电子的发现

正当历史的车轮快要进入二十世纪时,物理学也令人欣慰地放射出新时代的曙光.1897年,人们对物质结构的研究取得了一次重大的突破,比原子更深一个层次的电子被发现了!但当时谁也没能料到,这即是人类发现的第一个“基本粒子”,人类对种类繁多的基本粒子世界的开拓,就是从这里开始的.如今,基本粒子大家庭的成员已骤然增加到三百多个,基本粒子物理学已成为一门人类探索物质世界结构的最前沿的科学.因此,我们追溯一下电子是怎样发现的,深刻认识这一发现的科学和哲学意义,对于了解基本粒子物理学的历史渊源,促进科学研究与发展,是有助益的。     

对电的粒子性、可分性和惯性认识的思想溯源——为庆祝电子发现100周年而作

从格雷(S．Gray)将电学作为一门独立的学科建立起采,到汤姆逊(J．J.Thomson)发现电子将近两个世纪以来,科学家们一直在探索电与物质的关系,试图弄清楚电是怎样一种实体。物理学走过了一条艰苦、曲折的求索之路:由电的无质性到有质性,由电的连续性到可分性,由电粒子到“电原子”再到“亚原子”,中间还穿插着法拉第(M．Fara-day)关于“绝对电荷”不存在的非本体论思想的影响,最后才发现了电子。人们之所以用了较长时间才将对电的实在的认识推进到“亚原子”的物质层次,发现了电子,并给电磁场输入了惯性,原因主要是在认识电的有质性和可分性上存在种种困难。本文拟对这一认识过程作一简要的综析。     

物理学(上)

从原子核核心深处的夸克到宇宙最远处的巨星的崩溃,从爱因斯坦梦想的自然力统一理论的部分实现到在技术、医学和整个现代社会的实际应用,物理学对人类认识宇宙和提高生活质量继续起着深刻的影响。作者认为,就新发现、新见解以及提出的新问题而论,物理学在过去几年里是在物理学历史中卓有成效的几年,并选择了这门基础科学中一些最重要的新发展扼要地加以阐述。     

回望人类发明之路:电气时代来临

１９世纪，人类科学技术活动发生了一次伟大的转折。两种古老的自然现象突然敞开了自己神秘的大门，人们眼前呈现出一幅深不可测、无比辉煌的景象。在这一百年，人们揭示了电和磁的一系列重要规律，创造了驾驭电磁能量的技术，它的意义可以和５０万年前人类发明用火相提并论。 电和磁的发现 电和磁是人类最早认识的自然现象之一，中国人最早认识的是天上的闪电，西方人最早认识的是附着在物体上的静电。一直到１８世纪，人们对电的了解仍然非常少。电学领域的研究，仅仅限于摩擦起电和静止电荷的相互作用。 １７４５年，荷兰莱顿大学物理学…     

科学史的历史价值和现实意义

科学史反映了人类对自然界迄今的整个认识过程,即对人类在历史上积累起来的,与自然的共存和搏斗中得出的技术、经验和知识体系的产生、发展以及规律性的理论总结。不仅如此,科学史还应是人类对这一认识过程的反思。著名科学史学家萨顿也说过:“科学是人类真正有积累性和进步性的唯一活动”。从古希腊朴素的原子论和物质元素构成说到现代核物理学;从周易卦象中的原始二进制到现代信息理论,如果我们承认每一代科学的高峰都是过去知识的沉淀和升华,那么要达到未来科学之巅就必须对以往的人类科学成就有一个整体纵向的考察,即研究人类获得知识的过程。科学离不开积累和创造,科学观应是历史观和创造观的统一。人类是不断发展的,向前看,面向未来,无疑至关重要,但轻视历史,将现在和过去对立起来却是缺乏远见卓识的。我们不能偏狭地把历史理解为古人、古董、古纸堆和一切陈旧     

“非物质宇宙”设想的逻辑矛盾

宇宙是物质宇宙,也只能是物质宇宙。迄今为止,人类对物质的认识,仅是无限宇宙中的有限的一小部分。未知的新的物质形态及物质运动形式是依然与无限时空相统一而存在着的。正如没有无物质的运动和无运动的物质一样,也没有无物质的时空和无时空的物质。所谓“非物质宇宙”,实质上,就是一种认为存在着无物质的时空的设想。这种设想在逻辑上有不可克服的矛盾,下面就做一下简要的分析。一、按照“非物质宇宙”的论点(以下简称《“非”论》),把整个宇宙分为两部分,一     

从历史角度看四种相互作用的统一(根据杨振宁博士1978年7月6日在上海物理学会的演讲整理)

现代科学有一个重要的特点:一方面是分科愈来愈细;另一方面是逐步走向综合、走向统一。物理学中的四种基本相互作用,通过规范场的观念而走向统一,这是当前物理学发展的一个引人注目的方向。本演讲简要地回顾了人类对四种相互作用的认识历史,介绍了物理上的规范场与数学上的纤维丛的关系,认为在物理学发展中要保持物理与数学的均衡关系。本文系本刊编辑部整理,未经本人审阅。     

苏联原子能电力站建成的伟大意义

从十九世纪末贝克勒耳发现放射物质到现在苏联利用原子能於工业上止,原子核物理学的发展已经经历了一段漫长的道路。在这条道路上,无数的科学家向人类贡献出了自己的宝贵的辛勤劳动的果实。在原子核物理学发展史七有几个特     

富勒烯的化学和物理研究

C_(60)及相关问题的研究开辟了全新的学科领域。它不但涉及到化学、物理学、生物学,而且还涉及到天体物理学、地质科学、生命科学、医药科学、纳米技术科学等几乎所有学科。研究结果表明,C_(60)及富勒烯家族的发现是人类对碳元素认识的又一个新飞跃,开创了碳研究的新时期。由于它的重大理论意义和潜在的广阔应用前景,深入的研究必将引起化学、物理学、材料科学、生命科学、电子学和光电子学等学科的全新发展。自1990年人们发现大量制备C_(60)的方法后,对它的基本物理化学性质及其结构已有大量的报道。本文试从以下几个方面讨论有关C_(60)及其家族化合物的物理化学研究的情况。     

利奥·P·卡达诺夫(1937-2015)

正●2015年10月26日,芝加哥大学物理学和数学荣誉教授、杰出的理论物理学家利奥·菲利普·卡达诺夫(Leo Philip Kadanoff)因手术并发症不幸去世。卡达诺夫是过去半个世纪以来最杰出的理论物理学家之一,他的理论彻底改变了物理学家对集体现象(collective phenomena)和物质结构的认识。他关于物质的标度概念、将物质划分为"卡达诺夫分块"的概念,以及与这种标度变换相关的数学框架,对于从凝聚物质到基本粒子的各种应用都     

由“超光速”想到的

传闻一华裔物理学家在一次实验中把光速提高了300倍。众媒体直言:"这个实验直接向爱因斯坦的相对论中的‘光速恒定’挑战,并将动摇如今的物理学大厦……"云云。这个实验结果的真实性还有待进一步证实,不过实验本身却为我们提供了一个认识物理学自身发展及相关方法论的机会。实验——科学研究的重要手段人类在认识自然、探索科学真理的过程中历经曲折.正是实验方法在科研中普遍、系统的运用,才使人类的科研步伐大大加快。从那著名的比萨斜塔坠落的两个铁球到α磁谱仪的升空,从阿基米德的澡堂狂呼到超导实验室里的每一次突破——科学实验,在科研活动中起着举足轻重的作用。我们知道,科学的本质是物质运动的客观规律,是不以人的意志为转移的,它的一个重要特征就是要以经得起重复实验的检验。反过来说,重复实验所获得的同样结果可以称之为科学事实,科学事实是科学理论的物质基础.如果这个"超光速"实验真的可以     

探测小奇块

粒子物理学标准模型描述了6种夸克(quark),然而,我们周围的物质只包含有组成质子和中子的上、下两种夸克.物理学家们曾长时间地从理论上探讨奇异物质,认为这样的物质应含有奇异夸克(strange quark),奇异物质比普通物质量重、密度也大,因为奇异夸克的质量大约是上或下夸克的10倍.     

寻找缺失的“拼图”

"我们从何处来?我们是谁?我们往何处去?"也许自从人类有了意识以来,这些问题就一再被提起,不少科学家穷尽了一生去向前追溯:人类的起源、生命的起源、星球的起源,直至宇宙的起源。自20世纪60年代发展起来的物理学标准模型,依赖于希格斯玻色子的存在。这种粒子是物理学标准模型预言的一种自旋为零的亚原子粒子,当它与其它粒子碰撞时会使一些粒子质量变大,一些粒子质量减轻,还有一些粒子则完全失去质量,形成我们今天所知的宇宙。希格斯玻色子的发现除了能给发现者带来诺贝尔奖,还将为物理学的这段空中楼阁岁月做一     

从铀放射性发现到同位素的发现(1896—1913)——为纪念α射线和β射线发现100周年而作

从1896年铀放射性的发现到1913年放射性同位素和位移律的发现的18年,是核物理学和放射性化学的奠基阶段,也是人类深入原子内部探索物质变化的第一个阶段.在这一阶段,随着α射线和β射线在1898年的发现,和1899年对β射线及1902年对α射线的物质性的确定,α粒子和β粒子便成了放射性研究的重要工具.其后出现的卢瑟福-索迪元素嬗变qd理论、建立在原子基础上的原子连续性变化的思想、卢瑟福-玻尔原子模型,以及放射性同位素和位移律的发现,每一发展都与这两种粒子特别是α粒子的使用密切相关.经过这一阶段研究,人们才认识到原子不是物质存在的最小载体,认识到不存在物理学原子和化学原子的区别.从这个意义上说,这一阶段革命不唯独属于物理学,也不唯独属于化学,而是整体上属于一门物质科学.     

是物理学的终结吗？

当今,与物理学的热点中心有关的基本粒子物理学,有时被投之以这样的提问:在这个领域中提出的任务解决后,是否从整体上看,一个物理学的终结随之就来到了呢?或许有人会给出这种论证:由于所有物质和全部辐射均由基本粒子组成,因此,由它们的特性和行为所决定的定律的全部知识——譬如在一个“宇宙方程”之中——也就必定在原则上为全部物理过程确定     

从《生命是什么》到现代生物工程

五十年前 ,脱氧核糖核酸 (DNA)的双螺旋结构 问世 ,该模型的构建者J·沃森、F·克里克声称 :他俩之所以热衷于探索遗传物质的分子结构 ,乃得益于薛定谔的著作《生命是什么———活细胞的物理学观》 (以下简称为《生命》)的启示。书中有一些卓越的预见。从薛定谔发表这些见解 (1 94 3年 )到双螺旋模型建立正好十年。薛氏作为量子力学的主要创始人之一员 ,对生命本质问题作出深入思考 ,其影响可算不小 ;后人常称他为分子生物学的先驱者。五十年来 ,分子生物学崛起并发展 ,直至现代生物工程酝酿而形成 ,都离不开对于物理学的概念、原理以及…     

相变理论和质变规律

相变和临界现象是物理学、化学和生物学研究的前沿领域之一.相变理论就是研究相变和临界现象的客观规律的一门既古老又年轻的科学.如果不算人类很早关于物质三态变换的认识和观察,那么相变理论研究从19世纪起,才真正开始.19世纪中叶,科学家液化了许多被人称为“永久气体”的气体,1869年,英国化学家安德鲁斯(Andrews,T.,1813～1885)提出了“临界”概念;1873年,荷兰物理学家范德瓦尔斯(van der Waals,J.D.,     

大数之谜

“天”外有“天”!这是人们常用的一句口头语.但是,“天”外果真有“天”?在我们观察到的宇宙(或曰总星系,以下简称宇宙)之外,果真还有其他的宇宙吗?如果有,表征这些不同宇宙的,又应该是什么?物理学能有助于我们回答这些问题吗? 要讨论这些问题,得从物理学最基本的特征谈起.     

中微子:20世纪科学的重大发现

日本东京大学科学家利用废弃的矿坑建成地下水槽，在水槽中装满5吨水。他们利用这个巨大装置观测大气中的中投子，历时两年多，观测到的中微子数量比理论值少得多。这是由于中微子通过大气层和地球时，大量μ中做手转变为难以探测的，中做子，这种震荡现象，说明中微子具有静止质量。1998年来自25个国家的350多名科学家目睹了实验过程，证明中微子的确具有停止质量。这一结论轰动了全世界，它是人类认识中微子的新里程碑，它对粒子物理学和宇宙标准理论将产生深刻影响，我国两院院士评出这是1998年全世界十大科技新闻之一。中做子，作为20世…     

人与自然应当协调发展

“全国自然辩证观学术讨论会”在1983年年底于北京召开。现选登其中三篇供了解。能否正确地认识和对待人类与大自然的关系问题,是涉及到人类生死存亡的大问题: (一)人类改造自然带来的后果: 人类社会的物质生产、精神生产和人口生产,都是似地球为基地进行的,其所需要的一切原材料及能量,都是直接或间接地由地球提供的。然而,地球也是一个质量有限的星体。它上面的资源,也是一个常数。