人数 国籍 人数 国籍 人数 国籍 人数 77 瑞士 4 奥地利 2 印度 1 22 荷兰 8 加拿大 1 21 俄罗斯 10 日本 4 巴基斯坦 1 10 丹麦 3 中国 2 总计 174 4 意大利 3 波兰 1 统计发现,若以1945年第二次世界大战为届界,分成前45年和后58年,则可以明显看到一个现象:即在前45年中,美国获诺贝尔物理学奖的人数比英国与德国少,美国在这段时间内有8人获得物理学奖,而英国10人,德国11人。这一情况说明,在第二次世界大战以前,自然科学提别是物理学研究的中心在欧洲,尤其是在德国。德国格丁根大学是当时公认的世界理论物理研究中心,一大批诺贝尔物理学奖获得者曾在那里学习或工作过。而英国剑桥大学的卡文迪什实验室则是实验物理的研究中心,很多新发现都是在那里作出的。可是自从第二次世界大战结束至今的60年中,获得诺贝尔物理学奖的美国人和具有美国国籍的科学家明显增多,世界自然科学的研究中心已从欧洲转移到了美国。
2.3 诺贝尔物理学奖获奖项目专门学科分布与分析
表2列出了诺贝尔物理学奖的获奖项目在各专门学科的获奖次数。需要指出的是获奖项目在各个专门学科的划分只是相对的,因为同一内容完全可以归入到两个甚至三个不同学科中,同一年的奖项也可因人而分在多个不同的学科中。
表2 诺贝尔物理学奖获奖项目学科分布
专门学科 热学、物性学、分子物理学 6
获奖次数 7 量子力学、量子电动力学、弱电统一理论 26 X射线学 核物理学 粒子物理学 凝聚态物理学 磁学 无线电电子学 波谱学 天体物理学 低温物理与超导 新效应 物质微观结构 新技术 光学 原子物理学 7 15 42 20 4 9 15 10 14 12 8 21 11 9 从表2可以看到,在物理学领域中,获奖次数最多的学科是粒子物理学、量子物理学(量子力学、量子电动力学、弱电统一理论)和凝聚态物理学,这三门学科都是20世纪物理学发展的主要分支,也是研究物质微观规律的基本学科。自从1895年发现X射线和1896年发现放射性,物理学在物质的微观结构上的研究在100年间取得了巨大的成就。 从表2也可看到,新技术和新方法的获奖项目也占了一定的比例。1909年的诺贝尔物理学奖就授予在无线电通讯技术的推广和应用中作出突出贡献的意大利科学家马可尼和德国物理学家布劳恩。1939年的诺贝尔物理学奖奖给发明和制造出回旋加速器的美国物理学家劳伦斯,1960年的诺贝尔物理学奖授予了气泡室的发明者美国物理学家格拉塞。1922年物理学奖授予发明和研制出多丝正比探测器的法国实验物理学家夏帕克。1997年物理学奖授予发展了用激光冷却和捕捉原子方法的美国物理学家朱棣文、法国物理学家科恩·塔诺季和美国物理学家菲利普斯。 诺贝尔物理学奖如果按照理论方面和实验方面来划分,初步统计,理论方面为50人次,实验方面为92人次。,可以看出,实验方面的比
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重远大于理论方面。如果把新技术的开发也算在实验的名下,则实验的比例就更大了。
第三章 从诺贝尔物理学奖看现代物理学发
展脉络
3.1 20世纪第一个25年:现代物理学革命的开始
第一个25年,诺贝尔物理学奖主要反映世纪之交及随后的年代里现代物理学革命的基本内容。值得注意的是,有些项目并不是获奖者最突出的成就。爱因斯坦1921年因理论物理学的成果得奖,主要奖励他在光电效应方面的工作。主持者特别申明,此奖与相对论的创建无关。这件事反映了20世纪初学术界对相对论的怀疑态度;迈克尔逊1907年因光谱学和精密计量得奖,却闭口不提迈克尔逊--莫雷实验的零结果以及因此造成的影响,然而,以太漂移实验的结果对经典物理学的冲击是众所周知的。在量子现象和原子物理学方面,诺贝尔物理学奖的判定总的来说是公正的。维恩黑体辐射定律的研究(1911年物理学奖)、普朗克发现能量子(1918年诺贝尔物理学奖)以及佩兰证实物质结构的不连续性(1926年诺贝尔物理学奖),为微观世界的不连续性提供了基本的依据,这是现代物理学的又一个出发点。
在这25年中,除了某些项目,例如瑞利关于气体密度的研究(1904年诺贝尔物理学奖)、李普曼关于彩色照相的研究(1908年诺贝尔物理学奖)、马可尼、布劳恩关于无线电报的研究(1909年诺贝尔物理学奖)、范德瓦尔斯关于气液状态方程的研究(1910年诺贝尔物理学奖)、纪尧姆关于合金反常特性的研究(1920年诺贝尔物理学
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奖)等属于经典物理学范畴的补充和应用外,首届诺贝尔物理学奖就授予发现X射线的伦琴,正是这一发现拉开了现代物理学革命的序幕。 X射线的发现和随后放射性和电子的发现以及作为其起因的阴极射线的研究相继在1902年、1903年、1905年、1906年授予诺贝尔物理学奖。α射线的研究导致了原子核的发现,虽然卢瑟福没有得到诺贝尔物理学奖,但在1908年获得了诺贝尔化学奖。X射线的研究,特别是X射线光谱学的研究,为原子结构提供了详细的信息,为此劳厄获得了1914年诺贝尔物理学奖(发现X射线衍射)、亨利·布拉格和劳伦斯·布拉格获得了1915年诺贝尔物理学奖(X射线晶体结构分析的研究)、巴克拉获得了1916年诺贝尔物理学奖(发现元素的标识X辐射)以及卡尔·西格班获得1924年诺贝尔物理学奖(X射线光谱学)。密立根的基本电荷实验和光电效应实验获得了1923年的诺贝尔物理学奖,弗兰克和古斯塔夫·赫兹对电子--原子碰撞的研究获得了1925年诺贝尔物理学奖,这些实验为原子物理学奠定了进一步的实验基础。而尼尔斯·玻尔对原子结构和原子光谱的研究获得了1923年诺贝尔物理学奖,则肯定了他在创建原子理论方面的功绩。
3.2 20世纪第二个25年:量子力学、原子核物理
学及粒子物理学建立
20世纪第二个25年是量子力学和原子核物理学建立的时期。在这一期间,现代物理学取得了辉煌的发展。1927年诺贝尔物理学奖授予了康普顿效应的发现者康普顿;1929年诺贝尔物理学奖授予论证电子波动性的路易斯·德布罗意;1930年诺贝尔物理学奖授予发现赖曼效应的赖曼;1932年、1933年诺贝尔物理学奖授予创立量子力学的海森伯、薛定谔和狄拉克;1945年诺贝尔物理学奖授予提出不相容原理的泡利。在核物理方面,查德威克发现中子(1935年奖)、费米发现慢中子的作用(1938年奖)并由此导致核裂变的发现,劳伦斯建造回旋加速器(1939年奖),汤川预言介子的存在(1949年奖)以及鲍威尔发明核乳胶(1950年奖)都是有重大意义的成就。
伴随着原子物理学和原子核物理学的发展,粒子物理学也逐步形
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成。自从1932年发现中子和正电子(1936年奖)以后,人们提出了基本粒子的概念,由于回旋加速器和核乳胶的发明,一大批基本粒子陆续得到发现,于是在20世纪的第三个25年,出现了粒子物理学发展的高潮。与此同时,凝聚台物理学也得到很大发展。而在理论物理学方面,量子电动力学和核模型理论都是诺贝尔物理学奖的重点项目。例如:格拉塞发明泡室(1960年奖),为发现新粒子提供了重要工具。二战期间发展起来的微波技术为分子束方法打开了新的局面,人们用一颗树来形容分子束方法的发展,称之为“拉比树”。这颗树可以说是由斯特恩“栽种”,由拉比“培育”(斯特恩和拉比先后于1943年和1944年获得诺贝尔物理学奖)并在第三个25年里结出了丰硕的果实,其中在第三个25年里获得诺贝尔物理学奖的有兰姆位移和库什的电子反常磁矩(1955年奖),这两个实验的结果,为朝永振一郎、施温格和费因曼建立量子电动力学重正化理论(1965年奖)提供了实验基础。这些年代里对起义粒子的研究,导致了李政道和杨振宁发现弱相互作用的宇称不守恒定律(1957年奖)以及盖尔曼提出基本粒子及其相互作用的分类方法(1969年奖)。有些项目则是为了20余年后才给予表彰的,例如:克罗宁和菲奇发现C-P破坏(1980年奖);莱德曼、施瓦茨、斯坦博格通过μ子中微子的发现显示轻子的二重态结构(1988年奖)。 “拉比树”的丰硕成果还可以用如好几项获得诺贝尔奖的项目来代表:1946年布洛赫和珀赛尔分别用核感应法和共振吸收法测核磁矩(1952年奖);1948年拉姆齐用分离振荡场方法常见了铯原子钟,随后又于1960年制成氢原子钟,原子钟后来发展成为最准确时间基准(1989年奖);1950年卡斯特勒提出光抽运方法(1966年奖);1954年,汤斯小组研制“分子振荡器”成功,实现了氨分子束的粒子数反转;接着,汤斯和肖洛提出激光原理;汤斯、巴索夫和普罗霍罗夫因量子电子学方面的基础工作1964年获诺贝尔物理学奖;布隆姆贝根和肖洛获1981年物理学奖。
3.3 20世纪第三个25年:凝聚态物理学的大发展
在第三个25年里,凝聚态物理学的大发展可以用如下的诺贝尔物
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