瑟福manbet手机版(他在1908年获得了化学奖)人们认识到,以前被认为是或多或少没有结构的原子,实际上包含一个非常小但紧凑的原子核。manbet手机版一些原子核被发现是不稳定的,可以发射manbet手机版a、bmanbet手机版或manbet手机版ymanbet手机版辐射观测。manbet手机版这在当时是一个革命性的见解,它最终通过其他物理领域的并行工作,创造了第一张有用的原子结构图。

manbet手机版在1897年,manbet手机版约瑟夫·j·汤姆森manbet手机版他在部分抽真空的放电管中研究阴极发出的射线,确定了电荷的载体。manbet手机版他证明了这些射线是由离散的粒子组成的,这些粒子后来被称为“电子”。manbet手机版他测量了它们的质量与(负电荷)之比的值,发现这只是单电荷原子的一小部分。manbet手机版人们很快就意识到,这些轻粒子一定是构成原子的基础,它们与带正电的原子核一起组成了各种不同的原子。manbet手机版汤姆逊于1906年获得诺贝尔奖。manbet手机版到那时,manbet手机版菲利普·e·a·冯·勒纳德manbet手机版早在1905年,他就已经因为阐明了阴极射线的其他有趣特性而得到了承认,例如它们穿透薄金属箔并产生荧光的能力。manbet手机版此后不久(1912年)manbet手机版罗伯特·米利根manbet手机版他第一次用油滴法精确测量了电子电荷,这使他在1923年获得了物理学奖。manbet手机版米利根还因其在光电效应方面的工作而获奖。

manbet手机版在本世纪初,麦克斯韦方程已经存在了几十年,但许多问题仍然没有得到解答:什么样的介质传播电磁辐射(包括光),什么样的电荷载体负责光的发射?manbet手机版阿尔伯特。迈克尔逊manbet手机版发明了一种干涉测量法,通过这种方法,物体之间的距离可以用光的波长(或其部分)来测量。manbet手机版这使得长度的比较比以前精确得多。manbet手机版许多年后,巴黎国际测量局(BINP)根据特定辐射的波长数量定义了米单位,而不是米的原型。manbet手机版利用这种干涉仪,迈克尔逊还和e·w·莫雷一起做了一个著名的实验,从中可以得出结论:光的速度与光源和观察者的相对运动无关。manbet手机版这一事实驳斥了早先关于以太是光传播媒介的假设。manbet手机版1907年,迈克尔逊获得了物理学奖。

manbet手机版研究了载流子发射光的机理manbet手机版•a•洛伦兹manbet手机版他是最早将麦克斯韦方程应用于物质电荷的人之一。manbet手机版他的理论也适用于由原子振动引起的辐射,正是在这种情况下,他的理论才得以进行第一次关键性的检验。manbet手机版早在1896年manbet手机版Pieter塞曼manbet手机版他在寻找电场和磁场对光可能产生的影响时,有了一个重要的发现,即当施加强磁场时,火焰中的钠的光谱线会分裂成几个分量。manbet手机版这一现象可以通过洛伦兹的理论得到相当详细的解释,应用于最近发现的电子的振动,洛伦兹和塞曼在1902年分享了物理学奖,也就是说,甚至在汤姆森的发现获得奖励之前。manbet手机版之后,manbet手机版约翰内斯·斯塔克manbet手机版通过将原子束(“阳极射线”,由原子或分子组成)暴露在强电场中,演示了电场对光发射的直接影响。manbet手机版他观察到一个复杂的谱线分裂和多普勒频移依赖于发射器的速度。manbet手机版斯塔克获得了1919年的物理学奖。

manbet手机版有了这个背景,就有可能为原子建立详细的模型。原子是自古以来作为概念存在的物体,但在经典物理学中或多或少被认为是无结构的。manbet手机版从上个世纪中叶起,就已经有了丰富的经验材料,其形式是由不同种类的原子在可见领域发射的特征谱线,除此之外,还加上了由科学家发现的特征x射线辐射manbet手机版查尔斯·g·Barklamanbet手机版(1917年物理学奖,1918年颁发),这是在澄清了这种辐射的波的性质和它的衍射manbet手机版马克斯·冯·劳厄manbet手机版(1914年获得物理学奖),也成为研究原子内部结构的重要信息来源。

manbet手机版Barkla的特征x射线是二次射线,针对每一种暴露在x射线管辐射下的元素(但与样品的化学形式无关)。manbet手机版卡尔·曼恩·g·西格班manbet手机版他意识到,测量所有元素的特征x射线光谱将系统地显示从轻元素到重元素时,电子壳层是如何连续增加的。manbet手机版为此,他设计了高度精确的光谱仪,通过它可以确定不同壳层之间的能量差异,以及它们之间的辐射跃迁规则。manbet手机版1924年,他获得了物理学奖(1925年颁发)。manbet手机版然而,事实证明,要想对原子结构有更深刻的理解,就需要与经典物理学的惯常概念有更大的不同,这超出了任何人的想象。

manbet手机版经典物理学假设运动和能量的获得或损失是连续的。manbet手机版那么,为什么原子发出的辐射具有尖锐的波长呢?manbet手机版在这里,一条平行线的发展,同样起源于19世纪末的物理学,为解释提供了重要的线索。manbet手机版威廉•维恩manbet手机版研究了来自热固体的“黑体”辐射(与来自气体中的原子的辐射相比,它具有连续的频率分布)。manbet手机版利用经典的电动力学,他推导出了当黑体的温度发生变化时,这种辐射的频率分布和最大强度波长的移动的表达式(如在确定太阳温度时有用的维恩位移定律)。manbet手机版1911年,他被授予物理学奖。

manbet手机版然而,维恩无法推导出与实验结果一致的长短波长的分布公式。manbet手机版这个问题一直无法解释,直到manbet手机版马克斯K.E.L.普朗克manbet手机版提出了他的激进的新观点,辐射能量只能以量子的形式发射,即具有一定确定值的部分,短波比长波长大(等于一个常数)manbet手机版hmanbet手机版乘以每个量子的频率)。manbet手机版这被认为是量子物理学的诞生。manbet手机版维恩在1911年获得了物理学奖,几年后,在1918年获得了普朗克物理学奖(颁发于1919年)。manbet手机版光以能量量子的形式出现的重要验证也通过了manbet手机版阿尔伯特·爱因斯坦manbet手机版他对光电效应的解释(1887年由赫兹首次观察到)也涉及到对普朗克理论的扩展。manbet手机版爱因斯坦于1921年获得物理学奖(颁发于1922年)。manbet手机版获奖的动机还提到了他的其他“对理论物理学的贡献”,这将在另一个背景下提及。

manbet手机版以后的实验manbet手机版詹姆斯·弗兰克manbet手机版而且manbet手机版古斯塔夫·l·赫兹manbet手机版证明了光电效应的反面(即,一个电子撞击一个原子,必须有一个特定的最小能量才能产生特定能量的光量子),并证明了普朗克关于这个常数的表达式的一般有效性manbet手机版hmanbet手机版.manbet手机版弗兰克和赫兹共同获得了1926年颁发的1925年诺贝尔奖。manbet手机版大约在同一时间,manbet手机版阿瑟·h·康普顿manbet手机版(1927年物理学奖一半获得者)研究了x射线光子散射在物质粒子上的能量损失,发现能量比光大1万倍以上的x射线量子也遵循同样的量子规律。manbet手机版另一半给了manbet手机版查尔斯·威尔逊顶替manbet手机版(见后文),他们用来观测高能散射事件的装置可以用来验证康普顿的预测。

manbet手机版以能量量子化的概念为背景,为进一步探索微物理学的未知世界奠定了基础。manbet手机版就像在他之前的一些著名物理学家一样,manbet手机版尼尔斯·h·d·波尔manbet手机版研究了一张电子绕原子核循环的行星图。manbet手机版他发现,只有当电子在以量子化角动量(普朗克常数的整数单位)为特征的静止轨道上循环时,原子发出的尖锐光谱线才能被解释manbet手机版hmanbet手机版除以manbet手机版2πmanbet手机版)和发射频率manbet手机版vmanbet手机版对应于有能量的辐射的发射manbet手机版高压manbet手机版等于电子量子化能态之间的差。manbet手机版他的建议比普朗克的假设更彻底地背离了经典物理学。manbet手机版尽管波尔的理论只能解释光谱中一些最简单的特征,但人们很快就接受了波尔的方法一定是一个正确的起点,他在1922年获得了物理学奖。

manbet手机版事实证明,要在微观世界的理论描述上取得进一步进展,就必须对辐射和物质(在此之前被认为是形成两个完全不同的类别)的性质进行更深入的讨论。manbet手机版1923年manbet手机版路易·维克多·德布罗意王子manbet手机版提出物质粒子也可能显示波的性质,既然电磁辐射已被证明以光子的形式显示粒子方面。manbet手机版他发展了这种二元论行为的数学表达式,包括后来被称为运动粒子的“德布罗意波长”。manbet手机版早期的实验manbet手机版克林顿j . Davissonmanbet手机版已经表明电子实际上可以表现出类似于波撞击晶体的反射效应,这些实验现在被重复,以验证德布罗意预测的相关波长。manbet手机版之后,manbet手机版乔治·p·汤姆森manbet手机版(儿子manbet手机版j·j·汤姆森manbet手机版)对高能电子穿透薄金属箔的实验进行了改进,结果显示出非常明显的衍射效应。manbet手机版德布罗意在1929年因其理论而获奖,戴维森和汤姆森后来分享了1937年的物理学奖。

manbet手机版剩下的是一种新的、一致的理论,它将取代经典力学,适用于原子现象及其相关辐射。manbet手机版1924-1926年是这一领域的高度发展时期。manbet手机版欧文薛定谔manbet手机版在德布罗意思想的基础上进一步发展,并在1926年初写了一篇关于“作为特征值的量化问题”的基础论文。manbet手机版他创造了所谓的“波动力学”。manbet手机版但在那之前一年,manbet手机版维尔纳·k·海森堡manbet手机版他已经开始研究一种数学上不同的方法,称为“矩阵力学”,通过这种方法,他得到了等价的结果(如后来在Schrödinger上所示)。manbet手机版Schrödinger的和海森堡的新量子力学意味着从根本上背离了原子物体的经典轨道的直观图像,也意味着在同时测量某些量的精度上存在着自然的限制(海森堡的不确定性关系)。

manbet手机版海森堡因量子力学的发展而获得了1932年的物理学奖(颁发于1933年),而Schrödinger在一年后(1933年)与他分享了该奖项manbet手机版保罗点manbet手机版狄拉克manbet手机版.manbet手机版Schrödinger和海森堡的量子力学对于与原子中价电子的“轨道”运动相关的相对较低的速度和能量是有效的,但他们的方程并不满足爱因斯坦关于快速运动粒子的规则所设定的要求(后面会提到)。manbet手机版狄拉克考虑了爱因斯坦狭义相对论的影响,构造了一种修正的形式主义,并表明这种理论不仅包含了与电子的固有自旋相对应的项(因此解释了电子自身的固有磁矩和在原子光谱中观察到的精细结构),而且预测了一种全新粒子的存在,即所谓的质量相同但电荷相反的反粒子。manbet手机版第一个被发现的反粒子,电子的反粒子,是在1932年被观察到的manbet手机版卡尔•安德森manbet手机版并被命名为“正电子”(1936年物理学奖的一半)。

manbet手机版对量子理论发展的其他重要贡献都被后来的诺贝尔奖所表彰。manbet手机版马克斯出生manbet手机版他在数学公式和物理解释方面做出了重要贡献。manbet手机版他获得了1954年物理学奖的一半,因为他在波函数的统计解释方面的工作。manbet手机版沃尔夫冈·泡利manbet手机版他的排他原理(即每个量子态中只能有一个电子)已经建立在波尔的旧量子理论的基础上了。manbet手机版这个原理后来被发现与一般自旋为半整数的粒子的波函数的对称性有关,它将现在称为费米子的粒子与自旋为整数倍的玻色子粒子区别开来manbet手机版h / 2πmanbet手机版.manbet手机版排斥原理在物理学的许多领域都有深远的影响,泡利在1945年获得了诺贝尔物理学奖。狗万世界杯

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manbet手机版QED的这一进展对描述更高能量的现象也非常重要。manbet手机版从量子化场的“真空”状态产生对的概念(既作为虚拟过程,也作为粒子的真实物化),也是现代强相互作用场论——量子色动力学(QCD)的核心组成部分。

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manbet手机版微观世界和macrocosmos

manbet手机版《从经典物理学到量子物理学》带领我们从日常经验中所见的宏观世界的现象,到原子、电子和原子核的量子世界。manbet手机版以原子为起点,进一步深入亚原子微观世界及其最小的已知成分,现在将由其他诺贝尔奖得主的工作来说明。

manbet手机版早在20世纪上半叶,人们就已经认识到,对新粒子和相互作用的微观宇宙的进一步探索,对于理解我们宇宙的非常大的结构,即“宏观宇宙”的组成和进化历史也是必要的。manbet手机版在目前阶段,基本粒子物理学、天体物理学和宇宙学紧密地联系在一起,这里将介绍几个例子。

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manbet手机版有了中子和质子作为原子核的基本组成单元,“核物理”的分支就可以建立起来,它的几项主要成就都获得了诺贝尔奖。manbet手机版欧内斯特·o·劳伦斯manbet手机版他在1939年获得了物理学奖,建造了第一个回旋加速器,通过向在磁场中循环的粒子连续添加少量能量来实现加速。manbet手机版利用这些机器,他能够将带电的核粒子加速到可以诱发核反应的高能,并获得了重要的新结果。manbet手机版约翰·d·科克罗夫特爵士manbet手机版而且manbet手机版欧内斯特·t。s。沃尔顿manbet手机版相反,通过直接施加非常高的静电电压加速粒子,并在1951年因其对元素嬗变的研究而获得奖励。

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manbet手机版早在1912年,它就被发现了manbet手机版维克多·f·赫斯manbet手机版(他在1936年获得了诺贝尔物理学奖的一半,另一半授予了卡尔·d·安德森),认为高穿透性辐射也不断地从外太空到达我们身边。manbet手机版这种“宇宙辐射”首先被电离室探测到,后来被前面提到的威尔逊云室探测到。manbet手机版从施加强磁场时产生的弯曲粒子轨迹可以推断出宇宙辐射中粒子的性质。manbet手机版c·d·安德森就是用这种方法发现了正电子。manbet手机版安德森和manbet手机版帕特里克硕士Blackettmanbet手机版表明电子正电子对可以通过manbet手机版ymanbet手机版射线(需要光子能量至少等于manbet手机版2 mec2manbet手机版),电子和正电子可以湮灭,产生manbet手机版光线,因为它们消失了。manbet手机版1948年,布莱克特因其对云室的进一步发展和发现而获得物理学奖。

manbet手机版尽管加速器得到了进一步的发展,但在接下来的几十年里,宇宙辐射仍然是高能粒子的主要来源(在这方面仍然超过了地球上最强大的加速器,尽管强度极低),它提供了对一个完全未知的亚核世界的第一次一瞥。manbet手机版1937年发现了一种叫做介子的新粒子,其质量大约是电子的200倍(但比质子轻10倍)。manbet手机版在1946年,manbet手机版塞西尔·鲍威尔manbet手机版澄清了情况,表明实际上存在不止一种这样的粒子。manbet手机版其中一个是"manbet手机版πmanbet手机版介子”衰变为另一个介子manbet手机版“µmanbet手机版介子”。manbet手机版鲍威尔于1950年被授予物理学奖。

manbet手机版那时,理论家们已经在推测使质子和中子在原子核中保持在一起的力。manbet手机版秀树汤川manbet手机版在1935年提出,这种“强大”的力应该由交换粒子携带,就像在新的量子场论中假设电磁力是由虚拟光子的交换携带一样。manbet手机版汤川坚持认为,这样的粒子必须有大约200个电子质量,才能解释实验中发现的强作用力的短范围。manbet手机版鲍威尔的manbet手机版πmanbet手机版人们发现介子具有充当“汤川粒子”的适当性质。manbet手机版而另一方面,“粒子”则被证明具有完全不同的性质(它的名字后来从“manbet手机版µmanbet手机版介子”到“子”)。manbet手机版汤川于1949年获得物理学奖。manbet手机版虽然后来的进展表明,强力机制比汤川所描述的要复杂得多,但他仍然必须被认为是第一个将力载体思想引向这一富有成果的方向的人。

manbet手机版在20世纪50年代,在宇宙辐射以及与加速粒子的碰撞中发现了更多的新粒子。manbet手机版到50年代末,加速器的能量可以达到几GeV (10manbet手机版9manbet手机版电子伏),这意味着可以通过能量-质量转换产生质量等于质子质量的粒子对。manbet手机版这是团队使用的方法manbet手机版欧文张伯伦manbet手机版而且manbet手机版埃米利奥·塞格雷manbet手机版当时他们在1955年首次发现并研究了反质子(他们共同获得了1959年的物理学奖)。manbet手机版高能加速器也使得质子和中子的结构研究比以前更细致manbet手机版罗伯特·霍夫施塔特manbet手机版能够通过观察核子如何散射高能电子来分辨核子的电磁结构细节。manbet手机版1961年,他获得了物理学奖的一半。

manbet手机版新的介子和它们各自的反粒子一个接一个地出现,如同在照相板上或在电子粒子探测器上的轨迹。manbet手机版早在20世纪30年代,泡利就以理论为基础预测了“中微子”的存在。manbet手机版关于中微子的第一个直接实验证据是由C. L. Cowan和manbet手机版弗雷德里克·莱因斯manbet手机版但直到1995年,这一发现才被授予一半的诺贝尔奖(考恩于1984年去世)。狗万世界杯manbet手机版中微子是涉及“弱”相互作用(如manbet手机版βmanbet手机版腐蚀和manbet手机版πmanbet手机版介子衰变为μ子),随着粒子束强度的增加,从加速器中产生次级中微子束成为可能。manbet手机版利昂·m·莱德曼manbet手机版,manbet手机版梅尔文施瓦茨manbet手机版而且manbet手机版杰克·斯坦伯格manbet手机版在20世纪60年代发展了这种方法,并证明了伴随中微子在manbet手机版πmanbet手机版衰变与电子的衰变并不相同manbet手机版βmanbet手机版衰变;manbet手机版它们是两种不同的粒子,manbet手机版vumanbet手机版而且manbet手机版已经manbet手机版.

manbet手机版物理学家现在可以开始区分粒子之间的某种顺序:电子(manbet手机版emanbet手机版)、介子(manbet手机版µmanbet手机版)、电子中微子(manbet手机版已经manbet手机版)、μ子中微子(manbet手机版vumanbet手机版)和它们的反粒子被发现属于一类,称为“轻子”。manbet手机版它们不受“强”核力的作用,而“强”核力是质子、中子、介子和超子(一组比质子重的粒子)的特征。manbet手机版轻子类在20世纪70年代后期得到扩展manbet手机版马丁·l·Perlmanbet手机版他的团队发现manbet手机版τmanbet手机版轻子,相对于电子和μ子更重。manbet手机版Perl与Reines共同获得了1995年的物理学奖。

manbet手机版所有的轻子仍然被认为是真正基本的,即点状的,没有内部结构,但对于质子等,这不再是正确的。manbet手机版穆雷盖尔manbet手机版其他人成功地将强相互作用粒子(称为“强子”)按共同的关系和相互作用方式分类。manbet手机版盖尔曼于1969年获得物理学奖。manbet手机版他的系统学是基于这样一个假设:它们都是由更基本的成分——夸克构成的。manbet手机版核子是由类似夸克的物体形成的真正证据来自于manbet手机版杰罗姆·弗里德曼。manbet手机版,manbet手机版亨利·w·肯德尔manbet手机版而且manbet手机版理查德·e·泰勒manbet手机版.manbet手机版当他们研究电子(其能量比霍夫施塔特早期使用的还要高)如何非弹性地分散在这些物体上时,他们“看到”了这些物体内部的坚硬颗粒。manbet手机版1990年,他们共同获得了物理学奖。

manbet手机版大家都知道,所有强相互作用的粒子都是由夸克构成的。manbet手机版在20世纪70年代中期,一种非常短命的粒子,由manbet手机版伯顿里克特manbet手机版而且manbet手机版塞缪尔·贝Tingmanbet手机版被发现含有一种迄今为止未知的夸克,被命名为“魅力”。manbet手机版这个夸克是基本粒子系统学中缺失的一环,伯顿和丁分享了1976年的物理学奖。manbet手机版目前的粒子物理标准模型将粒子分为三个家族,每个家族有两个夸克(和它们的反粒子)和两个轻子:“上”夸克和“下”夸克,第一家族是电子和电子-中微子;manbet手机版第二种是“奇异”夸克和“迷人”夸克,介子和介子中微子;manbet手机版“顶部”和“底部”夸克,第三个夸克中的牛子和tau中微子。manbet手机版复合电-弱相互作用的力载体是光子、z粒子和w玻色子,而夸克之间的强相互作用的力载体是所谓的胶子。

manbet手机版1983年,W和z粒子的存在被证明manbet手机版卡罗•鲁manbet手机版该团队使用了一种新的质子-反质子对撞机,具有足够的能量来产生这些非常重的粒子。manbet手机版Rubbia与manbet手机版西蒙·范德米尔manbet手机版他发明了粒子的“随机冷却”,对对撞机的建造做出了决定性的贡献。manbet手机版有人推测,在比现有加速器能达到的更高的能量下,可能会产生更多的粒子,但到目前为止还没有产生实验证据。

manbet手机版宇宙学是研究宇宙的结构和演化以及宇宙中大规模物体的科学。manbet手机版它的模型是基于已知基本粒子的特性及其相互作用,以及时空和引力的特性。manbet手机版“大爆炸”模型描述了宇宙早期演化的一种可能情景。manbet手机版其中一个预测被实验证实了manbet手机版阿诺a·彭齐亚斯manbet手机版而且manbet手机版Robert w .威尔逊manbet手机版1960年发现了宇宙微波辐射背景。manbet手机版他们分享了1978年物理学奖的一半奖金。manbet手机版这种辐射是被认为发生在大爆炸早期的剧烈过程的余辉。manbet手机版它的平衡温度在目前宇宙的年龄是3开尔文。manbet手机版当从不同的方向观察时,它几乎是一致的;manbet手机版现在人们正在研究与各向同性的微小偏差,这将告诉我们更多关于宇宙早期历史的信息。

manbet手机版外层空间被比作粒子相互作用的大舞台,在那里,实验室无法达到的极端条件会自动产生。manbet手机版粒子可能被加速到比地球上任何加速器都高的能量,核聚变反应在恒星内部扩散,引力可以将粒子系统压缩到极高的密度。manbet手机版汉斯·a·贝特manbet手机版首先描述了氢和碳循环,在这个循环中,恒星中的能量通过质子与氦核的聚变而释放出来。manbet手机版由于这一成就,他在1967年获得了物理学奖。

manbet手机版Subramanyan钱德拉塞卡manbet手机版从理论上描述了恒星的演化,特别是那些最终成为“白矮星”的恒星。manbet手机版在某些条件下,最终产物也可能是一颗“中子星”,一种极其致密的物体,所有的质子都转化为中子。manbet手机版在超新星爆炸中,恒星演化过程中产生的重元素扩散到太空中。manbet手机版恒星和重元素形成中一些最重要的核反应的细节被阐明manbet手机版威廉·a·福勒manbet手机版无论是在理论上还是在使用加速器的实验中。manbet手机版福勒和钱德拉塞卡分别获得了1983年物理学奖的一半。

manbet手机版可见光和宇宙背景辐射并不是从外太空到达我们的电磁波的唯一形式。manbet手机版在较长的波长下,射电天文学提供了光学光谱学无法获得的天体信息。manbet手机版马汀爵士Rylemanbet手机版开发了一种方法,将来自几个分开的望远镜的信号结合起来,以提高天空射电源图的分辨率。manbet手机版安东尼Hewishmanbet手机版他的团队在1964年使用赖尔望远镜有了一个意想不到的发现:一些被称为脉冲星的未知物体以非常明确的重复频率发射射频脉冲。manbet手机版它们很快被确认为中子星,就像快速旋转的灯塔发射无线电波,因为它们也是强大的磁铁。manbet手机版赖尔和休伊什在1974年共同获得了物理学奖。

manbet手机版到1974年,对脉冲星的搜寻在射电天文学家中已经是家常便饭,但在同一年的夏天,一个新的惊喜出现了manbet手机版拉塞尔·a·赫尔斯manbet手机版而且manbet手机版小约瑟夫·h·泰勒manbet手机版注意到一颗新发现的脉冲星PSR 1913+16的脉冲频率有周期性的变化。manbet手机版这是探测到的第一颗双脉冲星,之所以这样命名,是因为这颗发射中子星碰巧是一个近双星系统的组成部分之一,另一个组成部分大小差不多。manbet手机版该系统通过20多年的观测,首次提供了引力辐射的具体证据。manbet手机版其旋转频率的下降与基于爱因斯坦理论的预测非常接近,这是由于这种辐射造成的损失。manbet手机版赫尔斯和泰勒共同获得了1993年的物理学奖。manbet手机版然而,直接探测地球上的引力辐射仍然需要进行。

manbet手机版从简单到复杂的系统

manbet手机版如果基本粒子的所有特性以及它们之间可能起作用的力的每一个细节都被知道,那么就有可能预测所有由这些粒子组成的系统的行为吗?manbet手机版对大自然的终极组成部分以及对它们相互作用(在宏观和微观尺度上)的恰当理论描述的探索,在一定程度上是受到了这种简化主义计划的推动。manbet手机版即使在原则上,也不是所有的科学家都同意这种合成是可能的。manbet手机版但即使这是真的,当系统中粒子和相互作用的数量增加时,对复杂系统行为的计算也将很快不可能处理。manbet手机版因此,复杂的多粒子系统是用简化模型来描述的,其中只使用它们的粒子组成和相互作用的最基本特征作为起点。manbet手机版通常情况下,我们观察到,复杂系统会发展出被称为“涌现属性”的特征,而这些特征不能直接从其组成部分之间的基本相互作用中预测出来。

manbet手机版原子核

manbet手机版从还原论者的观点来看,第一个复杂系统是核子,即由夸克和胶子组成的中子和质子。manbet手机版第二种是原子核,近似地说,原子核是由独立的核子组成的。manbet手机版第一个先进的核结构模型是核壳层模型,由Maria goeppt - mayer和Johannes D. Jensen在20世纪40年代末提出,他们意识到至少对于接近球形的原子核,外层的核子会像原子中的电子一样充满能级。manbet手机版然而,顺序是不同的;manbet手机版它是由另一种共同势和核力的特殊强自旋-轨道耦合所决定的。manbet手机版他们的模型解释了为什么拥有所谓的质子或中子“神奇数字”的原子核特别稳定。manbet手机版他们与尤金·维格纳(Eugene Wigner)共同获得了1963年的物理学奖,后者提出了在核物理学和粒子物理学中都很重要的基本对称原理。

manbet手机版原子核的核子数与神奇的核子数相差甚远,它就不是球形的。manbet手机版尼尔斯·玻尔已经用液滴模型研究了这种可能呈椭球形状的变形核,并在1939年发现,某些强烈变形核的激发可能导致核裂变,即这种核分裂成两个重碎片。manbet手机版奥托·哈恩manbet手机版由于发现了这个新过程,他于1944年(1945年)获得了化学奖。manbet手机版变形核的非球形形状允许新的集体转动自由度,核子的集体振动也是如此。manbet手机版描述这种原子核激发的模型是由詹姆斯·拉特、阿吉·玻尔(尼尔斯·玻尔之子)和本·莫特尔森开发的,他们共同获得了1975年的物理学奖。

manbet手机版上面提到的核模型,不仅基于一般的指导原则,而且基于核光谱学稳步增加的信息。manbet手机版哈罗德·c·尤里manbet手机版发现了氢的重同位素氘,并因此获得了1934年的化学奖。manbet手机版上一节提到的费米、劳伦斯、科克罗夫特和沃尔顿发明了生产不稳定核同位素的方法。manbet手机版他们将核同位素图扩展到最重的元素,manbet手机版埃德温·m·麦克米兰manbet手机版而且manbet手机版格伦·t . Seaborgmanbet手机版再次被授予化学奖(1951年)。manbet手机版在1954年,manbet手机版沃尔特博特manbet手机版获得了物理学奖的一半,另一半被授予了manbet手机版马克斯出生manbet手机版前面提到的。manbet手机版Bothe发明了符合法,使光谱学家能够从核的衰变中选择一般相关的核辐射序列。manbet手机版这被证明是重要的,特别是对于原子核的激发态及其电磁特性的研究。

manbet手机版原子

manbet手机版当被认为是多体系统时,原子的电子壳层比原子核更容易处理(原子核实际上不仅包含质子和中子,还包含更多其他短命的“虚”粒子)。manbet手机版这是由于电磁力与使原子核聚集在一起的“强”力相比,电磁力既弱又简单。manbet手机版通过Schrödinger、海森堡和泡利发展的量子力学,以及狄拉克的相对论扩展,可以合理地描述原子电子的主要性质。manbet手机版然而,一个长期存在的问题仍然存在,即在考虑了正核的主要吸引力之后,如何解决与电子之间相互作用有关的数学问题。manbet手机版其中一个方面在最近的化学奖得主之一(1998年)的工作中得到了解决,manbet手机版沃尔特•科恩manbet手机版.manbet手机版他发展了“密度泛函”方法,既适用于自由原子,也适用于分子和固体中的电子。

manbet手机版在20世纪初,元素周期表还没有完成。manbet手机版诺贝尔奖的早期历史包括发现一些当时缺失的元狗万世界杯素。manbet手机版瑞利勋爵(约翰·威廉·斯特拉特饰)manbet手机版当直接从我们周围的空气中提取氧和氮样本,而不是将它们与化合物分离时,注意到相对原子质量的异常。manbet手机版他的结论是,大气中一定含有一种迄今为止未知的成分,即原子质量为20的元素氩。manbet手机版1904年他被授予物理学奖,同年manbet手机版威廉·拉姆齐爵士manbet手机版因分离氦元素而获得化学奖。

manbet手机版在20世纪下半叶,原子光谱学有了惊人的发展,人们可以测量在微波和光学范围内原子或分子状态之间的跃迁。manbet手机版阿尔弗雷德·卡斯特勒manbet手机版(他在1966年获得了物理学奖)和他的同事在20世纪50年代证明,利用偏振光,原子中的电子可以被放入特定的激发态中。manbet手机版在辐射衰变之后,这也会导致基态原子自旋的方向。manbet手机版随后无线电频率跃迁的产生,为更详细地测量原子中电子量子化态的性质提供了可能性。manbet手机版一条平行线导致了微波激射器和激光的发明,它们分别基于强微波场和光场中“受激辐射的放大”(从理论上讲,这些效应可以从1917年制定的爱因斯坦方程中预测到,但直到20世纪50年代早期才进行实际讨论)。

manbet手机版查尔斯·h·汤斯manbet手机版1958年研制出了第一台脉泽机。manbet手机版麦泽原理的理论工作是由manbet手机版尼科莱·g·Basovmanbet手机版而且manbet手机版亚历山大·m·普罗霍罗夫manbet手机版.manbet手机版第一个脉泽器利用氨分子中的受激跃迁。manbet手机版它发射出强烈的微波辐射,与自然发射器不同的是,它是相干的(即所有光子都是相的)。manbet手机版它的频率锐度很快使它成为技术上的重要工具,用于计时和其他用途。manbet手机版汤斯获得了1964年物理学奖的一半,巴索夫和普罗霍洛夫分享了另一半。

manbet手机版对于光学范围内的辐射,激光后来在几个实验室中发展起来。manbet手机版尼古拉斯克·布洛姆伯根manbet手机版而且manbet手机版阿瑟·l·Schawlowmanbet手机版1981年因其在原子和分子的精确激光光谱方面的工作而获奖。manbet手机版那一年的另一半奖金被授予manbet手机版凯·m·西格巴恩manbet手机版(Manne Siegbahn之子),他开发了另一种原子和分子光谱的高精度方法,该方法基于内部电子壳在受到具有明确能量的x射线撞击时发射的电子。manbet手机版他的光谱学和俄歇电子能谱学被用作物理和化学其他几个领域的分析工具。

manbet手机版原子电子和电磁场之间受控的相互作用继续提供了关于原子中电子状态结构的更详细的信息。manbet手机版诺曼·f·拉姆齐manbet手机版根据原子束中的自由原子对外界射频信号的响应,发展了精确的方法manbet手机版沃尔夫冈•保罗manbet手机版发明了原子“陷阱”,由作用在样品体积上的电场和磁场组合而成。manbet手机版汉斯·g·Dehmeltmanbet手机版他的团队是第一个在这样的阱中分离单个粒子(正电子)和单个原子的团队。manbet手机版这是第一次,实验者可以通过微波和激光信号与单个原子“交流”。manbet手机版这使量子力学行为的新方面的研究成为可能,并进一步提高了原子性质的精确度和时间标准的设定。manbet手机版保罗和德梅尔特获得了1989年的物理学奖,另一半被授予了拉姆齐。

manbet手机版这一发展的最新进展涉及到将原子在阱中的运动减慢到一定程度,如果它们在气体中处于热平衡状态,它将对应于微开尔文温度。manbet手机版这是通过将他们暴露在“激光冷却”通过一套巧妙的方案设计和实施的实践manbet手机版朱棣文(Steven Chu)manbet手机版,manbet手机版克劳德Cohen-Tannoudjimanbet手机版而且manbet手机版威廉·d·菲利普斯manbet手机版他的研究小组通过与激光光子碰撞来操纵原子。manbet手机版他们的工作获得了1997年的物理学奖,除了提高原子量测定的精度外,还有望在一般测量技术中得到重要的应用。

manbet手机版分子和等离子体

manbet手机版分子是由原子组成的。manbet手机版当被认为是多体系统时,它们形成了下一个层次的复杂性。manbet手机版但是分子现象传统上被看作是化学的一个分支(例如1936年的化学奖)manbet手机版Petrus J.W.德拜manbet手机版),而且很少成为诺贝尔物理学奖的焦点。manbet手机版一个例外是工作的认可manbet手机版Johannes Diderik van der Waalsmanbet手机版他建立了气体中分子的状态方程,考虑到分子之间的相互作用以及由于分子的体积有限而导致的自由体积减小。manbet手机版范德华斯方程是描述气体凝结成液体的一个重要起点。manbet手机版他获得了1910年的物理学奖。manbet手机版琼b佩兰manbet手机版他研究悬浮在水中的小粒子的运动,并获得1926年的物理学奖。manbet手机版他的研究证实了爱因斯坦关于布朗运动的统计理论,以及在重力影响下悬浮粒子平衡的规律。

manbet手机版在1930年,manbet手机版C.文卡塔·拉曼爵士manbet手机版他发现从分子中散射出来的光含有相对于入射的单色光在频率上发生变化的成分,因此获得了物理学奖。manbet手机版这些变化是由分子在改变其旋转或振动运动时获得或失去特征量的能量引起的。manbet手机版拉曼光谱很快成为研究分子结构和动力学的重要信息来源。

manbet手机版等离子体是一种气体状态的物质,其中原子或分子被强烈电离。manbet手机版正离子之间和离子与自由电子之间的相互电磁力起着主要作用,这增加了与中性原子或分子气体的情况相比的复杂性。manbet手机版汉斯·阿尔芬manbet手机版在20世纪40年代证明了一种新型的集体运动,称为“磁流体动力波”,可以在这样的系统中出现。manbet手机版在实验室、地球大气和宇宙中,这些波对等离子体的行为起着至关重要的作用。manbet手机版Alfvén获得了1970年物理学奖的一半。

manbet手机版凝聚态

manbet手机版晶体的特征是原子排列有规律。manbet手机版x射线被发现后不久,它就被发现了manbet手机版马克斯·冯·劳厄manbet手机版这样的光线在穿过晶体固体时发生衍射,就像光穿过光学光栅一样。manbet手机版这种效应与这样一个事实有关:普通x射线源的波长恰好与这些材料中原子之间的典型距离一致。manbet手机版它最初是由manbet手机版威廉·亨利·布拉格爵士manbet手机版而且manbet手机版威廉·劳伦斯布喇格manbet手机版(父子)测量原子间的距离,分析简单晶体中原子的几何排列。manbet手机版由于他们在x射线晶体学(后来发展到高度复杂)方面的开创性工作,他们获得了诺贝尔物理学奖;狗万世界杯manbet手机版劳在1914年,布拉格夫妇在1915年。

manbet手机版在普遍的温度和压力条件下,原子可以以各种不同的方式组织成某种固体,晶体结构是其中最稳定的。manbet手机版在1930年代manbet手机版珀西·w·布里奇曼manbet手机版发明了一种装置,通过这种装置可以对不同的固体材料施加非常高的压力,并研究它们的晶体、电、磁和热性能的变化。manbet手机版许多晶体在这种极端的情况下会发生相变,在某些定义良好的压力下,它们原子的几何排列会发生突变。manbet手机版由于在高压物理领域的发现,布里奇曼于1946年获得了物理学奖。

manbet手机版20世纪40年代,通过裂变反应堆的发展,实验人员获得了大量低能中子。manbet手机版人们发现,这些中子就像x射线一样,对晶体结构的测定很有用,因为它们相关的德布罗意波长也在固体中典型的原子间距离范围内。manbet手机版克利福德·g·Shullmanbet手机版对中子衍射晶体结构测定技术的发展作出了重要贡献,并说明了在有序磁性材料中,原子上的磁矩的规则排列可以产生中子衍射图形,为磁性结构测定提供了一种新的有力工具。

manbet手机版1994年,Shull获得了物理学奖manbet手机版伯特伦n Brockhousemanbet手机版他专门研究中子在凝聚态材料上散射的另一个方面:当中子激发晶格中的振动模式(声子)时,产生的小能量损失。manbet手机版为此,Brockhouse开发了三轴中子谱仪,通过它可以得到完整的色散曲线(声子能量作为波向量的函数)。manbet手机版类似的曲线也可以记录在磁晶格(马侬模)中的振动。

manbet手机版约翰·h·范·弗莱克manbet手机版在量子力学创立后的几年里,他对凝聚态磁性理论做出了重大贡献。manbet手机版他计算了化学结合对顺磁性原子的影响,并解释了温度和外加磁场对顺磁性的影响。manbet手机版特别是,他提出了晶体场效应对过渡金属化合物磁性的影响理论,这一理论对于理解化合物中活性中心在激光物理和生物分子中的作用具有重要意义。manbet手机版1977年,他与manbet手机版菲利普•w•安德森manbet手机版而且manbet手机版内维尔·f·莫特爵士manbet手机版(见下文)。

manbet手机版磁原子的矩可以在每个域(铁磁性)中都以相同的方向排列,具有相同大小的交替“上”和“下”矩(简单的反铁磁体),或者具有更复杂的模式,包括不同的磁子晶格(铁磁体等)。manbet手机版路易E.F.奈尔manbet手机版介绍了描述反铁磁和铁磁材料的基本模型,它们是许多固态器件的重要组成部分。manbet手机版前面提到的中子衍射技术已经对它们进行了广泛的研究。manbet手机版Néel在1970年获得了物理学奖的一半。

manbet手机版晶体固体中原子的几何次序和不同种类的磁次序,是自然界中一般次序现象的例子,当系统通过选择某种对称状态找到一个能量上有利的排列时。manbet手机版当接近不同对称状态之间的跃迁时(例如当温度改变时),发生的临界现象对不同类型的跃迁具有高度的普遍性,包括磁性的跃迁。manbet手机版肯尼斯·g·威尔逊manbet手机版他在1982年获得了物理学奖,为与相变有关的临界现象发展了所谓的重整化理论,该理论也应用于粒子物理学的某些场论中。

manbet手机版液晶是一类特殊的材料,从凝聚态基本相互作用的角度和从技术应用的角度来看,液晶显示出许多有趣的特征。manbet手机版Pierre-Gilles de坚涅manbet手机版发展了液晶的行为理论及其在不同有序相(向列相、近晶相等)之间的跃迁。manbet手机版他还使用统计力学来描述聚合物链的排列和动力学,从而表明为简单体系中有序现象而开发的方法可以推广到发生在“软凝聚态”中的复杂体系中。manbet手机版因此,他在1991年获得了物理学奖。

manbet手机版另一种受到关注的特殊形式的液体是液氦。manbet手机版在常压下,这种物质在能达到的最低温度下都保持液态。manbet手机版它还显示了巨大的同位素效应,因为manbet手机版4他manbet手机版在4.2 K凝结成液体,而更稀有的同位素manbet手机版3他manbet手机版在3.2 K以下仍以气态形式存在。manbet手机版氦最初是由manbet手机版Heike Kamerlingh-Onnesmanbet手机版在1909年。manbet手机版1913年,他因生产液氦和对低温下物质性质的研究而获得物理学奖。manbet手机版列弗·d·兰道manbet手机版阐述了凝聚态中多体效应的基本概念(如“朗道液体”),并将其应用于液氦理论,解释了凝聚态中发生的特定现象manbet手机版4他manbet手机版例如超流(见下文),“旋转”激励,以及某些声学现象。manbet手机版1962年,他被授予物理学奖。

manbet手机版一些用于低温现象产生和研究的实验技术是由manbet手机版Pyotr l . Kapitsamanbet手机版在20世纪二三十年代。manbet手机版他研究了液体的许多方面manbet手机版4他manbet手机版表明在2.2 K以下为超流体(即无摩擦流动)。manbet手机版超流体态后来被理解为玻色-爱因斯坦型凝聚态(1920年理论预测)中宏观量子相干的表现,具有许多与某些导体中电子的超导态相同的特征。manbet手机版卡皮察获得了1978年物理学奖的一半。

manbet手机版在液体manbet手机版3他manbet手机版,额外的,独特的现象出现,因为每一个manbet手机版他manbet手机版原子核的自旋不为零manbet手机版4他manbet手机版.manbet手机版因此,它是费米子类型的粒子,不应该能够参与玻色-爱因斯坦凝聚,这只对玻色子有效。manbet手机版然而,就像在超导中(见下文),自旋半粒子对可以形成“准玻色子”,它可以凝结成超流体相。manbet手机版超流态的manbet手机版3他manbet手机版它的转变温度比液体的转变温度降低了千分之一manbet手机版4他manbet手机版,是由manbet手机版David m .李manbet手机版,manbet手机版道格拉斯·d·Osheroffmanbet手机版而且manbet手机版罗伯特·c·理查森manbet手机版他于1996年获得了物理学奖。manbet手机版他们观察到三种不同的超流体相,显示出复杂的涡旋结构和有趣的量子行为。

manbet手机版凝聚态中的电子可以像绝缘体一样定位在各自的原子中,也可以像导体和半导体一样在原子位点之间自由移动。manbet手机版在20世纪初,人们知道金属在加热到高温时会发射电子,但不清楚这是否仅仅是因为电子的热激发,还是与周围气体的化学相互作用也有关系。manbet手机版通过在高真空中进行的实验,manbet手机版欧文•理查森(george w . bush)manbet手机版最终确定了电子发射是一种纯粹的热离子效应,并建立了基于电子在金属中的速度分布的定律。manbet手机版因此,理查森在1928年获得了物理学奖(颁发于1929年)。

manbet手机版电子结构决定了固体的电、磁和光学性质,也对它们的机械和热行为起着重要作用。manbet手机版测量电子的状态和动力学,并为它们的行为建模,以了解它们如何在各种类型的固体中组织自己,这一直是20世纪物理学家的主要任务之一。manbet手机版电子行为最出人意料和极端的表现自然引起了固态物理学家的极大兴趣。manbet手机版这也反映在诺贝尔物理学奖上:一些奖项被授予与超导性有狗万世界杯关的发现,以及某些半导体材料中显示的一些非常具体的效应。

manbet手机版早在1911年,kamerling - onnes就发现了超导性。他注意到,当汞被冷却到远低于的转变温度时,其电阻率下降到不到其正常值的十亿分之一manbet手机版Tcmanbet手机版,manbet手机版大约是4k。manbet手机版如前所述,他在1913年获得了物理学奖。manbet手机版然而,要花很长一段时间才能弄清楚为什么电子可以在低温下毫无阻力地在某些导体中流动。manbet手机版但在20世纪60年代初manbet手机版利昂·n·库珀manbet手机版,manbet手机版约翰巴丁manbet手机版而且manbet手机版j .罗伯特Schrieffermanbet手机版提出了一种基于电子对(自旋和运动方向相反)可以降低一定数量能量的理论manbet手机版如manbet手机版当它们移动时,晶格的变形完全相同。manbet手机版这样的“库珀对”充当玻色子粒子。manbet手机版这使得它们可以作为一种连贯的宏观流体运动,只要能量的热激发不受干扰manbet手机版kTmanbet手机版)的能量比能量低manbet手机版如manbet手机版通过配对形成获得。manbet手机版所谓的bcs理论在1972年获得了物理学奖。

manbet手机版这一对量子力学基础理解的突破,推动了超导电路和元件的进一步发展:manbet手机版布莱恩·d·约瑟夫森manbet手机版分析了超导载流子在由一层非常薄的普通导体材料隔开的两种超导金属之间的转移。manbet手机版他发现决定输运特性的量子相是施加在这种结上的电压的振荡函数。manbet手机版约瑟夫森效应在精密测量中有重要的应用,因为它建立了电压和频率尺度之间的关系。manbet手机版约瑟夫森获得了1973年物理学奖的一半。manbet手机版Ivar杰伯manbet手机版他发明并研究了“隧道结”的详细性质,“隧道结”是一种基于超导的电子元件manbet手机版狮子座江崎manbet手机版半导体隧道现象的研究(见下文)。

manbet手机版尽管在kamerling - onnes发现后的前75年里,人们发现了大量新的超导合金和化合物,但似乎超导将永远是一种典型的低温现象,过渡温度的极限将略高于20k。manbet手机版因此,当manbet手机版j . Georg Bednorzmanbet手机版而且manbet手机版k·亚历山大•穆勒manbet手机版表明,在镧铜氧化物中掺杂少量的钡,可以使其具有高达35 K的超导性。manbet手机版此后不久,其他实验室报告说,类似结构的铜的超导强度可达约100 K。manbet手机版“高温超导体”的发现引发了现代物理学中最伟大的努力之一:了解这些非凡材料中超导的基本机制。manbet手机版贝德诺兹和Müller在1987年共同获得了物理学奖。

manbet手机版自量子力学出现以来,对金属正常导电态下的电子运动进行了越来越复杂的理论模拟。manbet手机版早期的主要步骤之一是引入布洛赫波概念,以manbet手机版菲利克斯•布洛赫manbet手机版(1952年磁共振物理学奖的一半)。manbet手机版另一个重要的概念,导体中的“电子流体”,是由列夫·兰道提出的。manbet手机版菲利普·w·安德森(Philip W. Anderson)对金属系统中的电子结构理论做出了几项重要贡献,特别是关于合金中的不均匀性和金属中磁性杂质原子的影响。manbet手机版内维尔·f·莫特研究了固体中电子导电性的一般条件,并制定了当成分或外部参数改变时绝缘体变成导体的点(莫特跃迁)的规则。manbet手机版安德森和莫特与约翰·h·范·弗莱克共同获得1977年物理学奖,以表彰他们对磁性和无序系统电子结构的理论研究。

manbet手机版早期的物理学奖(1920年)授予了manbet手机版查尔斯·e·纪尧姆manbet手机版因为他发现某些镍钢,即所谓的“因瓦”合金的热膨胀几乎为零。manbet手机版该奖项的主要动机是这些合金在物理学和测地学中的精确测量的重要性,特别是在参考巴黎的标准仪表时。manbet手机版因瓦合金已广泛应用于各种高精度机械设备、手表等。manbet手机版这种温度独立性的理论背景直到最近才被解释。manbet手机版最近(1998年),manbet手机版沃尔特•科恩manbet手机版因其处理量子交换相关性的方法而获得诺贝尔化学奖,从而克服了固体和分子中电子结构计算预测能力的重要限制。

manbet手机版在半导体中,电子迁移率大大降低,因为参与传导的电子的能量存在禁区,即“能隙”。manbet手机版只有当人们了解了将超纯硅(以及后来的其他半导体材料)与选定的电子提供剂或电子接受剂掺杂的基本作用后,半导体才可以用作电子工程中的元件。manbet手机版威廉·b·肖克利manbet手机版,manbet手机版约翰巴丁manbet手机版(参见bcs理论)和manbet手机版沃尔特·h·布拉顿manbet手机版对半导体进行了基础研究,并研制出了第一台晶体管。manbet手机版这是“固态电子学”时代的开始。manbet手机版他们共同获得了1956年的物理学奖。

manbet手机版之后,manbet手机版狮子座江崎manbet手机版开发了隧道二极管,一种具有负微分电阻的电子元件,这是一个技术上很有趣的特性。manbet手机版它是由两个沉重的manbet手机版nmanbet手机版而且manbet手机版pmanbet手机版掺杂的半导体,在结的一端有过量的电子,而在另一端有不足的电子。manbet手机版隧穿效应发生在偏置电压大于半导体间隙时。manbet手机版他与布莱恩·d·约瑟夫森共同获得了1973年的物理学奖。

manbet手机版在现代技术的帮助下,可以用不同的半导体材料建立起相互直接接触的、定义明确的薄层结构。manbet手机版有了这种“异质结构”,人们就不局限于由硅和锗等半导体材料提供的带隙了。manbet手机版赫伯特·克罗默从理论上分析了异质结构结中电子和空穴的迁移率。manbet手机版他的主张使晶体管的特性大大改善,后来被称为HEMTs(高电子迁移率晶体管),在今天的高速电子学中非常重要。manbet手机版克罗默还提出,几乎与Zhores I. Alferov同时,使用双异质结构为激光作用提供条件。manbet手机版阿尔费罗夫后来在1970年建造了第一个工作的脉冲半导体激光器。manbet手机版这标志着现代光电子设备时代的开始,现在用于激光二极管、cd播放机、条形码阅读器和光纤通信。manbet手机版Alferov和Kroemer最近分享了2000年物理学奖的一半。manbet手机版另一半奖金由集成电路的共同发明人杰克·s·基尔比(Jack S. Kilby)获得(见下一节物理与技术)。

manbet手机版通过对这种系统施加适当的电极电压,就可以形成“逆反层”,在逆反层中,载流子基本上只在二维空间中移动。manbet手机版这样的层被证明具有一些相当出乎意料和有趣的特性。manbet手机版在1982年,manbet手机版克劳斯·克里青manbet手机版发现了量子化霍尔效应manbet手机版当垂直于准二维层平面施加强磁场时,量子条件是,磁场的增加不会使样品边缘的电压线性增加,而是逐步增加。manbet手机版在这些步骤之间,霍尔电阻是manbet手机版h / ie2manbet手机版,在那里manbet手机版我的manbet手机版是平面上量子化电子轨道对应的整数。manbet手机版由于这为精确测量两个基本常数之间的比值提供了可能,它对测量技术具有重要的意义。manbet手机版冯·克里岑于1985年获得物理学奖。

manbet手机版不久之后,更令人惊讶的事情发生了manbet手机版丹尼尔·c·崔manbet手机版而且manbet手机版霍斯特•l .发怒者manbet手机版利用超高纯度材料中的逆温层对量子霍尔效应进行了精细研究。manbet手机版霍尔效应中不仅出现了一个平台,对应于轨道被1、2、3等电子电荷填充的磁场,也出现了部分电荷对应的磁场!manbet手机版这只能从一种新的量子流体的角度来理解,其中独立的带电电子的运动manbet手机版emanbet手机版被多粒子系统中的激发所取代,该系统的行为(在强磁场中)就像manbet手机版e / 3manbet手机版,manbet手机版e / 5manbet手机版等等。manbet手机版罗伯特·b·劳克林manbet手机版发展了描述这种物质新状态的理论,并与Tsui和Störmer分享了1998年的物理学奖。

manbet手机版有时,在一个物理领域的发现会在截然不同的领域产生重要的应用。manbet手机版与固体物理学相关的一个例子是manbet手机版鲁道夫·l·穆斯堡尔manbet手机版在50年代末,“吸收体”原子中的原子核可以被共振激发manbet手机版ymanbet手机版来自适当选择的“发射”原子的射线,如果两种情况下的原子以一种消除反冲的方式结合。manbet手机版在固体的内部电场和磁场中,核的量子化能量可以被测量出来,因为它们对应于共振的不同位置,共振非常尖锐。manbet手机版这被证明对确定许多物质的电子和磁结构非常重要,Mössbauer获得了1961年物理学奖的一半,R.霍夫施塔特获得了另一半。

manbet手机版物理和技术

manbet手机版到目前为止,本调查中提到的许多发现和理论都对技术设备的发展产生了影响;manbet手机版通过开辟全新的物理学领域,或者通过提供可以建造这类设备的想法。manbet手机版著名的例子是肖克利、巴丁和布拉登的工作,他们发明了晶体管,开启了电子学的革命;汤斯、巴索夫和普罗霍洛夫的基础研究,导致了脉泽和激光的发展。manbet手机版值得一提的是,粒子加速器现在是材料科学和医学几个领域的重要工具。manbet手机版其他获得诺贝尔奖的作品则有更直接的技术动机,或者被证明对通信和信息发展的设备的建设具有特别重要的意义。

manbet手机版早期的物理学奖(1912年)颁发给了manbet手机版尼尔斯·古斯塔夫达伦manbet手机版因为他发明了一种自动“太阳阀”,广泛用于照明信标和光浮标。manbet手机版这是基于反射和黑体的热量辐射的差异:他的装置中有三分之一的双杠变黑了,这导致了在阳光时间里双杠的吸热和长度膨胀的差异。manbet手机版这种效果被用来在白天自动关闭天然气供应,省去了大部分海上维护的需要。

manbet手机版光学仪器和技术已多次成为奖项的主题。manbet手机版在世纪之交,manbet手机版加布里埃尔·李普曼manbet手机版开发了一种利用光的干涉进行彩色摄影的方法。manbet手机版将一面镜子与感光板的乳剂接触,这样当它被照亮时,镜子中的反射就会在乳剂中产生驻波。manbet手机版发展导致银粒分层,当把这样的盘子放在镜子里看时,画面就会以其自然的颜色再现出来。manbet手机版1908年,物理学奖授予了李普曼。manbet手机版不幸的是,李普曼的方法需要很长的曝光时间。manbet手机版它后来被其他摄影技术所取代,但在高质量的全息图中有了新的应用。

manbet手机版在光学显微镜下,它是由manbet手机版熔化泽尼克manbet手机版即使是非常弱的吸收(实际上是透明的)物体,如果它们由具有不同折射率的区域组成,也可以被看到。manbet手机版在泽尼克的“相位对比显微镜”中,可以区分由于这种不均匀性而经历了不同相位变化的光片。manbet手机版这种显微镜对于观察生物样品中的细节尤为重要。manbet手机版泽尼克于1953年获得物理学奖。manbet手机版在1940年代,manbet手机版丹尼斯·伽柏manbet手机版制定了全息摄影的原理。manbet手机版他预测,如果一束入射光被允许干扰空间中二维点阵列反射的辐射,就有可能重现物体的三维图像。manbet手机版然而,这一想法的实现必须等到激光器的发明,激光器可以提供观测这种干涉现象所必需的相干光。manbet手机版Gabor于1971年被授予物理学奖。

manbet手机版电子显微镜术对自然科学的许多领域都产生了巨大的影响。manbet手机版在C. J.戴维森和G. P.汤姆逊阐明电子的波动性质后不久,人们就认识到,与光学显微镜相比,高能电子的短波能大大提高放大倍率和分辨率。manbet手机版恩斯特Ruskamanbet手机版在电子光学方面进行了基础研究,并在20世纪30年代早期设计了第一台电子显微镜。manbet手机版然而,这一成果在50多年后才被诺贝尔奖认可。

manbet手机版拉斯卡获得了1986年物理学奖的一半,而另一半则由两人分享manbet手机版Gerd Binnigmanbet手机版而且manbet手机版Heinrich Rohrermanbet手机版他发明了一种完全不同的方法来获得超高分辨率的图片。manbet手机版他们的方法适用于固体表面,它是基于当金属尖端移动到非常近的距离(约1纳米)时,电子从非常薄的金属尖端隧穿到表面上的原子。manbet手机版通过保持隧道电流恒定,可以使移动的尖端跟随表面的地形,并通过扫描感兴趣的区域获得图像。manbet手机版通过这种方法,可以可视化表面上的单个原子。

manbet手机版无线电通信是20世纪最伟大的技术成就之一。manbet手机版古格里莫·马可尼manbet手机版在19世纪90年代用新发现的赫茨波做实验。manbet手机版他是第一个将振荡器的一个终端连接到地面,另一个连接到一根高高的垂直电线,即“天线”上的人,在接收站也有类似的安排。manbet手机版赫兹最初的实验是在实验室里进行的,而马可尼可以将信号传输扩展到几公里的距离。manbet手机版进一步改进由manbet手机版卡尔。费迪南德。布劳恩manbet手机版(也是“布劳尼管”之父,这是一种早期的阴极射线示波器),他在赫兹振荡器中引入了谐振电路。manbet手机版可调谐性和产生相对无阻尼外向振荡的可能性极大地增加了传输范围,1901年马可尼成功地建立了跨越大西洋的无线电连接。manbet手机版马可尼和布劳恩共同获得了1909年诺贝尔物理学奖。

manbet手机版在这个阶段,人们还不知道无线电波是如何到达遥远的地方(实际上是“在地球的另一边”),只知道它们与光具有相同的性质,在自由空间中以直线传播。manbet手机版爱德华·v·阿普尔顿爵士manbet手机版最后用实验证明了赫维赛德和肯尼利早期提出的无线电波在大气中不同电导的不同层之间反射的建议是正确的解释。manbet手机版阿普尔顿测量了不同波长的直接波和反射波的干涉,可以确定Heaviside的层的高度;manbet手机版此外,他还在更高的一层发现了另一个,至今仍以他的名字命名。manbet手机版1947年,阿普尔顿获得了物理学奖。

manbet手机版原子核和粒子物理学的进展一直高度依赖于先进的技术(有时是技术背后的推动力)。manbet手机版这一点已经在科克罗夫特、沃尔顿和劳伦斯的工作中得到了说明,他们分别开发了线性静电加速器和回旋加速器。manbet手机版高能粒子的探测也是一项技术挑战,它的成功已经获得了多个诺贝尔奖。

manbet手机版1958年物理学奖共同授予manbet手机版帕维尔·a·切伦科夫manbet手机版,manbet手机版Il 'ja m·弗兰克manbet手机版而且manbet手机版Igor y都manbet手机版因为他们发现并解释了切伦科夫效应。manbet手机版这是指当带电粒子的速度超过其运动介质中的光速时,光在带电粒子路径周围以特定开放角的圆锥内发射出来的现象。manbet手机版由于这个锥角可以用来确定粒子的速度,这三位物理学家的工作很快成为富有成果的探测器发展的基础。

manbet手机版参与反应的粒子路径的可视化是正确解释高能事件的必要条件。manbet手机版早期的实验在相对低的能量下使用感光乳剂留下的痕迹。manbet手机版查尔斯·威尔逊顶替manbet手机版开发了一种能让粒子可见的腔室,因为粒子身后会留下电离气体的轨迹。manbet手机版在威尔逊室中,气体突然膨胀,这降低了温度,导致电离点周围的蒸汽凝结;manbet手机版然后在强光下拍摄这些水滴。manbet手机版威尔逊在1927年获得了物理学奖的一半,另一半被授予了阿瑟·h·康普顿。

manbet手机版朝同一方向的进一步发展是在很久以后manbet手机版唐纳德·a·格拉泽manbet手机版发明了“气泡室”。manbet手机版在20世纪50年代,加速器的能量达到20-30 GeV,早期的方法不充分;manbet手机版对于威尔逊室,气体中的路径长度会过大。manbet手机版泡室(通常含有液氢)中的原子核被用作靶,产生的粒子的轨迹可以被跟踪。manbet手机版在工作温度下,液体是过热的,任何间断,如电离区域,立即导致小气泡的形成。manbet手机版作出了重要的改进manbet手机版路易斯·w·阿尔瓦雷斯manbet手机版,特别是关于记录技术和数据分析。manbet手机版他的工作促进了已知基本粒子数量的迅速增加,特别是所谓的“共振”(后来被理解为由夸克和胶子组成的系统的激发态)。manbet手机版格拉泽于1960年获得物理学奖,阿尔瓦雷斯于1968年获得物理学奖。

manbet手机版直到80年代末,气泡室一直是所有高能物理实验室的主力,但后来被电子探测系统所取代。manbet手机版探测器发展的最新进展获得了诺贝尔奖(1992年)manbet手机版乔治Charpakmanbet手机版.manbet手机版他详细研究了气体中的电离过程,并发明了“线室”,这是一种充满气体的探测器,在这个探测器中,密集排列的电线可以接收电离点附近的电信号,通过它可以跟踪粒子的路径。manbet手机版线室及其附属装置,时间投影室和几个大的线室/闪烁体/manbet手机版切伦科夫manbet手机版探测器组合成复杂的系统,使选择性搜索极罕见事件(如重夸克产生)成为可能,这些事件隐藏在其他信号的强背景中。

manbet手机版新千年的第一个诺贝尔奖(2000年)授予了一半manbet手机版杰克·基尔比manbet手机版为当今信息技术奠定基础的成就。manbet手机版1958年,他制造了第一个集成电路,所有的电子元件都建立在一个单一的半导体材料上,后来被称为“芯片”。manbet手机版这为电子电路的小型化和大规模生产开辟了道路。manbet手机版结合前面章节中描述的基于异质结构的组件开发(Alferov和Kroemer分享了另一半奖金),这导致了“it革命”,极大地重塑了我们当前的社会。

manbet手机版进一步的评论

manbet手机版在阅读本调查时,应该记住诺贝尔奖的数量是有限的(根据目前的规则,每年最多可由3人分享一个诺贝尔奖)。manbet手机版到目前为止,已有163名诺贝尔物理学奖得主。manbet手机版通常,在评选过程中,委员会不得不忽略其他几项重要的、“接近诺贝尔奖”的贡献。manbet手机版由于明显的原因,在这次调查中不可能提及其他任何名字和贡献。manbet手机版尽管如此,一个相对连贯的物理学发展的描述,可以在这里建立在诺贝尔奖得主的想法和实验之上,这一事实可以被视为一个证据,证明在这段通往理解我们所居住的世界的迷人旅程中,大多数基本特征都已被诺贝尔物理学奖所涵盖。狗万世界杯


manbet手机版埃里克·b·卡尔松生于1931年。manbet手机版1975-1996年,他是乌普萨拉大学的物理学教授(现已退休)。manbet手机版1978年至1980年,他在日内瓦的欧洲核子研究中心担任科学助理,1989年在格勒诺布尔的约瑟夫·傅里叶(Joseph Fourier)担任教授invité at Université。manbet手机版1982年当选瑞典皇家科学院院士,1987-1998年当选诺贝尔物理学委员会委员(1998年当选主席)。manbet手机版出版物包括:金属物理学中正μ子的使用(1981);manbet手机版由μ子、质子和激发态核看到的固态现象(牛津大学出版社,1995年);manbet手机版《基本量子概念和现象的现代研究》(《世界科学》,1998年),以及许多关于原子核和固体磁性、金属-氢系统、隧穿现象等的文章。

manbet手机版本文作为《诺贝尔奖:头100年》一书的一章发表,该书由阿格内塔·沃林·莱文诺维茨和尼尔斯·林格尔茨主编。狗万世界杯manbet手机版帝国大学出版社manbet手机版而且manbet手机版世界科学出版有限公司。manbet手机版, 2001年。

manbet手机版首次出版于2000年2月9日