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德拜,P.J.W.
Peter Joseph William Debye 1884~1966
美籍荷兰物理学家、化学家
1884年3月24日生于荷兰马斯特里赫特,1900年进德国亚琛工业大学学习,1905年获得电机工程师称号。1906年A. 索末菲 应邀从亚琛到慕尼黑大学,他带德拜同往。1908年德拜在慕尼 黑大学获博士学位。1911年去瑞士继A. 爱因斯坦 任苏黎 世大学理论物理教授。以后曾在荷兰乌得勒支,德国格丁根、莱比锡等大学任理 论物理和实验物理教授。 1934年纳粹上台后的第二年,他到柏林受命为威廉皇 帝协会建立物理研究所,德拜把它取名为马克斯·普朗克物理研究所。当时德拜 仍保留荷兰国籍。第二次世界大战爆发后不久,纳粹当局要他加入德国国籍,他断然拒绝,并于1940年去美国,任康奈尔大学化学系主任直到1950年退休。1946年加 入美国籍。1966年11月2日在纽约的伊萨卡逝世。
德拜早期从事固体物理的研究工作。1912年他改进了爱因斯坦的固体比热容 公式,得出在常温时服从杜隆珀替定律,在温度T→0时和T 3 成 正比的正确比热容公式。他在导出这个公式时,引进了德拜温度Θ D 的概念。每种固体都有自己的Θ D 值。当T D 时,固体的热学性质量子效应显著;T?Θ D 时,量子效应可以忽 略(见 德拜模型 )。1916年他和P.谢乐一起发展了M.von 劳厄 用X射线研究晶体结构的方法,采用粉末状的晶体代替较难制备 的大块晶体。粉末状晶体样品经X射线照射后在照相底片上可得到同心圆环的衍 射图样(德拜谢乐环),它可用来鉴定样品的成分,并可决定晶胞大小。1926年德拜 提出用顺磁盐绝热去磁致冷的方法,用这一方法可获得1 K以下的低温(见 超低温技术)。 德拜在盐溶液极化分子、分子偶极矩和分子结构理 论方面也有重要的贡献。他定量地研究了溶质与溶剂分子间的联系,解释了稠密 溶液中的一些反常现象。他在分子极化方面的工作,使人们对分子中原子排列的 认识有了飞跃。在溶液理论中他引入一个被称为 德拜长度 的特征长度,描述了一个正离子的电场所能影响到电子的最远距离。德拜长度现 在已成为溶液理论和等离子体物理中的一个基本物理量。
由于在X 射线衍射 和分子偶极矩理论方面的杰出贡献 ,德拜获得了1936年诺贝尔化学奖。
威廉.亨利.布喇格
W.H.Bragg 1862~1942
英国物理学家
是现代固体物理学的奠基人之一,他早年在剑桥三一学院学习数学,曾任利兹大学、伦敦大学教授,1940年出任皇家学会会长。由于在使用X射线衍射研究晶体原子和分子结构方面所作出的开创性贡献,他与儿子W.L.布喇格分享了1915年诺贝尔物理学奖。父子两代同获一个诺贝尔奖,这在历史上恐怕是绝无仅有的。同时,他还作为一名杰出的社会活动家,在二三十年代是英国公共事务中的风云人物。
埃伦费斯特
P. Ehrenfest 1880~1933)
奥地利物理学家
如果说,玻尔的对应原理是在经典物理学和量子力学之间架起的一座桥梁,那么,埃伦费斯特的浸渐原理则是两者之间的又一座桥梁。埃伦费斯特是奥地利人,在维也纳大学听过玻尔兹曼讲授热的分子运动论。1904年获博士学位后从事统计物理学研究。鉴于他出色的理论素养,洛仑兹在1912年推荐他接任自己在荷兰莱顿大学的教授职务。此后,埃伦费斯特一直在莱顿大学主持工作。
1913年,埃伦费斯特提出一条原理:两相互以浸渐变换联系的体系A、B之间存在如下关系:无限缓慢变化的一个或几个参量,可以使不同体系在它们之间相互导出。这些参量,埃伦费斯特称为浸渐不变量。
浸渐原理揭示了量子化条件的奥秘。因为玻尔在不久前提出的量子化条件(8.2)式:2W/ω=nh及由此推出的角动量量子化条件M=nh/2π都是埃伦费斯特的浸渐不变量。
保罗.狄拉克
Paul Adrien Maurice Dirac 1902~1984
英国物理学家
保罗·狄拉克是英国著名物理学家。他长期从事科学研究,创立量子电动力学;建立“狄拉克方程”;预言存在正电子;还预言存在反粒子,提出存在反物质。1933年,狄拉克获诺贝尔物理学奖。
狄拉克于1928年建立狄拉克方程。这个貌似简单的方程式被认为是惊天动地的成就,是划时代的里程碑:它对原子结构及分子结构都给予了新的层面和新的极准确的了解。狄拉克方程指出为什么电子有“自旋”,而且为什么“自旋角动量”是π/2而不是整数。当时极负盛名的海森伯看了狄拉克的论文,为狄拉克竟有如此神来之笔而惊叹不已。
狄拉克方程的妙处虽然很快被同行们所认同,可是它所提到的一项前所未有的特性——“负能现象”——却是许多人绝对不能接受的。狄拉克的论文发表以后的三年间,关于“负能现象”有了许多复杂的讨论,最后于1931年狄拉克又大胆提出“反粒子”理论来解释“负能现象”。
狄拉克在1928年以后的四年间受到玻尔、海森堡、泡利等当时的大物理学家的质疑,但他始终坚持自己的理论。1932年,美国物理学家安德森在研究太空宇宙射线时,发现当高能射线穿过铅板时,会从铅板中轰击出与电子质量相等、电荷数量相同、但电荷性质相反的粒子。这正好与狄拉克对自然界存在带正电荷的电子的预言一致,安德森把它称为正电子。安德森发现的正电子不能长久存在,它刚出现不久就会与邻近的电子碰撞,从而结合成光子,这就是“湮灭”现象。大家才渐渐认识到“反粒子理论”确实是物理学的又一个里程碑。
诺贝尔物理学奖获得者杨振宁推崇狄拉克是20世纪一位大物理学家,说他有一个特点:话不多,而其内涵则有简单、直接、原始的逻辑性。一旦抓住了他独特的别人想不到的逻辑,他的论文读起来便很通顺,就像“秋水文章不染尘”,没有任何渣滓,直达深处,直达宇宙的奥秘。
狄拉克一生从事纯理论研究,从未参加过军事研究,对学术行政工作等也不插手,他对文艺、哲学很少关心。在他看来,物理学本身也是一种艺术。他性格内向,不善社交,喜欢独自工作。
埃尔温.薛定谔
Erwin Schrodinger 1887~1961
奥地利理论物理学家
薛定谔不仅是奥地利杰出的理论物理学家,诺贝尔奖获得者,分子生物学的奠基人,而且还作为一个抒情诗人在语言的艺术中展露锋芒。
薛定谔生于维也纳,1910年取得维也纳大学博士学位。先后在维也纳,苏黎世等地任教。1926年将法国人德布罗意的物质波观念用数学表示,得到量子力学中最基本的薛定谔方程式即著名的波动方程,因而获1933年诺贝尔物理学奖。
1944年,薛定谔以广博的知识作基础和敏锐的洞察力,将物理学新理论应用到生物学中,出版了通俗读物《生命是什么》。书中用新观点解释复杂的生命现象,开创了物理学和生命科学相结合的新天地。由于薛定谔在物理学界的巨大影响,这本书受到广泛的关注,被誉为“唤起生物学革命的小册子”。沃森、克里克正是在这本书的影响下开始进行DNA结构研究的。
薛定谔1949年曾出版过一本诗集,在这本诗集种,除了他自己用德文和英文写的诗之外,还编入了英国抒情诗的译文。从下面一首诗可以看出薛定谔的风格和才华 。
“葡萄饱含着汁液鲜美而香甜,
在那山前,它现出目光深沉的容颜。
太阳在八月蔚蓝色的天空里,
发热、燃烧着,让冷飕飕的山风消散。
紫色的野果把红日引到身边:
请尝一尝串串的果儿馈赠的香甜。
汁液沿太阳的血管缓缓流动,
它蕴藏着给你和他人的欢乐无限。
啊!已临近岁暮,那成熟之年,
夜晚降临了,带来的是凛冽严寒。
云儿在高空飘浮,在那日出之前,
寒霜覆盖网一般的别致的藤蔓。”
康普敦
A.H.Compton l892~1962
美国物理学家
1922—1923年间,康普敦研究了X射线经金属或石墨等物质散射后的光谱。根据古典电磁波理论,入射波长应与散射波长相等,而康普敦的实验却发现,除有波长不变的散射外,还有大于入射波长的散射存在,这种改变波长的散射称为康普敦效应。光的波动说无论如何也不能解释这种效应,而光量子假说却能成功地解释它。按照光量子理论,入射X射线是光子束,光子同散射体中的自由电子碰撞时,将把自己的一部分能量给了电子,由于散射后的光子能量减少了,从而使光子的频率减小,波长变大。因此,康普敦效应的发现,有力地证实了光量子假说。
1927年获诺贝尔物理奖。
沃尔夫冈.泡利
Wolfgang E.Pauli 1900~1958
奥地利物理学家
沃尔夫冈·泡利本世纪初一位罕见的天才,对相对论及量子力学都有杰出贡献,因发现“泡利不相容原理”(Exclusion Principle)而获1945年诺贝尔物理学奖。这个原理是他在1924年发现的,对原子结构的建立与对微观世界的认识有革命性的影响。
泡利在19岁(1919年)时就写了一篇关于广义相对论理论和实验结果的总结性论文。当时距爱因斯坦发表“广义相对论”(1916年)才3年,人们认为他这么年轻却有如此独到的见解,所以震惊了整个物理学界,从此他一举成名了。
关于泡利的故事很多,他以严谨、博学而著称,同时也以尖刻和爱挑刺而闻名。据说在一次国际会议上泡利见到了爱因斯坦,爱因斯坦演讲完后,泡利站起来说:“我觉得爱因斯坦不完全是愚蠢的”。
一次,在后来发现反质子的意大利物理学家塞格雷做完一个报告和泡利等离开会议室时,泡利对他说:“我从来没有听过象你这么糟糕的报告。”当时塞格雷一言未发。泡利想了一想,又回过头对与他们同行的瑞士物理化学家布瑞斯彻说:“如果是你做报告的话,情况会更加糟糕。当然,你上次在苏黎士的开幕式报告除外。”
另一次泡利想去一个地方,但不知道该怎么走,一位同事告诉了他。后来这位同事问他,那天找到那个地方没有,他反而讽刺人家说:“在不谈论物理学时,你的思路应该说是清楚的。”
泡利对他的学生也很不客气,有一次一位学生写了论文请泡利看,过了两天学生问泡利的意见,泡利把论文还给他说:“连错误都够不上。”
但泡利被玻尔称作“物理学的良知”,因为他的敏锐和审慎挑剔,使他具有一眼就能发现错误的能力。在物理学界还曾笑谈存在一种“泡利效应”--当泡利在哪里出现时,那儿的人不管做理论推导还是实验操作一定会出岔子。
而当泡利说:“哦,这竟然没什么错”时,通常表示一种非常高的赞许。一则笑话说,泡利死后去见上帝,上帝把自己对世界的设计方案给他看,泡利看完后耸耸肩,说道:“你本来可以做得更好些……”
沃尔纳.海森伯
Werner Karl Heisenberg 1901~1976
德国理论物理学家
海森伯出生于德国维尔次堡城的一个中学教师的家庭。1922年,他在慕尼黑大学的老师索末菲带他到哥廷根去听玻尔的讲课。这位年仅21岁的大学生竟不安于毕恭毕敬地听大人物的讲话,勇敢地指出玻尔理论的矛盾。玻尔感到海森伯的异议是经过深思熟虑的,邀他到郊外散步。两人在俯临莱纳河谷和富有浪漫色彩的大学城的小山丘上长谈。从此两人结下了友谊,海森伯很快成长为玻尔事业的继承人。1924年复活节,已成为哥廷根大学玻恩(1882—1970年)助手的海森伯被玻尔邀请去哥本哈根从事研究,翌年回到哥廷根。
1925年5月底,海森伯患枯草热病,告假去北海赫耳果兰岛疗养10天。在那里过着宁静寂寞的生活。他透过疗养所的窗户眺望大海。辽阔的大海使他想起玻尔的一句话,“能领会无限的一部分”。在海滩上散步的海森伯的脑海像大海一样不平静,他想到爱因斯坦处理同时性概念的启示,确立了“物理学只处理可观察量”的观念。沿着这个思路,他抛弃了玻尔理论中的电子轨道这个不可观察量而代之以可观察的辐射频率和强度这些光学量,把玻尔的对应原理加以扩充,猜测出一套新量子论的数学方案。
在回哥廷根的路上,他会见了在汉堡的他的老同学鲍里(1900—1958年),受到鲍里的鼓励更增强了信心,于是,在6月上旬完成了《关于一些运动学和力学关系的量子论的重新解释》的论文,并于7月中旬寄给玻恩去鉴定是否值得发表。玻恩把它推荐给德国《物理学期刊》发表。玻恩经过一个星期的钻研发现海森伯的数学方案是70多年前就已创造出来的矩阵乘法。由于玻恩不熟悉矩阵数学,于是到处请教,最后遇到熟悉矩阵数学而又愿意合作的年轻人约尔丹(1902—)。9月份他们两人联合发表了题为《论量子力学》的论文,用数学矩阵的方法发展了海森伯的思想。他们同时和在哥本哈根的海森伯通信讨论,三人合作的论文《论量子力学Ⅱ》于12月发表,把量子力学发展成系统的理论。在这个理论中,牛顿力学的运动方程被矩阵之间的类似方程所代替,后来人们把这个理论称为矩阵力学,以区别量子力学的另一种形式——波动力学。
玻恩,M.
Max Born 1882~1970
德国理论物理学家
玻恩是量子力学的奠基人之一。1882年12月11日出生于普鲁士的布雷斯劳。1901年进入布雷斯劳大学,1905年前后到哥廷根大学听D.希耳伯特、H.闵可夫斯基等数学、物理学大师讲学,于1907年通过博士考试。1912年受聘为哥廷根大学无薪金讲师,同年与T.von卡门合作发表了《关于空间点阵的振动》的著名论文,从此开始了他以后几十年创立点阵理论的事业。
在先后任柏林大学教授,法兰克福大学理论物理系主任之后,玻恩于1921年接替P.J.W.德拜成为哥廷根大学物理系主任。
1933年希特勒在德国掌权后,玻恩由于犹太血统关系被剥夺了教授职位和财产。他流亡到英国,在剑桥大学讲学一个时期后,于1936年接替C.G.达尔文任爱丁堡大学教授,1937年当选为英国伦敦皇家学会会员。1953年玻恩退休,回到哥廷根。1954年荣获诺贝尔物理学奖。玻恩还是柏林、哥廷根、哥本哈根、斯德哥尔摩等许多科学院的院士。
于1970年1月5日在哥廷根逝世,终年88岁。
玻恩在物理学中的主要成就是创立矩阵力学和对波函数作出统计解释。
1920年以后,玻恩对原子结构和它的理论进行了长期而系统的研究。那时,卢瑟福-玻尔的原子模型和有关电子能级的假设遇到了许多困难。因此,法国物理学家德布罗意于1924年提出了物质波假设,认为电子等微观粒子既有粒子性,也有波动性。1926年奥地利物理学家薛定谔(1887—1961)创立了波动力学。同时,玻恩和海森伯、约尔丹等人用矩阵这一数学工具,研究原子系统的规律,创立了矩阵力学,这个理论解决了旧量子论不能解决的有关原子理论的问题。后来证明矩阵力学和波动力学是同一理论的不同形式,统称为量子力学。因此,玻恩是量子力学的创始人之一。
为了描述原子系统的运动规律,薛定谔提出了波函数所遵循的运动方程——薛定谔方程。但是,波函数和各种物理现象的观察之间有什么关系,并没有解决。玻恩通过自己的研究对波函数的物理意义作出了统计解释,即波函数的二次方代表粒子出现的几率取得了很大的成功。从统计解释可以知道,在量度某一个物理量的时候,虽然已知几个体系处在相同的状态,但是测量结果不都是一样的,而是有一个用波函数描述的统计分布。因为这一成就,玻恩荣获了1954年度诺贝尔物理学奖。
此外,玻恩对固体理论进行过比较系统的研究,1912年和冯·卡尔曼一起撰写了一篇有关晶体振动能谱的论文,他们的这项成果早于劳厄(1879—1960)用实验确定晶格结构的工作。1925年玻恩写了一本关于晶体理论的书,开创了一门新学科——晶格动力学。1954年他和我国著名物理学家黄昆合著的《晶格动力学》一书,被国际学术界誉为有关理论的经典著作。他还研究了流体动力学、非线性动力学等。1953年退休以后,玻恩还劲头十足地研究爱因斯坦的统一场论。
玻恩还和富兰克(1882—1964)一起把哥廷根建成很有名望的国际理论物理研究中心。当时,只有玻尔建立的哥本哈根理论物理中心可以和它匹敌。玻恩讲课很生动,浅入深出,教学很有成绩。他培养出的学生,后来有不少人成为有名的物理学家,如泡利、海森伯和我国的黄昆等。
在哥廷根他的墓碑上刻着关系式:
pq-qp=h/2m。
玻恩生前认为是这他对科学做出的最重要的一项贡献。 |
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