1、諾貝爾物理學獎的頒發對現代科技的影響系別電氣工程系專業電氣工程及其自動化班級方13*-*姓名LTY學號2013*石家莊鐵道大學四方學院年 月 日諾貝爾物理學獎的頒發對現代科技的影響班級：方13*-* 姓名：LTY 學號：2013*諾貝爾物理學獎的頒發已經持續將近100年了。這100年正是現代物理學大發展的時期。諾貝爾物理學獎包括了物理學的許多重大研究成果，遍及現代物理學的各個主要領域。100年來的頒獎顯示了20世紀物理學發展的軌跡。可以說，諾貝爾物理學獎是20世紀物理學偉大成就的縮影，折射出了現代物理學的發展脈絡。諾貝爾物理學獎的頒發體現了物理學新成果的社會價值和歷史價值，對科學進步有舉足輕重

2、的作用。1.1 諾貝爾物理學獎反映現代科技的發展，獲獎成果是現代科技發展到一定階段的產物1.1.1 首屆諾貝爾物理學獎19世紀末，處于當時科學體系中堅地位的經典物理學達到了空前的輝煌。力學、熱力學和分子動理論、電磁學以及光學，都已經建立了完整的理論體系，在應用上也取得了巨大成果。這時物理學家普遍認為，物理學已經發展到頂，偉大的發現不會再有了，以后的任務無非是在細節上作些補充和修正，使常數測得更精確而已。然而世紀之交新的物理學發現，如射線、放射性的發現、電子的發現打破了這一局面，將物理學的發展引向更深入、更廣闊的天地。 1895年倫琴在研究陰極射線的過程中，在實驗中發現了一種穿透力極強的新的射線

3、，由于當時尚不清楚這種射線的性質，倫琴稱之為射線。倫琴因發現X射線而獲1901年的首屆諾貝爾物理學獎。X射線的發現是生產和技術發展的必然產物，特別是電力工業的發展，電器照明開始廣泛應用，促使科學家研究氣體放電和真空技術，才有可能發現陰極射線，從而導致了X射線的發現。1.1.2 近十年的諾貝爾物理學獎2000年授予研制用于高速光電子學的半導體異質結構、集成電路的發明，2001年授予根據玻色-愛因斯坦理論發現了一種新的物質狀態-堿金屬原子稀薄氣體的玻色-愛因斯坦凝集，2002年授予宇宙中微子的探測、發現宇宙射線源，2003年授予對超導電性、超流性作用解釋，2004年授予發現粒子物理的強相互作用理論

4、中的“漸近自由”現象， 2005 授予對光學相干的量子理論做出的貢獻及對基于激光的精密光譜學發展做出的貢獻。2006年授予發現了黑體形態和宇宙微波背景輻射的擾動現象，2007年授予發現“巨磁電阻”效應，2009年授予華裔物理學家高錕在“有關光在纖維中的傳輸以用于光學通信方面”取得了突破性成就及博伊爾和史密斯發明了半導體成像器件電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器。這些獲獎的成果都是在現代科技的前沿領域如凝聚態物理、粒子物理學、光學、天體物理學、無線電電子學、低溫物理與超導等方面作出開拓性或突破性進展的成果，反映的是前沿科技的輝煌成果，是科學技術發展到一定階段的產物。2.2 諾貝爾物理學獎的頒發促進

5、了相關領域科技的發展2.2.1 X射線的發現促進了科技的發展X射線的發現及研究，對物理學，化學，生物學和醫學等都產生了深刻的影響，并且在這些相關領域造就了數十名諾貝爾獎金獲得者。尤其是在物理學科領域，物理學家們對于X射線的研究推動了物理學自身的發展。在對X射線的研究中，物理學發展的連續性體現得尤為清楚，這不僅可以從知識本身的發展中可以看到，也可以從物理學家們的研究過程中充分地得到體現。特別是很多物理學家是在繼承了前人的某些思想或是沿襲了前輩的某些研究或實驗方法等，從而在這樣的基礎上繼續深入研究，在理論或實驗上有新的突破，最終做出新的，獨創性的發現。概括來講，X射線的發現及其性質研究，一方面推動

6、了對原子結構認識的發展，甚至是對原子核認識也是具有啟發性的；另一方面又推動了量子力學的發展。X射線為我們認識物質世界提供了一個非常有力的工具。X射線光譜學的發展，為我們認識原子結構的規律性、為原子結構理論提供了直接的實驗證據；X射線與物質的相互作用，主要是散射作用，向我們展示了原子、分子在物體中的微觀排列圖象。這使物理學的研究領域從宏觀進入到微觀、從經典過渡到現代，具有劃時代的作用。因此，在二十世紀早期有幾位物理學家都因對X射線的研究而取得的成果獲得了諾貝爾物理學獎。(1) X射線的研究對原子結構理論的影響在勞厄發現X射線晶體衍射7年后，也就是1919年，索末菲解釋了從受激原子發射的X射線分析

7、中能得到的內容。在他的原子結構和原子譜線一書的序言中，他寫道:“自光譜分析發現以來，只要我們掌握了頻譜語言，就沒有哪位專家還會懷疑原子的有關問題不能解決。60年的實驗所堆積的光譜學實驗資料，原來覺得是多么復雜，似乎簡直無法整理；然而7年來X射線光譜學實驗的貢獻，使我們可以說:原子問題從根本上已經解決了，原子內部的性質也明確了。”從索末菲的這段話中我們可以窺見X射線的研究，尤其是X射線光譜學的研究與發展對于原子結構理論產生了多么重要的影響。索末菲的評價絕不夸張。N·玻爾在1913年將量子論引入原子內部，提出了原子結構的量子假說。而這種理論是否正確，還需要依賴實驗的檢驗與證明。X射線譜為

8、這一理論提供了有力的證據。這要歸功于巴克拉、莫塞萊和西格班等人，因為他們在X射線光譜學的創立和發展上做出了巨大的貢獻。X射線光譜學不僅為原子殼層結構理論提供了實驗依據，還為人們定量的研究原子的能級開辟了途徑。西格班曾經說過：“通過對X射線光譜學發展的簡單回顧，可以看出以前認識到X射線是由圍繞著原子核的電子云發射的。這為研究原子核外的結構開辟了一條主要途徑。不僅僅原子的殼層結構被普遍肯定了，而且還能獲得一個詳細的定量的能級圖。與光學光譜提供的外層能級信息相聯系，它提供了現在的核外原子的詳細圖象。”例如，由X射線光譜學的知識，我們可以推斷，最靠近原子核的是K能級，它的外面是L能級，然后是M能級和N

9、能級等。(2) X射線的研究對量子力學的影響我們看到關于X射線是波動本質還是粒子本質的問題一直被爭論了很多年，直到1912年勞厄發現了X射線的衍射，波動理論被普遍地接受。但是僅用這一理論對于X射線的描述仍然是不完善的，而關于X射線本質上的這層神秘的面紗最終由康普頓效應的發現而真正被揭開。康普頓效應的量子解釋同時考慮了能量守恒和動量守恒。動量守恒是針對客觀存在的粒子的，這無疑說明了X射線也具有粒子屬性，即是波粒二象性的。這種思想早在1905年愛因斯坦提出光量子概念時已體現，但又經歷了很長對間人們才接受X射線本質是波動性和粒子性結合的事實，可見這兩種屬性在過去看來是“水火不相容”的。而正是這樣兩種

10、水火不相容的屬性的融合開始了量子力學蓬勃發展的歷程。X射線，普遍講是光的波粒二象性成為路易斯·德布羅意物質波假說的重要啟示。可見，康普頓效應的發現對于量子力學的發展起了積極的推動作用。(3) 小結X射線一旦發現，立即取得了廣泛的應用，醫學上成為透視人體、檢查傷病的有利工具，后來又發展到用于金屬探傷，對工業技術也有一定的促進作用。更重要的是這一發現又掀起了人們研究物理學的熱潮。隨即放射性的發現獲1903年諾貝爾物理學獎。電子的發現等打破了使當時大家深信不疑的原子不可分、元素不可變的傳統觀念，使人類的認識深入到了原子內部。從此，促進了原子分子物理學的發展，引發了占據現代科學革命主導地位的

11、物理學革命。也正因為對于原子內部結構有了深入的科學認識，才有可能利用原子核分裂所釋放的巨大能量為人類活動服務，發展成為今天的核能工業。2.2.2 光學新發現促進了科學技術的進步光學是一門古老的學科，經牛頓、托馬斯·楊、惠更斯、菲涅耳、麥克斯韋等人的努力，到19世紀末，已建立起比較完善的光學理論體系，對光的本質也基本探明。但是，隨著20世紀初量子力學的建立，特別是20世紀60年代激光的發明，使光學獲得了新生，產生了許多新的分支學科。諾貝爾獎曾對它10次頒獎，其中7次授于光學方法與技術的應用方面；邁克爾遜發明了精密的干涉儀和分光儀并用于建立非物質的長度標準(1907年)；彩色攝影術的發明

12、(1908年)；用于燈塔和浮標的自動控制氣體照明器的發明(1912年)；拉曼效應的發明(1930年)；相襯現象的發現和相襯顯微鏡的發明(1953年)；切連可夫效應的發現和理論解釋(1958年)；雙共振法和光泵法等光學方法的發明(1966年)。當然，20世紀最令人矚目的光學成就是全息術的發明(1971年)和激光的發明。早在1917年，愛因斯坦在研究黑體時提出了受激輻射理論。1952年-1958年，湯斯、巴索夫和普羅霍洛夫分別提出微波激射器放大原理和激光器的放大原理(1964年)，1960年5月，美國休斯公司的梅曼博士首先研制成功第一臺激光器，迎來了激光技術的新紀元。隨后，布洛姆伯根創建了非線性光

13、譜學，肖洛開創了激光光譜學(1981年)。20世紀60年代激光誕生后，光學發生了深刻的變化，形成了激光物理、非線性光學、高分辨率光譜學、強光光學、量子光學等分支學科，并正在形成如光子學、超快光學和原子光學等新分支學科，以及與化學、生命科學、醫學等形成一系列交叉學科，并形成了一系列高新技術。在21世紀里，光學將得到更大的發展，人們還期望在21世紀研制成功光子計算機、實現光纖孤子通訊技術。在光學發展史上，湯斯小組發明了微波激射器而獲1964年的諾貝爾物理學獎，巴索夫和普羅霍洛夫提出激光器的放大原理，在此理論的基礎上美國休斯研究實驗室的梅曼博士成功研制出第一臺紅寶石激光器，此后自由電子激光器、準分子

14、激光器、離子激光器等如雨后春筍般地涌現出來，以適應科學技術各方面發展的需要。1966年高錕提出光導纖維在通信上應用的基本原理，描述了長程及高信息量光通信所需絕緣性纖維的結構和材料特性，提出只要解決好玻璃純度和成分等問題，就能夠利用玻璃制作光學纖維，從而高效傳輸信息。這一設想提出之后逐步變成現實，利用石英玻璃制成的光纖應用越來越廣泛，全世界掀起了一場光纖通信的革命。2009年諾貝爾物理學獎授予高錕。2010年授予二維空間材料石墨烯授予方面的開創性實驗，2011年授予因超新星的研究而對宇宙學的貢獻，2012年授予一種突破性的實驗方法，這種方法使得測量和操縱單個量子系統成為可能。光學新發現使古老的光

15、學煥發了勃勃的生機，形成了激光物理、非線性光學、高分辨率光譜學、量子光學等分支學科，形成了一系列高新技術如全息照相、光纖通信，促進了科學技術的進步。2.2.3 凝聚態物理中的發現促進了科技的發展隨著科學技術的發展，特別是低溫技術的進展，凝聚態研究碩果累累，成為當今最吸引人們注意和最充滿活力的科學前沿。從頒獎成就看，20世紀凝聚態的發展可分為3條主線:低溫和超導物理的發展；晶體結構分析技術的發展；凝聚態物理理論的研究。1908年，翁納斯首次液化氦氣并于1911年發現了超導電性現象(1913年)，揭開了超導研究的序幕；1928年，卡皮查發明了一種廉價制備液氦的設備并于1938年又發現了液氫的超流性

16、(1978年)。為了解釋超導電性的起因，人們提出許多唯象理論，其中最成功的是京茨堡-朗道方程。朗道還提出液氫的超流性理論(1962年)。后來，戴維·李等人又發現氫-3也具有超流性(1996年)。為了解釋超導現象的微觀本質，巴丁、庫珀、施里弗3人于1957年建立了超導的微觀理論即BCS理論(1972年)。人們一方面在理論上進行研究，另一方面在應用領域展開探索。1962年，超導體的隧道效應和約瑟夫遜效應被發現(1973年)。1986年，繆勒和柏諾茲發現了轉變溫度為35K的鋇鑭銅氧化物超導材料(1987年)，掀起了高溫超導研究的熱潮。不久，美國的朱經武合成Tc為98 K的超導材料，我國的趙

17、忠賢等人合成Tc為100 K的超導材料。這些成果轟動整個科學界，它標志著超導體研究已進入液氮溫度的新時代，為超導技術的實際應用展現了廣闊的前景。自從勞厄發現X射線晶體衍射現象后(1914年)，布拉格父子就用X射線研究晶體結構(1915年)，揭開晶體結構分析的序幕。1933年，魯斯卡發明了電子顯微鏡(1986年)，1946年，沙爾發展了中子散射技術(1994年)；1981年，賓尼格和羅雷爾發明了掃描隧道顯微鏡(1986年)，這些成就大大豐富了凝聚態物理的研究手段。1947年-1948年，晶體三極管效應的發現(1956年)給電子技術帶來了一場深刻的革命，出現了晶體管收錄機、電視機、微型計算機等，對

18、全世界的經濟和社會帶來了根本的變革。1973年，江崎玲于奈發現半導體的隧道效應(1973年)；1980年，克利青發現了量子霍爾效應(1998年)，這些成就有力地促進了精密測量技術的發展。另外，紀堯姆發現了鎳合金鋼異常性(1920年)，布羅奇曼發明了高壓裝置并在高壓領域作出許多發現(1946年)。在20世紀，凝聚態物理的理論也得到很大的發展。20世紀30年代，內爾發現了反鐵磁性和亞鐵磁性，并建立相應的唯象理論(1970年)。1942年，阿爾文發現了磁流體波(即阿爾文波)(1970年)。20世紀50年代至20世紀70年代，范弗萊克創建了量子化的磁性理論，安德森建立了“安德森定域化”和“定域矩”理論

19、，莫特建立了非晶態物質電子過程理論(1977年)，他們3人的貢獻對凝聚態物理的每一理論分支都產生了深遠的影響。1971年，威爾遜提出了重整化群理論(1982年)，圓滿地解決了相變的臨界現象這個難題。20世紀60年代至20世紀80年代，德燃納建立了液晶的相變理論，并把它推廣到高分子聚合物和生物膜中(1991年)。20世紀，凝聚態物理取得了巨大的成功，但是還有一些基本問題有待解決:尋找更高溫度的超導材料乃至室溫區超導材料，建立高溫超導的微觀機制；探索巨磁阻和超巨磁阻的原因；20世紀90年代誕生的納米技術將在21世紀得到快速發展，并對科學技術產生重要的影響。凝聚態物理取得了巨大的成功，1970年諾貝

20、爾物理學獎一半授予阿爾文以表彰他對磁流體動力學的基礎工作和發現，及其在等離子體不同部分卓有成效的應用；另一半授予奈爾，以表彰他對反鐵磁性和鐵氧體磁性所作的基礎研究和發現，這些研究和發現在固體物理學中有很重要的應用，1977年諾貝爾物理學獎授予安德森、莫特和范弗萊克以表彰他們對磁性和無序系統的電子結構所作的基礎理論研究，1982年諾貝爾物理學獎授予威爾遜以表彰他對與相變有關的臨界現象所作的理論貢獻，1991年諾貝爾物理學獎授予法國的德納然表彰他把研究簡單系統中有序現象的方法推廣到更復雜的物理態，特別是液晶和聚合物所做的貢獻，這些貢獻推動了高溫超導材料的研究和納米技術的發展。1995年，三位科學家冷卻一種名叫玻色子的粒子，得到了玻色愛因斯坦凝聚物，于2001年榮獲諾貝爾物理學獎，從而引發國際競爭，各國爭相研究費米對的凝聚問題2003年1月，隨著杜克大學的托馬斯(JohnThomas)報告強相互作用下費米氣體的普遍性質，同年5月美國實驗天體物理聯合研究所(JILA)亞裔科學家金(DebbieJin)報告了一