书城科普读物智慧百科(科学卷)
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第24章 物理学家(4)

德意志帝国物理学家、热力学奠基人之一。1822年1月2日生于普鲁士的克斯林(今波兰科沙林),1888年8月24日卒于波恩。1840年入柏林大学,1847年获哈雷大学哲学博士学位。1850年因发表论文《论热的动力以及由此导出的关于热本身的诸定律》而闻名。1855年任苏黎世工业大学教授,1867年任德意志帝国维尔茨堡大学教授,1869年起任波恩大学教授。在1850年那篇论文中,克劳修斯肯定了J.P.焦耳由实验确立的热与功的相当性(热功当量)而完全否定了热质说;他分清了热能与内能这两概念的关系和区别并明确内能U属物质的一种状态函数而功A与热量Q则否,因此就对理想气体而言写出了热力学第一定律的表达式dQ=dU+pdV=dU+dA。他进而又断定了S.卡诺的卡诺定理结论的正确性及其推理中的失误,他认为这两者间的矛盾只有立足于“热不能自发地从低温物体向高温物体转移”的基本观点才能解决,这观点就是首先由他提出的热力学第二定律的克氏表述。在1854年《热力学第二定律的另一形式》的论文中,他又进一步证明了在可逆过程中dQ/T=0,从中得出了他定名为熵S的重要状态参量。他用熵把热力学第二定律归结为熵定理(即孤立系统的熵永不减小)。当然,他推断的“宇宙总能不变而熵趋于一最大值”的“热寂论”是可疑甚至是全错的,但仍不失用物理来探讨宇宙问题的一个历史性的尝试。他还从热力学理论推导出原由克拉珀龙由热质说首先得到的现称的克拉珀龙-克劳修斯方程。

波尔兹曼

波尔兹曼是奥地利物理学家。生于维也纳,卒于意大利的杜伊诺。1866年获维也纳大学博士学位。他曾经在格拉茨大学、维也纳大学、慕尼黑大学和莱比锡大学担任过教授。作为统计物理学的奠基人之一的他发展了麦克斯韦的分子运动类学说,把物理体系的熵和概率联系起来,阐明了热力学第二定律的统计性质,并引出能量均分理论(麦克斯韦-波尔兹曼定律)。他首先指出,一切自发过程,总是从概率小的状态向概率大的状态变化,从有序向无序变化。1877年,波尔兹曼又提出,用“熵”来量度一个系统中分子的无序程度,并给出熵S与无序度W(即某一个客观状态对应微观态数目,或者说是宏观态出现的概率)之间的关系为S=klgW。这就是着名的波尔兹曼公式,其中常数k=1.38×10-23J/K称为波尔兹曼常数。他最先把热力学原理应用于辐射,导出热辐射定律,称斯忒藩-波尔兹曼定律。他还注重自然科学哲学问题的研究,着有《物质的动理论》等。

伦琴

伦琴是德国物理学家,1845年3月27日生于莱纳普(现属德国)。伦琴一生在物理学许多领域中进行过实验研究工作,如对电介质在充电的电容器中运动时的磁效应、气体的比热容、晶体的导热性、热释电和压电现象、光的偏振面在气体中的旋转、光与电的关系、物质的弹性、毛细现象等方面的研究都作出了一定的贡献,由于他发现X射线而赢得了巨大的荣誉,以致这些贡献大多不为人所注意。

1895年11月8日,伦琴在进行阴极射线的实验时第一次注意到放在射线管附近的氰亚铂酸钡小屏上发出微光。经过几天不眠不休的研究,他确定了荧光屏的发光是由于射线管中发出的某种射线所致。因为当时对于这种射线的本质和属性还了解得很少,所以他称它为X射线,表示未知的意思。同年12月28日,维尔茨堡物理学医学学会会刊发表了他关于这一发现的第一篇报告。他对这种射线继续进行研究,先后于1896年和1897年又发表了新的论文。1896年1月23日,伦琴在自己的研究所中作了第一次报告;报告结束时,用X射线拍摄了维尔茨堡大学着名解剖学教授克利克尔一只手的照片;克利克尔带头向伦琴欢呼三次,并建议将这种射线命名为伦琴射线。

洛仑兹

洛伦兹(1853~1928)是荷兰物理学家、数学家。洛伦兹是经典电子论的创立者,他认为电具有“原子性”,电的本身是由微小的实体组成的。后来这些微小实体被称为电子。洛伦兹以电子概念为基础来解释物质的电性质,从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用,即洛伦兹力。他把物体的发光解释为原子内部电子的振动产生的,这样当光源放在磁场中时光源的原子内电子的振动将发生改变,使电子的振动频率增大或减小,导致光谱线的增宽或分裂。1896年10月,洛伦兹的学生塞曼发现在强磁场中钠光谱的D线有明显的增宽,即产生塞曼效应,证实了洛伦兹的预言。塞曼因此和洛伦兹共同获得了1902年诺贝尔物理学奖。

1904年,洛伦兹证明,当把麦克斯韦的电磁场方程组用伽利略变换从一个参考系变换到另一个参考系时,真空中的光速将不是一个不变的量,从而导致对不同惯性系的观察者来说,麦克斯韦方程及各种电磁效应可能是不同的。为了解决这个问题洛伦兹提出了另一种变换公式即洛伦兹变换,用洛伦兹变换将使麦克斯韦方程从一个惯性系变换到另一个惯性系时保持不变。后来爱因斯坦把洛伦兹变换用于力学关系式,创立了狭义相对论。

普朗克

普郎克是德国物理学家,量子物理学的开创者和奠基人,1918年诺贝尔物理学奖的获得者。普朗克的伟大成就就是创立了量子理论,这是物理学史上的一次巨大变革,从此结束了经典物理学一统天下的局面。1900年,普朗克抛弃了能量是连续的传统经典物理观念,导出了与实验完全符合的黑体辐射经验公式。在理论上导出这个公式,必须假设物质辐射的能量是不连续的,只能是某一个最小能量的整数倍。普朗克把这一最小能量单位称为“能量子”。普朗克的假设解决了黑体辐射的理论困难。普朗克还进一步提出了能量子与频率成正比的观点,并引入了普朗克常量h。量子理论现已成为现代理论和实验的不可缺少的基本理论,普朗克由于创立了量子理论而获得了诺贝尔物理学奖。

皮埃尔·居里

皮埃尔·居里(1859~1906)是法国着名的物理学家、“居里定律”的发现者,1859年5月15日出生于法国巴黎,他是医生尤金·居里博士的次子。他从小聪明伶俐,喜欢独立思考,又富于想象力,天资出众,爱好自然,因为学校的常规教育和训练不利于他的智力发展,居里大夫便采取断然措施,先是留他在家里由他自己亲自精心培养,然后把他托付给一位学识渊博的家庭教师去教导,这种旨在造就人材的自由教育方式对皮埃尔·居里的成长颇有成效。为了进一步学习,1875年,年仅16岁的皮埃尔到了索邦,当时他的哥哥雅克·保罗·居里是那里的一所医药学校的化学助教,皮埃尔就在该校帮助他哥哥整理物理讲义。1877年,年仅18岁的皮埃尔就得到了硕士学位,1878年被任命为巴黎大学理学院物理实验室的助教,四年后又被任命为巴黎市立理化学校的实验室主任。他在该校任教时间长达22年,而任教12年之后,他便获得了博士学位。1900年,皮埃尔被任命为巴黎大学理学院教授,1904年该院又为他设立了讲座。1903年,居里夫妇与放射性的发现者贝克勒耳共同获得了诺贝尔物理学奖。1906年4月19日不幸在街上被马车撞倒受伤后致死。

玛丽·居里

玛丽·居里是第一个荣获诺贝尔科学奖的女科学家,也是第一个两次荣获诺贝尔科学奖的科学家。自从1897年居里夫妇发现放射性元素镭之后,80多年来,称颂他们的文章、书籍从未间断,可见她所建立的勋业和她所具有的品质深深地留在后人的印象中,成为科学家和广大青少年学习的楷模。玛丽·斯可罗多夫斯卡1867年生于波兰华沙的一个正直、爱国的教师家庭。她自小就勤奋好学,16岁时以金奖毕业于中学。因为当时俄国沙皇统治下的华沙不允许女子入大学,加上家庭经济困难,玛丽只好只身来到华沙西北的乡村作家庭教师,后辗转终于进入巴黎大学求学。玛丽的勤勉、好学和聪慧,使她赢得了李普曼教授的器重。在荣获物理学硕士学位后,她来到了李普曼教授的实验室,开始了她的科研活动。就在这里,她结识了年轻的物理学家皮埃尔·居里。由于志趣相投、相互敬慕,玛丽和彼埃尔之间的友谊发展成爱情。1895年他们结为伉俪,组成一个志同道合、和睦相亲的幸福家庭。繁忙的家务及1897年出生的女儿并没有阻碍这对热爱科学的夫妇,特别是作为母亲和主妇的玛丽,她一直坚持着学习和科研。

卢瑟福

欧内斯特·卢瑟福(1871~1937)英国物理学家。1871年8月30日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工人家庭并在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷学院学习。23岁时获得了三个学位(文学学士、文学硕士、理学学士)1895年在新西兰大学毕业后,获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许实验室,成为汤姆森的研究生。1898年,在汤姆森的推荐下,担任加拿大麦吉尔大学的物理教授。他在那儿呆了9年,于1907年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。1919年接替退休的汤姆森,担任卡文迪许实验室主任。1925年当选为英国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵,1937年10月19日因病在剑桥逝世,与牛顿和法拉第并排安葬,享年66岁。卢瑟福是本世纪最伟大的实验物理学家之一,在放射性和原子结构等方面,都做出了重大的贡献。

爱因斯坦

1879年出生于德国乌尔姆一个经营电器作坊的小业主家庭。一年后,随全家迁居慕尼黑。1894年,他的家迁到意大利米兰。1895年他转学到瑞士阿劳市的州立中学。1896年进苏黎世工业大学师范系学习物理学,1900年毕业。1901年取得瑞士国籍。1902年大学毕业后无法进入学术机构,只在瑞士伯尔尼专利局找到一份做审查员的临时工作,被伯尔尼瑞士专利局录用为技术员,从事发明专利申请的技术鉴定工作。但在那里,爱因斯坦被正规教育扼杀的科学激情终于重新迸发出来,轻松的工作让爱因斯坦得以继续致力于科学研究。

他利用业余时间开展科学研究,在1905年,年近26岁的爱因斯坦连续发表了三篇论文《光量子》、《布朗运动》和《狭义相对论》,在物理学三个不同领域中取得了历史性成就,特别是狭义相对论的建立和光量子论的提出,推动了物理学理论的革命。同年,以论文《分子大小的新测定法》,取得苏黎世大学的博士学位。

德拜

德拜,荷兰-美国物理化学家。1884年3月24日生于荷兰马斯特里赫特;1966年11月2日卒于纽约州伊萨卡。德拜在亚琛大学求学时原来是学电机工程的,1905年在那个学科获得学位。可是他转学物理,在慕尼黑大学索末菲的指导下进行研究并于1908年获得博士学位。1911年他继爱因斯坦受聘为苏黎世大学任教。他兼学了电机工程和物理,而他的第一个重要研究是对偶极矩的理论处理,偶极矩是电场对结构上一部分带有正电荷而另一部分带有负电荷的分子在取向上影响的量度。

玻尔

玻尔(1885~1962),全名尼尔斯·亨瑞克·戴维·玻尔,丹麦人,是原子物理学的奠基人。他在研究量子运动时,提出了一整套新观点,建立了原子的量子论,首次打开了人类认识原子结构的大门,为近代物理研究开辟了道路。近代物理学大厦的基础-量子力学,是以玻尔为领袖的一代杰出物理学家集体才华的结晶。1922年诺贝尔物理学奖获得者。他是一位卓越的科学研究工作的领导和组织者,1921年创建了哥本哈根理论物理研究所,并逐渐在物理学界形成了举世闻名的“哥本哈根学派”。玻尔还是一位杰出的人道主义者和社会活动家,当法西斯主义在欧洲横行的时候,他曾帮助一大批德国和意大利学者免遭迫害。第二次世界大战中,为了反对法西斯,他参加研制原子弹。战后,他又是呼吁和平利用原子能的知名人士。

德布罗意

德布罗意是法国着名理论物理学家,1929年诺贝尔物理学奖获得者,波动力学的创始人,物质波理论的创立者,量子力学的奠基人之一。德布罗意之前,人们对自然界的认识,只局限于两种基本的物质类型:实物和场。前者由原子、电子等粒子构成,光则属于后者。但是,许多实验结果之间出现了难以解释的矛盾。物理学家们相信,这些表面上的矛盾,势必有其深刻的根源。1923年,德布罗意最早想到了这个问题,并且大胆地设想,人们对于光子建立起来的两个关系式会不会也适用于实物粒子。如果成立的话,实物粒子也同样具有波动性。

为了证实这一设想,1923年,德布罗意又提出了作电子衍射实验的设想。1924年,又提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。1927年,戴维孙和革末用实验证实了电子具有波动性,不久G.P.汤姆孙与戴维孙完成了电子在晶体上的衍射实验。此后,人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。德布罗意的设想最终都得到了完全的证实。这些实物所具有的波动称为德布罗意波,即物质波。

鲍威尔

鲍威尔是英国物理学家,1903年12月5日生于英格兰的汤布里奇。1925年毕业于剑桥的西尼·塞索克斯学院。1925~1927年作为E.卢瑟福和C.T.R.威耳孙的研究生在卡文迪什实验室做研究工作。1927年获博士学位。1928年去布里斯托尔大学威尔斯物理实验室工作,1948年升任教授,1949年当选为英国皇家学会会员。1964年担任威尔斯物理实验室主任。1969年8月9日在意大利米兰附近逝世。

霍金

斯蒂芬·霍金是本世纪享有国际盛誉的伟人之一,被称为在世的最伟大的科学家。现年60岁,出生于伽利略逝世周年纪念日,剑桥大学应用数学及理论物理学系教授,当代最重要的广义相对论和宇宙论家。70年代他与彭罗斯一道证明了着名的奇性定理,为此他们共同获得了1988年的沃尔夫物理奖。他因此被誉为继爱因斯坦之后世界上最着名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。