物理学发展史及其重要事件

经典物理学发展史

古希腊时代的阿基米德已经在流体静力学和固体的平衡方面取得辉煌成就，但当时将这些归入应用数学，并没有将他的成果特别是他的精确实验和严格的数学论证方法汲入物理学中。从希腊、罗马到漫长的中世纪，自然哲学始终是亚里士多德的一统天下。到了文艺复兴时期，哥白尼、布鲁诺、开普勒和伽利略不顾宗教的迫害，向旧传统挑战，其中伽利略把物理理论和定律建立在严格的实验和科学的论证上，因此被尊称为物理学或科学之父。

伽利略的成就是多方面的，仅就力学而言，他以物体从光滑斜面下滑将在另一斜面上升到同一高度，推论出如另一斜面的倾角极小，为达到同一高度，物体将以匀速运动趋于无限远，从而得出如无外力作用，物体将运动不息的结论 。他精确地测定不同重量的物体以同一加速度沿光滑斜面下滑，并推论出物体自由下落时的加速度及其运动方程，驳倒了亚里士多德重物下落比轻物快的结论，并综合水平方向的匀速运动和垂直地面方向的匀加速运动得出抛物线轨迹和45°的最大射程角，伽利略还分析“地常动移而人不知”，提出著名的“伽利略相对性原理”（中国的成书于1800年前的《尚书考灵曜》有类似结论）。但他对力和运动变化关系的分析仍是错误的。全面、正确地概括力和运动关系的是牛顿的三条运动定律，牛顿还把地面上的重力外推到月球和整个太阳系，建立了万有引力定律。牛顿以上述的四条定律并运用他创造的“流数法”(即今微积分初步)，解决了太阳系中的二体问题，推导出开普勒三定律，从理论上解决了地球上的潮汐问题。史称牛顿是第一个综合天上和地上的机械运动并取得伟大成就的物理学家。与此同时，几何光学也有很大发展，在16世纪末或17世纪初，先后发明了显微镜和望远镜，开普勒、伽利略和牛顿都对望远镜作很大的改进。

法国在大革命的前后，人才辈出，以PSM拉普拉斯为首的法国科学家(史称拉普拉斯学派)将牛顿的力学理论发扬光大，把偏微分方程运用于天体力学，求出了太阳系内三体和多体问题的近似解，初步探讨并解决了太阳系的起源和稳定性问题，使天体力学达到相当完善的境界。在牛顿和拉普拉斯的太阳系内，主宰天体运动的已经不是造物主，而是万有引力，难怪拿破仑在听完拉普拉斯的太阳系介绍后就问 ：你把上帝放在什么地位？无神论者拉普拉斯则直率地回答 ：我不需要这个假设。

拉普拉斯学派还将力学规律广泛用于刚体、流体和固体，加上WR哈密顿、GG斯托克斯等的共同努力，完善了分析力学，把经典力学推进到更高阶段。该学派还将各种物理现象如热、光、电、磁甚至化学作用都归于粒子间的吸引和排斥，例如用光子受物质的排斥解释反射，光微粒受物质的吸引解释折射和衍射，用光子具有不同的外形以解释偏振，以及用热质粒子相互排斥来解释热膨胀、蒸发等等，都一度取得成功，从而使机械的唯物世界观统治了数十年。正当这学派声势煊赫、如日中天时，受到英国物理学家T杨和这个学派的后院法兰西科学院及科学界的挑战，JBV傅里叶从热传导方面，T杨、DFJ阿拉戈、A-J菲涅耳从光学方面，特别是光的波动说和粒子说（见光的二象性）的论争在物理史上是一个重大的事件。为了驳倒微粒说，年轻的土木工程师菲涅耳在阿拉戈的支持下，制成了多种后以他的姓命名的干涉和衍射设备，并将光波的干涉性引入惠更斯的波阵面在介质中传播的理论 ，形成惠更斯-菲涅耳原理，还大胆地提出光是横波的假设，并用以研究各种光的偏振及偏振光的干涉，他创造了“菲涅耳波带”法，完满地说明了球面波的衍射，并假设光是以太的机械横波解决了光在不同介质界面上反射、折射的强度和偏振问题，从而完成了经典的波动光学理论。菲涅耳还提出地球自转使表面上的部分以太漂移的假设并给出曳引系数。也在阿拉戈的支持下，JBL傅科和AHL菲佐测定光速在水中确比空气中为小，从而确定了波动说的胜利，史称这个实验为光的判决性实验。此后，光的波动说及以太论统治了19世纪的后半世纪，著名物理学家如法拉第、麦克斯韦、开尔文等都对以太论坚信不疑。另一方面，利用干涉仪内干涉条纹的移动，可以精确地测定长度、速度、曲率的极微细的变化；利用棱镜和衍射光栅产生的光谱，可以确定地上和天上的物质的成分及原子内部的变化。因此这些光学仪器已成为物理学、分析化学、物理化学和天体物理学中的重要实验手段。

蒸汽机的发明推动了热学的发展 ，18世纪60年代在 J瓦特改进蒸汽机的同时，他的挚友J布莱克区分了温度和热量，建立了比热容和潜热概念，发展了量温学和量热学，所形成的热质说和热质守恒概念统治了80多年。在此期间，尽管发现了气体定律，度量了不同物质的比热容和各类潜热 ，但对蒸汽机的改进帮助不大，蒸汽机始终以很低的效率运行。1755年法国科学院坚定地否决了永动机 。1807年T杨以“能”代替莱布尼兹的“活力” ，1826年 J V 彭赛列创造了“功”这个词。1798年和1799年，朗福德和H戴维分析了摩擦生热，向热质说挑战；JP焦耳从 19 世纪 40 年代起到1878年，花了近40年时间，用电热和机械功等各种方法精确地测定了热功当量 ；生理学家 JR迈尔和Hvon亥姆霍兹 ，更从机械能、电能、化学能、生物能和热的转换，全面地说明能量既不能产生也不会消失，确立了热力学第一定律即能量守恒定律。在此前后，1824年，S卡诺根据他对蒸汽机效率的调查，据热质说推导出理想热机效率由热源和冷却源的温度确定的定律。文章发表后并未引起注意。后经R克劳修斯和开尔文分别提出两种表述后，才确认为热力学第二定律。克劳修斯还引入新的态函数熵；以后，焓、亥姆霍兹函数、吉布斯函数 等态函数相继引入 ，开创了物理 化学 中的重要分支——热化学。热力学指明了发明新热机、提高热机效率等的方向，开创了热工学；而且在物理学、化学、机械工程、化学工程 、冶金学等方面也有广泛的指向和推动作用。这些使物理化学开创人之一W奥斯特瓦尔德曾一度否认原子和分子的存在 ，而宣扬“唯能论”，视能量为世界的最终存在 。但另一方面，JC麦克斯韦的分子速度分布率（见麦克斯韦分布）和L玻耳兹曼的能量均分定理把热学和力学综合起来，并将概率规律引入物理学，用以研究大量分子的运动，创建了气体分子动力论（现称气体动理论），确立了气体的压强、内能、比热容等的统计性质，得到了与热力学协调一致的结论。玻耳兹曼还进一步认为热力学第二定律是统计规律，把熵同状态的概率联系起来，建立了统计热力学。任何实际物理现象都不可避免地涉及能量的转换和热量的传递，热力学定律就成为综合一切物理现象的基本规律。经过20世纪的物理学革命，这些定律仍然成立。而且平衡和不平衡、可逆和不可逆、有序和无序乃至涨落和混沌等概念，已经从有关的自然科学分支中移植到社会科学中。

在19世纪20年代以前 ，电和磁始终认为 是两种不同的物质，因此，尽管1600年W吉伯发表《论磁性》，对磁和地磁现象有较深入的分析 ，1747 年B富兰克林提出电的单流质理论，阐明了正电和负电，但电学和磁学的发展是缓慢，1800年A伏打发明伏打电堆，人类才有能长期供电的电源 ，电开始用于通信 ；但要使用一个电弧灯 ，就需联接2千个伏打电池，所以电的应用并不普及。1920年HC奥斯特的电流磁效应实验，开始了电和磁的综合，电磁学就迅猛发展，几个月内 ，通过实验A-M安培建立平行电流间的安培定律 ，并提出磁分子学说 ，J-B毕奥和F萨伐尔建立载流导线对磁极的作用力（后称毕-萨-拉定律），阿拉戈发明电磁铁并发现磁阻尼效应，这些成就奠定了电磁学的基础。1831年M法拉第发现电磁感应现象，磁的变化在闭合回路中产生了电流，完成了电和磁的综合，并使人类获得新的电源。1867年Wvon 西门子发明自激发电机 ，又用变压器完成长距离输电，这些基于电磁感应的设备，改变了世界面貌，创建了新的学科——电工学和电机工程。法拉第还把场的概念引入电磁学；1864年麦克斯韦进一步把场的概念数学化，提出位移电流和有旋电场等假设，建立了麦克斯韦方程组，完善了电磁理论，并预言了存在以光速传播的电磁波。但他的成就并没有即时被理解，直到HR赫兹完成这组方程的微分形式，并用实验证明麦克斯韦预言的电磁波，具有光波的传播速度和反射 、折射干涉、衍射、偏振等一切性质，从而完成了电磁学和光学的综合，并使人类掌握了最快速的传递各种信息的工具 ，开创了电子学这门新学科。

直到19世纪后半叶 ，电荷的本质是什么 ，仍没有搞清楚，盛极一时的以太论，认为电荷不过是以太海洋中的涡元。HA洛伦兹首先把光的电磁理论与物质的分子论结合起来 ，认为分子是带电的谐振子 ，1892年起 ，他陆续发表“电子论”的文章 ，认为1859年 J普吕克尔发现的阴极射线就是电子束；1895年提出洛伦兹力公式，它和麦克斯韦方程相结合，构成了经典电动力学的基础；并用电子论解释了正常色散、反常色散（见光的色散）和塞曼效应。1897年JJ汤姆孙对不同稀薄气体、不同材料电极制成的阴极射线管施加电场和磁场，精确测定构成阴极射线的粒子有同一的荷质比 ，为电子论提供了确切的实验根据。电子就成了最先发现的亚原子粒子 。1895年WK伦琴发现X射线，延伸了电磁波谱 ，它对物质的强穿透力，使它很快就成为诊断疾病和发现金属内部缺陷的工具 。1896年A-H贝可勒尔发现铀的放射性 ，1898年居里夫妇发现了放射性更强的新元素——钋和镭，但这些发现一时尚未引起物理学界的广泛注意

20世纪的物理学 到19世纪末期 ，经典物理学已经发展到很完满的阶段，许多物理学家认为物理学已接近尽头，以后的工作只是增加有效数字的位数。开尔文在19世纪最后一个除夕夜的新年祝词中说：“物理大厦已经落成，……动力理论确定了热和光是运动的两种方式，现在它的美丽而晴朗的天空出现两朵乌云，一朵出现在光的波动理论，另一朵出现在麦克斯韦和玻耳兹曼的能量均分理论。”前者指的是以太漂移和迈克耳孙 - 莫雷测量地球对（绝对静止的）以太速度的实验，后者指用能量均分原理不能解释黑体辐射谱和低温下固体的比热。恰恰是这两个基本问题和开尔文所忽略的放射性，孕育了20世纪的物理学革命。

1905 年 A 爱因斯坦为了解决电动力学应用于动体的不对称(后称为电动力学与伽利略相对性原理的不协调)，创建了狭义相对论，即适用于一切惯性参考系的相对论。他从真空光速不变性出发，即在一切惯性系中，运动光源所射出的光的速度都是同一值，推出了同时的相对性和动系中尺缩 、钟慢的结论 ，完满地解释了洛伦兹为说明迈克耳孙 -莫雷实验提出的洛伦兹变换公式，从而完成了力学和电动力学的综合。另一方面，狭义相对论还否定了绝对的空间和时间，把时间和空间结合起来，提出统一的相对的时空观构成了四度时空；并彻底否定以太的存在，从根本上动摇了经典力学和经典电磁学的哲学基础，而把伽利略的相对性原理提高到新的阶段，适用于一切动体的力学和电磁学现象。但在动体或动系的速度远小于光速时，相对论力学就和经典力学相一致了。经典力学中的质量、能量和动量在相对论中也有新的定义，所导出的质能关系为核能的释放和利用提供了理论准备。1915年，爱因斯坦又创建广义相对论，把相对论推广到非惯性系，认为引力场同具有相当加速度的非惯性系在物理上是完全等价的，而且在引力场中时空是弯曲的，其曲率取决于引力场的强度，革新了宇宙空间都是平直的欧几里得空间的旧概念。但对于范围和强度都不很大的引力场如地球引力场，可以完全不考虑空间的曲率，而对引力场较强的空间如太阳等恒星的周围和范围很大的空间如整个可观测的宇宙空间 ，就必须考虑空间曲率。因此广义相对论解释了用牛顿引力理论不能解释的一些天文现象，如水星近日点反常进动、光线的引力偏析等。以广义相对论为基础的宇宙学已成为天文学的发展最快的一个分支。

另一方面 ，1900年 M普朗克提出了符合全波长范围的黑体辐射公式，并用能量量子化假设从理论上导出，首次提出物理量的不连续性。1905年爱因斯坦发表光量子假设，以光的波粒二象性，解释了光电效应；1906年又发表固体热容的量子理论；1913年N玻尔（见玻尔父子）发表玻尔氢原子理论，用量子概念准确地地计算出氢原子光谱的巴耳末公式，并预言氢原子存在其他线光谱，后获证实。1918年玻尔又提出对应原理，建立了经典理论通向量子理论的桥梁；1924年LV德布罗意提出微观粒子具有波粒二象性的假设，预言电子束的衍射作用；1925年W泡利发表泡利不相容原理，WK海森伯在M玻恩和数学家EP约旦的帮助下创立矩阵力学 ，PAM狄拉克提出非对易代数理论 ；1926 年

E薛定谔根据波粒二象性发表波动力学的一系列论文，建立了波函数，并证明波动力学和矩阵力学是等价的，遂即统称为量子力学 。同年6月玻恩提出了波函数的统计解释 ，表明单个粒子所遵循的是统计性规律而非经典的确定性规律；1927年海森伯发表不确定性关系；1928年发表相对论电子波动方程，奠定了相对论性量子理论的基础。由于一切微观粒子的运动都遵循量子力学规律，因此它成了研究粒子物理学、原子核物理学、原子物理学、分子物理学和固体物理学的理论基础，也是研究分子结构的重要手段，从而发展了量子化学这个化学新分支。

差不多同时，研究由大量粒子组成的粒子系统的量子统计法也发展起来了 ，包括1924年建立的玻色-爱因斯坦分布和1926年建立的费米-狄拉克分布 ，它们分别适应于自旋为整数和半整数的粒子系统。稍后，量子场论也逐渐发展起来了 。1927年 ，狄拉克首先提出将电磁场作为一个具有无穷维自由度的系统进行量子化的方案，以处理原子中光的自发辐射和吸收问题。1929年海森伯和泡利建立了量子场论的普遍形式，奠定了量子电动力学的基础。通过重正化解决了发散困难，并计算各阶的辐射修正，所得的电子磁矩数值与实验值只相差25×10-10 ，其准确度在物理学中是空前的 。量子场论还正向统一场论的方向发展，即把电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用和引力相互作用统一在一个规范理论中，已取得若干成就的有电弱统一理论、量子色动力学和大统一理论等。

“实践是真理的唯一标准”，物理学也同样遵循这一标准。一切假说都必须以实验为基础，必须经受住实验的验证。但物理学也是思辨性很强的科学，从诞生之日起就和哲学建立了不解之缘。无论是伽利略的相对性原理、牛顿运动定律、动量和能量守恒定律 、麦克斯韦方程乃至相对论、量子力学，无不带有强烈的、科学的思辨性。有些科学家例如在19世纪中主编《物理学与化学》杂志的JC波根多夫曾经想把思辨性逐出物理学，先后两次以具有思辨性内容为由，拒绝刊登迈尔和亥姆霍兹的论能量守恒的文章，终为后世所诟病。要发现隐藏在实验事实后面的规律，需要深刻的洞察力和丰富的想像力。多少物理学家关注θ-τ之谜 ，唯有华裔美国物理学家李政道和杨振宁，经过缜密的思辨，检查大量文献，发现谜后隐藏着未经实验鉴定的弱相互作用的宇称守恒的假设。而从物理学发展史来看，每一次大综合都促使物理学本身和有关学科的很大发展，而每一次综合既以建立在大量精确的观察、实验事实为基础，也有深刻的思辨内容。因此一般的物理工作者和物理教师，为了更好地应用和传授物理知识，也应从物理学的整个体系出发，理解其中的重要概念和规律。

应用 物理学是广泛应用于生产各部门的一门科学 ，有人曾经说过，优秀的工程师应是一位好物理学家。物理学某些方面的发展，确实是由生产和生活的需要推动的。在前几个世纪中，卡诺因提高蒸汽机的效率而发现热力学第二定律，阿贝为了改进显微镜而建立光学系统理论，开尔文为了更有效地使用大西洋电缆发明了许多灵敏电学仪器；在20世纪内，核物理学、电子学和半导体物理、等离子体物理乃至超声学、水声学、建筑声学、噪声研究等的迅速发展，显然和生产 、生活的需要有关。因此，大力开展应用物理学的研究是十分必要的。另一方面，许多推动社会进步，大大促进生产的物理学成就却肇始于基本理论的探求，例如：法拉第从电的磁效应得到启发而研究磁的电效应，促进电的时代的诞生；麦克斯韦为了完善电磁场理论，预言了电磁波，带来了电子学世纪；X射线、放射性乃至电子 、中子的发现 ，都来自对物质的基本结构的研究。从重视知识、重视人才考虑，尤应注重基础理论的研究。因此为使科学技术达到世界前列，基础理论研究是绝不能忽视的。

展望 21世纪的前夕 ，科学家将从本学科出发考虑百年前景。物理学是否将如前两三个世纪那样，处于领先地位，会有一番争议，但不会再有一位科学家像开尔文那样，断言物理学已接近发展的终端了。能源和矿藏的日渐匮乏，环境的日渐恶化，向物理学提出解决新能源、新的材料加工、新的测试手段的物理原理和技术。对粒子的深层次探索，解决物质的最基本的结构和相互作用，将为人类提供新的认识和改造世界的手段，这需要有新的粒子加速原理，更高能量的加速器和更灵敏、更可靠的探测器。实现受控热核聚变，需要综合等离子体物理、激光物理、超导物理、表面物理、中子物理等方面知识，以解决有关的一系列理论技术问题。总之，随着新的技术革命的深入发展，物理学也将无限延伸。

不是 不是的

第一个获得诺贝尔物理学奖金的人，就是名噪一时的X射线的发现者，德国物理学家威廉、康拉德·伦琴。

1895年，伦琴正在德国沃兹堡大学的实验室里，研究一种名为克鲁克斯管的放电过程。一天，他关闭门窗，用黑纸把这个梨状的放电管包起来，当接通高压时，奇迹就出现了，只见一丝绿光映入眼帘。伦琴认定这种绿光是某种射线射在一块氰亚酸钡上发出的荧光。这个发现使他欣喜若狂，一连好几天不回家，呆在实验室里反复研究。他企图用各种物质来阻挡这种射线，结果大多物质都被它穿透。因为对这种射线一无所知，伦琴就取名为X射线。

伦琴的一连几天不回家，引起一场风波，妻子要他解释不回家的原因。伦琴只得带她到实验室，给她照了一张一只手的X光照相，在底片上可清楚地看到她的手骨和戴的结婚戒子。这就是世界上第一张X光射线照相。

当时伦琴这个发现，确实轰动世界。更有趣的是，投机商人见有利可图，大做广告，警告女士们，今后穿什么衣服上街都不安全，企图招徕顾客去买他们的X光保险服。

自此，各地科学家都在紧张地研究X射线，法国物理学家贝克勒尔发现了天然放射性，英国物理学家发现了第一个基本粒子——电子……。X射线引来了众多的发现，渐渐地打开了近代物理学的大门。

为了表彰伦琴的杰出贡献，于1901年11月12日，瑞典皇家学院在斯德哥尔摩授与伦琴1万多元的诺贝尔奖金、一枚奖章和一张获奖证书。

历年诺贝尔物理学奖获奖名单

时间 获奖人 国籍 获奖原因

1901 WC伦琴 德国 发现伦琴射线(X射线)

1902 HA洛伦兹 荷兰 塞曼效应的发现和研究

P塞曼 荷兰

1903 HA贝克勒尔 法国 发现天然铀元素的放射性

P居里 法国 放射性物质的研究，发现放射性元素钋与镭并发现钍也有放射性

MS居里 法国

1904 L瑞利 英国 在气体密度的研究中发现氩

1905 P勒钠德 德国 阴极射线的研究

1906 JJ汤姆孙 英国 通过气体电传导性的研究，测出电子的电荷与质量的比值

1907 AA迈克耳孙 美国 创造精密的光学仪器和用以进行光谱学度量学的研究，并精确测出光速

1908 G里普曼 法国 发明应用干涉现象的天然彩色摄影技术

1909 G马可尼 意大利 发明无线电极及其对发展无线电通讯的贡献

CF布劳恩 德国

1910 JD范德瓦耳斯 荷兰 对气体和液体状态方程的研究

1911 W维恩 德国 热辐射定律的导出和研究

1912 NG达伦 瑞典 发明点燃航标灯和浮标灯的瓦斯自动调节器

1913 HK昂尼斯 荷兰 在低温下研究物质的性质并制成液态氦

1914 MV劳厄 德国 发现伦琴射线通过晶体时的衍射，既用于决定X射线的波长又证明了晶体的原子点阵结构

1915 WH布拉格 英国 用伦琴射线分析晶体结构

WL布拉格 英国

1917 CG巴克拉 英国 发现标识元素的次级伦琴辐射

1918 MV普朗克 德国 研究辐射的量子理论，发现基本量子，提出能量量子化的假设，解释了电磁辐射的经验定律

1919 J斯塔克 德国 发现阴极射线中的多普勒效应和原子光谱线在电场中的分裂

1920 CE吉洛姆 法国 发现镍钢合金的反常性以及在精密仪器中的应用

1921 A爱因斯坦 德国 对现物理方面的贡献，特别是阐明光电效应的定律

1922 N玻尔 丹麦 研究原子结构和原子辐射，提出他的原子结构模型

1923 RA密立根 美国 研究元电荷和光电效应，通过油滴实验证明电荷有最小单位

1924 KMG西格班 瑞典 伦琴射线光谱学方面的发现和研究

1925 J弗兰克 德国 发现电子撞击原子时出现的规律性

GL赫兹 德国

1926 JB佩林 法国 研究物质分裂结构，并发现沉积作用的平衡

1927 AH康普顿 美国 发现康普顿效应

CTR威尔孙 英国 发明用云雾室观察带电粒子，使带电粒子的轨迹变为可见

1928 OW里查孙 英国 热离子现象的研究，并发现里查孙定律

1929 LV德布罗意 法国 电子波动性的理论研究

1930 CV拉曼 印度 研究光的散射并发现拉曼效应

1932 W海森堡 德国 创立量子力学，并导致氢的同素异形的发现

1933 E薛定谔 奥地利 量子力学的广泛发展

PAM狄立克 英国 量子力学的广泛发展，并预言正电子的存在

1935 J查德威克 英国 发现中子

1936 VF赫斯 奥地利 发现宇宙射线

CD安德孙 美国 发现正电子

1937 JP汤姆孙 英国 通过实验发现受电子照射的晶体中的干涉现象

CJ戴维孙 美国 通过实验发现晶体对电子的衍射作用

1938 E费米 意大利 发现新放射性元素和慢中子引起的核反应

1939 FO劳伦斯 美国 研制回旋加速器以及利用它所取得的成果，特别是有关人工放射性元素的研究

1943 O斯特恩 美国 测定质子磁矩

1944 II拉比 美国 用共振方法测量原子核的磁性

1945 W泡利 奥地利 发现泡利不相容原理

1946 PW布里奇曼 美国 研制高压装置并创立了高压物理

1947 EV阿普顿 英国 发现电离层中反射无线电波的阿普顿层

1948 PMS布莱克特 英国 改进威尔孙云雾室及在核物理和宇宙线方面的发现

1949 汤川秀树 日本 用数学方法预见介子的存在

1950 CF鲍威尔 英国 研究核过程的摄影法并发现介子

1951 JD科克罗夫特 英国 首先利用人工所加速的粒子开展原子核

ETS瓦尔顿 爱尔兰 蜕变的研究

1952 EM珀塞尔 美国 核磁精密测量新方法的发展及有关的发现

F布洛赫 美国

1953 F塞尔尼克 荷兰 论证相衬法，特别是研制相差显微镜

1954 M玻恩 德国 对量子力学的基础研究，特别是量子力学中波函数的统计解释

WWG玻特 德国 符合法的提出及分析宇宙辐射

1955 P库什 美国 精密测定电子磁矩

WE拉姆 美国 发现氢光谱的精细结构

1956 W肖克莱 美国 研究半导体并发明晶体管

WH布拉顿 美国

J巴丁 美国

1957 李政道 美国 否定弱相互作用下宇称守恒定律，使基本粒子研究获重大发现

杨振宁 美国

1958 PA切连柯夫 前苏联 发现并解释切连柯夫效应(高速带电粒子在透明物质中传递时放出蓝光的现象)

IM弗兰克 前苏联

IY塔姆 前苏联

1959 E萨克雷 美国 发现反质子

O张伯伦 美国

1960 DA格拉塞尔 美国 发明气泡室

1961 R霍夫斯塔特 美国 由高能电子散射研究原子核的结构

RL穆斯堡 德国 研究r射线的无反冲共振吸收和发现穆斯堡效应

1962 LD朗道 前苏联 研究凝聚态物质的理论，特别是液氦的研究

1963 EP维格纳 美国 原子核和基本粒子理论的研究，特别是发现和应用对称性基本原理方面的贡献

MG迈耶 美国 发现原子核结构壳层模型理论，成功地解释原子核的长周期和其它幻数性质的问题

JHD詹森 德国

1964 CH汤斯 美国 在量子电子学领域中的基础研究导致了根据微波激射器和激光器的原理构成振荡器和放大器

NG巴索夫 前苏联 用于产生激光光束的振荡器和放大器的研究工作

AM普洛霍罗夫 前苏联 在量子电子学中的研究工作导致微波激射器和激光器的制作

1965 RP费曼 美国 量子电动力学的研究，包括对基本粒子物理学的意义深远的结果

JS施温格 美国

朝永振一郎 日本

1966 A卡斯特莱 法国 发现并发展光学方法以研究原子的能级的贡献

1967 HA贝特 美国 恒星能量的产生方面的理论

1968 LW阿尔瓦雷斯 美国 对基本粒子物理学的决定性的贡献，特别是通过发展氢气泡室和数据分析技术而发现许多共振态

1969 M盖尔曼 美国 关于基本粒子的分类和相互作用的发现，提出“夸克”粒子理论

1970 HOG阿尔文 瑞典 磁流体力学的基础研究和发现并在等离子体物理中找到广泛应用

LEF尼尔 法国 反铁磁性和铁氧体磁性的基本研究和发现，这在固体物理中具有重要的应用

1971 D加波 英国 全息摄影术的发明及发展

1972 J巴丁 美国 提出所谓BCS理论的超导性理论

LN库珀 美国

JR斯莱弗 美国

1973 BD约瑟夫森 英国 关于固体中隧道现象的发现，从理论上预言了超导电流能够通过隧道阻挡层(即约瑟夫森效应)

江崎岭于奈 日本 从实验上发现半导体中的隧道效应

I迦埃弗 美国 从实验上发现超导体中的隧道效应

1974 M赖尔 英国 研究射电天文学，尤其是孔径综合技术方面的创造与发展

A赫威期 英国 射电天文学方面的先驱性研究，在发现脉冲星方面起决定性角色

1975 AN玻尔 丹麦 发现原子核中集体运动与粒子运动之间的联系，并在此基础上发展了原子核结构理论

BR莫特尔孙 丹麦 原子核内部结构的研究工作

LJ雷恩瓦特 美国

1976 B里克特 美国 分别独立地发现了新粒子J/Ψ，其质量约为质子质量的三倍，寿命比共振态的寿命长上万倍

丁肇中 美国

1977 PW安德孙 美国 对晶态与非晶态固体的电子结构作了基本的理论研究，提出“固态”物理理论

JH范弗莱克 美国 对磁性与不规则系统的电子结构作了基本研究

NF莫特 英国

1978 AA彭齐亚斯 美国 3K宇宙微波背景的发现

RW威尔孙 美国

PL卡皮查 前苏联 建成液化氮的新装置，证实氮亚超流低温物理学

1979 SL格拉肖 美国 建立弱电统一理论，特别是预言弱电流的存在

S温伯格 美国

AL萨拉姆 巴基斯坦

1980 JW克罗宁 美国 CP不对称性的发现

VL菲奇 美国

1981 N布洛姆伯根 美国 激光光谱学与非线性光学的研究

AL肖洛 美国

KM瑟巴 瑞典 高分辨电子能谱的研究

1982 K威尔孙 美国 关于相变的临界现象

1983 S钱德拉塞卡尔 美国 恒星结构和演化方面的理论研究

W福勒 美国 宇宙间化学元素形成方面的核反应的理论研究和实验

1984 C鲁比亚 意大利 由于他们的努力导致了中间玻色子的发现

S范德梅尔 荷兰

1985 KV克利青 德国 量子霍耳效应

1986 E鲁斯卡 德国 电子物理领域的基础研究工作，设计出世界上第1架电子显微镜

G宾尼 瑞士 设计出扫描式隧道效应显微镜

H罗雷尔 瑞士

1987 JG柏诺兹 美国 发现新的超导材料

KA穆勒 美国

1988 LM莱德曼 美国 从事中微子波束工作及通过发现μ介子中微子从而对轻粒子对称结构进行论证

M施瓦茨 美国

J斯坦伯格 英国

1989 NF拉姆齐 美国 发明原子铯钟及提出氢微波激射技术

W保罗 德国 创造捕集原子的方法以达到能极其精确地研究一个电子或离子

HG德梅尔特 美国

1990 J杰罗姆 美国 发现夸克存在的第一个实验证明

H肯德尔 美国

R泰勒 加拿大

1991 PG德燃纳 法国 液晶基础研究

1992 J夏帕克 法国 对粒子探测器特别是多丝正比室的发明和发展

1993 J泰勒 美国 发现一对脉冲星，质量为两个太阳的质量，而直径仅10-30km，故引力场极强，为引力波的存在提供了间接证据

L赫尔斯 美国

1994 C沙尔 美国 发展中子散射技术

B布罗克豪斯 加拿大

1995 ML珀尔 美国 珀尔及其合作者发现了τ轻子 雷恩斯与C考温首次成功地观察到电子反中微子他们在轻子研究方面的先驱性工作，为建立轻子-夸克层次上的物质结构图像作出了重大贡献

F雷恩斯 美国

1996 戴维李 美国 发现氦-3中的超流动性

奥谢罗夫 美国

RC里查森 美国

1997 朱棣文 美国 激光冷却和陷俘原子

K塔诺季 法国

菲利浦斯 美国

1998 劳克林 美国 分数量子霍尔效应的发现

斯特默 美国

崔琦 美国

1999 H霍夫特 荷兰 证明组成宇宙的粒子运动方面的开拓性研究

马丁努斯-韦尔特曼 荷兰

01

“宇宙究竟是什么？”

生命的意义是什么？没有人知道答案，每个人都在寻找自己生命的意义，但是大多数人都不到答案，匆匆地就过完了一生。人类拥有所有地球生物中最强大最聪明的大脑，但是人类却最喜欢用这个大脑来自寻烦恼。

随着人类 科技 的逐步发展，科学家已经不满足寻找地球的奥秘，而是开始尝试找到这个宇宙最本质的秘密，比如解释宇宙的诞生和未来，推测宇宙的形状，或者是从几何的角度来去解释宇宙的本质。

目前最完善的理论是“弦理论”，这个理论认为宇宙中的一切都源自于“弦”的震动，不论是费米子还是玻色子都是根据弦的振动产生的，因为弦振动的频率不同让宇宙中产生了不同的物质和变化，弦理论中最重要的是不仅仅是弦，还有关于宇宙中不同“维度”的描述。

弦理论认为我们的宇宙本质上是多维的，而我们的宇宙可能两个不同维度中间的一层“膜”，这样就可以接受为什么我们的宇宙有可能是“绝对平坦的”，因为我们的宇宙可能是两个不同维度之间的一层膜。

弦理论是一个很棒的理论，理论中描述的宇宙很美好，但是没有人可以证明弦理论是正确的，因此弦理论现在还只能算是一个科学推测，是一个可望而不可及的“空中楼阁”。

除了弦理论以外，还有一些理论也试图解释宇宙的诞生，比如“黑洞宇宙模型”认为我们生活的宇宙可能就是一个巨大的黑洞或者是白洞，而“泡泡宇宙理论”认为，我们的宇宙在“暴涨阶段”可能会诞生出其他的宇宙，而我们的宇宙可能也是在一个更大的宇宙暴涨时诞生出来的，这个理论认为我们的宇宙之外还是宇宙。

02

宇宙全息理论

物理学家戴维·玻姆提出了“全息宇宙理论”，这个理论后续被诺贝尔 物理学奖得主赫拉尔杜斯·霍夫特发扬光大 ，这个理论认为我们的宇宙从本质上来说是一个整体，因为霍夫特在研究量子力学的过程中发现， 三维宇宙的信息可以被保存为一张二维，就像是一个被保存在二维世界中的三维投影。

宇宙全息理论的关键点有两个：第一，宇宙中的局部包含整体，因为全息的被分割后，我们仍然可以从其中一张照片中分析出全部的信息。第二，低维可以包含高维，二维的全息可以保存三维的信息。

宇宙全息理论可以解决一些现在无法解释的难题，比如量子纠缠后的两个量子，彼此之间不论距离多么远，彼此之间仍然可以相互影响，并且这两个粒子之间相互影响的速度是超越光速的，用现有的理论无法解释这个问题。

而宇宙全息理论可以给出答案，如果宇宙本身就是一个整体，那么我们认知中的距离和速度其实都只是相对于我们的认知而言产生的概念，但是对于宇宙来说，一切的信息其实都是一个整体，所以两个量子就算距离再远，都可以在瞬间相互影响。

如果量子力学真的可以证明宇宙是一个全息投影，并不意味着我们的客观宇宙不存在，而是宇宙从本质上来说就是一个拥有完美细节的投影，我们认知中的“真实”，其实从本质上来说是“虚拟”的，就像是著名的悖论“缸中之脑”一样，对于缸中之脑来说，寻找所谓的真实和虚假没有任何意义，因为对于这个缸中之脑来说，它经历的一切都是真实的，对于旁观者来说是虚假的。

宇宙全息理论最可怕的并不是我们的宇宙是虚拟的，而是意味着在我们的宇宙之外还存在一个 科技 超乎想象发达的“超级宇宙”，从这个宇宙中观察我们的宇宙，只能看到一张全息照片，在这个照片中我们宇宙包含的一切信息都是一个整体，不论是地球上的生物，还是宇宙中的黑洞或者是恒星，从本质上来看都是一个不可分割的整体。

简单一点来形容，我们的宇宙就像是一个芯片，被雕刻在一个二维平面上，输入能量就可以释放出一个三维的立体投影。我们的宇宙就像是一段被写入计算机中的程序一样，在二维的平面中包含着三维的信息。

宇宙是否真的是一张全息投影呢？欢迎在评论区留下你的观点！

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霍夫特和他的老师韦尔特曼因70年代作出的“阐明物理学中电弱相互作用的量子结构”方面的理论研究成就而获得1999年度诺贝尔物理奖。他们的计算理论使粒子物理有了更牢固的数学基础，尤其是可以用他们的理论来更精确计算物理量。

众所周知，构成物质的原子是由电子和原子核组成，原子核由质子和中子组成，后二者又由更小的粒子夸克组成。为了研究夸克，50年代制成了第一台加速器，这标志着现代粒子物理学的诞生，科学家首次可以研究如何轰出新的粒子及其物理性质。在此基础上物理学家们提出了粒子物理的标准模型，它将所有基本粒子分为夸克、轻子和互换粒子三类，前二者在后者的参与下产生强力和弱力。但是最初物理学家们还不能用完整的数学理论来描述这个模型，因此很多人对进一步发展该理论感到悲观。但是年仅22岁的霍夫特在他的老师韦尔特曼指导下，从1969年开始进行了不懈的研究，最终取得了突破。在他们1971年的文章中成功地严格证明电弱统一理论是可以经过“重整化”而消除其中所有的“无穷大”的，从而证明弱相互作用也能和电磁相互作用一样地进行精确计算，也可以接受实验的精确检验。这是人们对弱相互作用了解的一个飞跃。自那时起，人们不断用他们的理论方法对电弱统一理论进行精确计算，做了大量预言。同时，在欧洲核子研究中心的大型正负电子对撞机LEP上也对大量电弱相互作用过程进行了精确测量。近年的分析表明理论与实验符合得非常好。电弱统一理论成为本世纪物理学发展的一项十分重大的划时代的成就。理论与实验的比较还预言了顶夸克（当时还未发现的第6种夸克）的质量为1714GeV左右。后来在美国的费米实验室找到了顶夸克，直接测量的顶夸克质量为1743GeV左右，与上述预言相符甚好。这也是电弱统一理论精确计算的一大成功。