从诺贝尔物理学奖看物理对社会发展的影响文档格式.docx

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历史进入20世纪以后，物理学进入了一个全新的时期，经过物理学家的努力和探索，诞生了量子论和相对论，开创了现代物理学。

物质结构理论也得到了快速的发展。

此外，物理学的各个分支学科也都得到了发展，连古老的分支学科声学、光学，在20世纪也焕发了青春，有的向理论深度拓展，有的则向应用方面进军。

物理学的快速发展，在科学技术、军事等方面发挥着重要的作用，极大地推动着社会发展。

提起现代物理学的各项成就，就不能不提诺贝尔物理学奖。

诺贝尔物理学奖包括了物理学的许多重大研究成果，遍及现代物理学的各个主要领域。

100多年来的颁奖显示了现代物理学发展的轨迹。

可以说，诺贝尔物理学奖是现代物理学伟大成就的缩影，折射出了现代物理学的发展脉络。

诺贝尔物理学奖的办法颁发体现了物理新成果的社会价值和历史价值，对科学进步有举足轻重的作用，对社会发展起着重要的影响。

因此，研究物理学诺贝尔奖是研究物理对社会发展的一条捷径，有很强的学术价值和现实意义。

第二章诺贝尔物理学奖概述

2．1诺贝尔及诺贝尔物理学奖的设立

诺贝尔（AlfredBernhardNobel，1833-1896）是一位瑞典发明家的儿子，他从小身体欠佳，因此主要靠家庭教师教育。

他曾经在彼得堡学习工程，也曾经到美国，在伊里克逊指导下学习了大约一年。

诺贝尔在他父亲的工厂里做实验时，发现当把甘油炸药分散在漂白土或木浆之类的惰性物质中时，可以使炸药的稳定性更高，从而更安全地处理。

他还发明了其他炸药和雷管，并取得了这些发明的专利权。

诺贝尔因炸药的制造和巴库油田的开发而得到了一笔巨额财产。

他终生未婚，被认为是一个有自卑感和孤独感的人。

他对同伴常抱有一种嘲笑态度，但他为人心肠慈善，对人类的未来满怀希望。

诺贝尔留下9百万美元的基金，他在遗嘱中写道：

“这些基金的利息每年以奖金的形式分发给那些在前一年中对人类作出最大贡献的人，上述利息分为相等的五部分：

一部分奖给在物理领域有最重要发现和发明的人；

一部分奖给在化学上有最重要发现和改革的人；

一部分奖给在生理学或医学上有最重要发现的人；

一部分奖给在文学领域内著有带理想主义倾向的最杰出作品的人；

一部分奖给在促进国家之间友好、取缔或裁减常备军以及举行和促进和平会议方面作出显著贡献的人。

”

“物理学奖和化学奖由瑞典科学院颁发，生理学或医学奖由斯德哥尔摩的加罗琳斯卡研究院颁发，文学奖、由斯德哥尔摩研究院颁发，和平奖由挪威议会推选出一个五人委员会颁发。

诺贝尔提出奖金只授予“前一年间”所做的工作这一规定，从一开始就未实行。

这是因为推选委员会考虑到要确认这一项成果对物理学的贡献的价值，往往需要很多年。

诺贝尔奖不授予毕生的工作，而授予那些有特殊成果的工作。

狄塞留斯在大诺贝尔化学委员会主任期间，曾经写道：

“诺贝尔奖不能由于我称之为‘科学上良好行为’而授予。

有很多伟大任务，他们曾经起到导师、组织者和鼓舞源泉的作用，但当要找出一项具体的贡献、具体的发明时，也许会一无所获。

诺贝尔奖只授予活着的人们，并且按照传统，没有任何一次诺贝尔奖授予三人以上的小组。

每年秋天，大约有650封信发到瑞典皇家科学院成员、物理学和化学的诺贝尔委员会的成员、从前的物理学奖和化学奖获得者、瑞典8所大学以及科学院选出的40-50个大学和研究所的物理学教授和化学教授，以及国外的研究院和大型研究所的其他科学家，以征求诺贝尔奖的获奖者名单。

这样，大约有60-100名物理学家被提名为候选人，然后，由一些非常严肃认真的人组成一个小组，承担这项繁重的业余工作，细心研究提出人选。

有一位委员会主席说过：

“你无法确定谁是最好的，因而唯一可行的是另外一种方法：

即试图寻找一位特别值得推荐的候选人。

2．2诺贝尔物理学奖得主的国籍分布与分析

自1901年到2004年的104年中，诺贝尔物理学奖有6届由于世界大战和经济萧条而没有颁发（1919年、1931年、1934年和1940-1942年）。

所以物理学奖实际上只颁发了98届，共174人次，173位科学家获得过诺贝尔物理学奖。

其中美国著名物理学家巴丁是唯一的在物理学领域中两次获得诺贝尔物理学奖的物理学家。

从1901年-2004年诺贝尔物理学奖获得者的国籍和统计（表1）中可以看到，全世界共有17个国家的174位物理学家（以下均指人次）获此殊荣。

获奖者最多的国家是美国，共有77人；

英国第2；

德国第3；

中国有两位，他们是杨振宁和李政道（获奖时持有的是当年留学出国时的中国护照）。

表1诺贝尔物理学奖得主的国籍分布

国籍

美国

英国

德国

法国

瑞典

人数

77

22

21

10

4

瑞士

荷兰

俄罗斯

丹麦

意大利

8

3

奥地利

加拿大

日本

中国

波兰

2

1

印度

巴基斯坦

总计

174

统计发现，若以1945年第二次世界大战为届界，分成前45年和后58年，则可以明显看到一个现象：

即在前45年中，美国获诺贝尔物理学奖的人数比英国与德国少，美国在这段时间内有8人获得物理学奖，而英国10人，德国11人。

这一情况说明，在第二次世界大战以前，自然科学提别是物理学研究的中心在欧洲，尤其是在德国。

德国格丁根大学是当时公认的世界理论物理研究中心，一大批诺贝尔物理学奖获得者曾在那里学习或工作过。

而英国剑桥大学的卡文迪什实验室则是实验物理的研究中心，很多新发现都是在那里作出的。

可是自从第二次世界大战结束至今的60年中，获得诺贝尔物理学奖的美国人和具有美国国籍的科学家明显增多，世界自然科学的研究中心已从欧洲转移到了美国。

2．3诺贝尔物理学奖获奖项目专门学科分布与分析

表2列出了诺贝尔物理学奖的获奖项目在各专门学科的获奖次数。

需要指出的是获奖项目在各个专门学科的划分只是相对的，因为同一内容完全可以归入到两个甚至三个不同学科中，同一年的奖项也可因人而分在多个不同的学科中。

表2诺贝尔物理学奖获奖项目学科分布

专门学科

获奖次数

热学、物性学、分子物理学

7

量子力学、量子电动力学、弱电统一理论

26

X射线学

核物理学

15

粒子物理学

42

凝聚态物理学

20

磁学

无线电电子学

9

波谱学

天体物理学

低温物理与超导

14

新效应

12

物质微观结构

新技术

光学

11

原子物理学

从表2可以看到，在物理学领域中，获奖次数最多的学科是粒子物理学、量子物理学（量子力学、量子电动力学、弱电统一理论）和凝聚态物理学，这三门学科都是20世纪物理学发展的主要分支，也是研究物质微观规律的基本学科。

自从1895年发现X射线和1896年发现放射性，物理学在物质的微观结构上的研究在100年间取得了巨大的成就。

从表2也可看到，新技术和新方法的获奖项目也占了一定的比例。

1909年的诺贝尔物理学奖就授予在无线电通讯技术的推广和应用中作出突出贡献的意大利科学家马可尼和德国物理学家布劳恩。

1939年的诺贝尔物理学奖奖给发明和制造出回旋加速器的美国物理学家劳伦斯，1960年的诺贝尔物理学奖授予了气泡室的发明者美国物理学家格拉塞。

1922年物理学奖授予发明和研制出多丝正比探测器的法国实验物理学家夏帕克。

1997年物理学奖授予发展了用激光冷却和捕捉原子方法的美国物理学家朱棣文、法国物理学家科恩·

塔诺季和美国物理学家菲利普斯。

诺贝尔物理学奖如果按照理论方面和实验方面来划分，初步统计，理论方面为50人次，实验方面为92人次。

，可以看出，实验方面的比重远大于理论方面。

如果把新技术的开发也算在实验的名下，则实验的比例就更大了。

第三章从诺贝尔物理学奖看现代物理学发展脉络

3．120世纪第一个25年：

现代物理学革命的开始

第一个25年，诺贝尔物理学奖主要反映世纪之交及随后的年代里现代物理学革命的基本内容。

值得注意的是，有些项目并不是获奖者最突出的成就。

爱因斯坦1921年因理论物理学的成果得奖，主要奖励他在光电效应方面的工作。

主持者特别申明，此奖与相对论的创建无关。

这件事反映了20世纪初学术界对相对论的怀疑态度；

迈克尔逊1907年因光谱学和精密计量得奖，却闭口不提迈克尔逊--莫雷实验的零结果以及因此造成的影响，然而，以太漂移实验的结果对经典物理学的冲击是众所周知的。

在量子现象和原子物理学方面，诺贝尔物理学奖的判定总的来说是公正的。

维恩黑体辐射定律的研究（1911年物理学奖）、普朗克发现能量子（1918年诺贝尔物理学奖）以及佩兰证实物质结构的不连续性（1926年诺贝尔物理学奖），为微观世界的不连续性提供了基本的依据，这是现代物理学的又一个出发点。

在这25年中，除了某些项目，例如瑞利关于气体密度的研究（1904年诺贝尔物理学奖）、李普曼关于彩色照相的研究（1908年诺贝尔物理学奖）、马可尼、布劳恩关于无线电报的研究（1909年诺贝尔物理学奖）、范德瓦尔斯关于气液状态方程的研究（1910年诺贝尔物理学奖）、纪尧姆关于合金反常特性的研究（1920年诺贝尔物理学奖）等属于经典物理学范畴的补充和应用外，首届诺贝尔物理学奖就授予发现X射线的伦琴，正是这一发现拉开了现代物理学革命的序幕。

X射线的发现和随后放射性和电子的发现以及作为其起因的阴极射线的研究相继在1902年、1903年、1905年、1906年授予诺贝尔物理学奖。

α射线的研究导致了原子核的发现，虽然卢瑟福没有得到诺贝尔物理学奖，但在1908年获得了诺贝尔化学奖。

X射线的研究，特别是X射线光谱学的研究，为原子结构提供了详细的信息，为此劳厄获得了1914年诺贝尔物理学奖（发现X射线衍射）、亨利·

布拉格和劳伦斯·

布拉格获得了1915年诺贝尔物理学奖（X射线晶体结构分析的研究）、巴克拉获得了1916年诺贝尔物理学奖（发现元素的标识X辐射）以及卡尔·

西格班获得1924年诺贝尔物理学奖（X射线光谱学）。

密立根的基本电荷实验和光电效应实验获得了1923年的诺贝尔物理学奖，弗兰克和古斯塔夫·

赫兹对电子--原子碰撞的研究获得了1925年诺贝尔物理学奖，这些实验为原子物理学奠定了进一步的实验基础。

而尼尔斯·

玻尔对原子结构和原子光谱的研究获得了1923年诺贝尔物理学奖，则肯定了他在创建原子理论方面的功绩。

3．220世纪第二个25年：

量子力学、原子核物理学及粒子物理学建立

20世纪第二个25年是量子力学和原子核物理学建立的时期。

在这一期间，现代物理学取得了辉煌的发展。

1927年诺贝尔物理学奖授予了康普顿效应的发现者康普顿；

1929年诺贝尔物理学奖授予论证电子波动性的路易斯·

德布罗意；

1930年诺贝尔物理学奖授予发现赖曼效应的赖曼；

1932年、1933年诺贝尔物理学奖授予创立量子力学的海森伯、薛定谔和狄拉克；

1945年诺贝尔物理学奖授予提出不相容原理的泡利。

在核物理方面，查德威克发现中子（1935年奖）、费米发现慢中子的作用（1938年奖）并由此导致核裂变的发现，劳伦斯建造回旋加速器（1939年奖），汤川预言介子的存在（1949年奖）以及鲍威尔发明核乳胶（1950年奖）都是有重大意义的成就。

伴随着原子物理学和原子核物理学的发展，粒子物理学也逐步形成。

自从1932年发现中子和正电子（1936年奖）以后，人们提出了基本粒子的概念，由于回旋加速器和核乳胶的发明，一大批基本粒子陆续得到发现，于是在20世纪的第三个25年，出现了粒子物理学发展的高潮。

与此同时，凝聚台物理学也得到很大发展。

而在理论物理学方面，量子电动力学和核模型理论都是诺贝尔物理学奖的重点项目。

例如：

格拉塞发明泡室（1960年奖），为发现新粒子提供了重要工具。

二战期间发展起来的微波技术为分子束方法打开了新的局面，人们用一颗树来形容分子束方法的发展，称之为“拉比树”。

这颗树可以说是由斯特恩“栽种”，由拉比“培育”（斯特恩和拉比先后于1943年和1944年获得诺贝尔物理学奖）并在第三个25年里结出了丰硕的果实，其中在第三个25年里获得诺贝尔物理学奖的有兰姆位移和库什的电子反常磁矩（1955年奖），这两个实验的结果，为朝永振一郎、施温格和费因曼建立量子电动力学重正化理论（1965年奖）提供了实验基础。

这些年代里对起义粒子的研究，导致了李政道和杨振宁发现弱相互作用的宇称不守恒定律（1957年奖）以及盖尔曼提出基本粒子及其相互作用的分类方法（1969年奖）。

有些项目则是为了20余年后才给予表彰的，例如：

克罗宁和菲奇发现C-P破坏（1980年奖）；

莱德曼、施瓦茨、斯坦博格通过μ子中微子的发现显示轻子的二重态结构（1988年奖）。

“拉比树”的丰硕成果还可以用如好几项获得诺贝尔奖的项目来代表：

1946年布洛赫和珀赛尔分别用核感应法和共振吸收法测核磁矩（1952年奖）；

1948年拉姆齐用分离振荡场方法常见了铯原子钟，随后又于1960年制成氢原子钟，原子钟后来发展成为最准确时间基准（1989年奖）；

1950年卡斯特勒提出光抽运方法（1966年奖）；

1954年，汤斯小组研制“分子振荡器”成功，实现了氨分子束的粒子数反转；

接着，汤斯和肖洛提出激光原理；

汤斯、巴索夫和普罗霍罗夫因量子电子学方面的基础工作1964年获诺贝尔物理学奖；

布隆姆贝根和肖洛获1981年物理学奖。

3．320世纪第三个25年：

凝聚态物理学的大发展

在第三个25年里，凝聚态物理学的大发展可以用如下的诺贝尔物理学奖来代表：

1956年肖克利、巴丁和布拉坦因为对半导体的研究和晶体管效应的发现获奖；

1952年布洛赫和珀塞尔因发展了核磁精密测量的新方法及由此所作的发现获奖；

1916年穆斯堡尔因为γ辐射的共振吸收的研究和发现与此联系的以他的名字明明的效应获奖；

1962年朗道因为作出了凝聚态特别是液氨的先驱性理论获奖；

1964年汤斯、巴索夫和普罗霍罗夫因为从事量子电子学方面的基础工作，这些工作导致了基于微波激射器和激光原理制成的振荡器和放大器获奖；

1970年阿尔文以内对磁流体动力学的基础工作和发现、奈尔因为对反铁磁性和铁氧性所作的基础研究和发现获奖；

1927年巴丁、库珀和施里弗因为合作发展了通常称为BCS理论的超导电性理论获奖；

1973年江崎玲於奈、贾埃沃因为在有关半导体和超导体中的隧道现象的实验发现、约瑟夫森因为约瑟夫森效应的发现获奖；

1996年戴维·

李、奥谢罗夫和R·

C里查森因为他为他们在1972年发现了氨-3中的超流动性获奖。

2004年戴维·

格罗斯、戴维·

波利策和弗兰克·

维尔切克这三人因1973年发表揭示了粒子物理强相互作用理论中的渐进自由现象的论文而获得诺贝尔物理学奖。

3．420世纪第四个25年至现在：

物理学发展奇花怒放

进入20世纪最后一个25年后，物理学的发展更是奇花怒放，其中仍以粒子物理学、凝聚态物理学和天体物理学最为壮观。

随着粒子物理学的发展，在自然力的统一性方面取得了新的成果。

里克特和丁肇中因为J/ψ粒子的发现获得1976年诺贝尔物理学奖；

格拉肖、萨拉姆和温伯格因为建立了弱电统一理论而获1979年诺贝尔物理学奖，克罗宁和菲奇因为C-P破坏的发现获1980年诺贝尔物理学奖；

鲁比亚和范德米尔因为发现弱相互作用的传播体W±

和Z0的大规模研究方案中所起的决定性贡献而获1984年诺贝尔物理学奖；

莱德曼、施瓦茨和斯坦博格因发展了中微子束方法以及通过μ中微子的发现显示轻子的二重态结构所作的贡献而获1988年诺贝尔物理学奖；

佩尔因发现了τ轻子、莱因斯因检测中微子而获1995年诺贝尔物理学奖。

其中值得注意的是，探测和研究微观粒子的手段又有很大进步，有些新的进展甚至是前人无法想象的：

拉姆奇因为发明了分离振荡场方法及用之于氢微波激射器及其他原子钟、德墨尔特和保罗因发展了离子捕集技术获得1989年诺贝尔物理学奖；

弗里德曼、肯德尔和理查德·

泰勒因运用高能加速器进行深度非弹性散射所进行的研究而获得1990年诺贝尔物理学奖；

布罗克豪斯因为发展了中子谱学、沙尔因为发展了中子衍射技术而获1994年诺贝尔物理学奖；

朱棣文、科恩·

塔诺季和菲利普斯因为发展了激光冷却和捕捉原子的方法而获1997年诺贝尔物理学奖。

在凝聚态物理学方面的新进展有：

P·

W·

安德森和范弗勒克对磁性和无序系统的电子结构所作的基础理论研究（1977年奖）；

卡皮查在低温研究和磁学方面的成果（1978年奖）；

凯·

西格班在高分辨率电子能谱学方面（1981年奖）；

K·

威尔逊对相变有关的临界现象所作的理论贡献（1982年奖）；

冯·

克利青发现了量子霍尔效应（1985年奖）；

鲁斯卡发明了电子显微镜、宾尼希和罗雷尔发明了扫描隧道显微镜（1986年奖）；

柏诺兹与缪勒发现陶瓷材料中的高温超导电性（1987年奖）；

德然纳把研究简单系统中有序现象的方法推广到更复杂的物质态，特别是液晶和聚合物（1991年奖）以及劳克林、沃尔夫冈、凯特纳和卡尔·

E·

威依迈对凝聚态物质性质早期基础性研究（2001年奖）、维他利·

金茨堡、阿列克谢·

阿布里科索夫及安东尼·

莱格特在超导性和超流态两个量子物理学领域的研究（2003年奖）。

在天体物理学方面：

彭齐亚斯和R·

威尔逊发现了宇宙北京微波辐射（1978年奖）；

钱德拉塞卡尔对恒星结构和演变的理论研究、福勒对宇宙中化学元素的形成的理论和实验研究（1983年奖）；

赫尔斯和约瑟夫·

泰勒发现了一种新型的脉冲星，这一发现为研究引力开辟了新的可能性（1993年奖）；

小雷蒙德·

戴维斯、小柴昌俊和卡尔多·

贾科尼在天体物理学领域做出的先驱性贡献打开了人类观测宇宙的两个新“窗口”（2002年奖）。

诺贝尔物理学奖是20世纪物理学伟大成就的缩影，折射出了现代物理学发展的轨迹和趋势，对科学进步有很大的促进作用。

它的颁发体现了科学成果的社会价值和历史价值。

第四章物理学对社会发展的作用

4．1概述

由历年的诺贝尔物理学奖可以清晰地看出现代物理学发展的轨迹。

在现代物理学当中，先进的研究成果，深刻的理论体系，渗透到社会生活的各个领域和层面，对社会的发展起着强有力的推动作用。

从人类的文明出现开始，物理知识便已经和人们的生活紧密联系在一起了。

从日常的生产、生活当中，人们总结出了物质的结构、性质及运动的规律等，将其系统化，成为一门崭新的自然学科--科学。

那时，科学所包含的知识是广博的，囊括了自然科学的所有领域。

人们将通过实践活动总结出来的知识不断积累，不断补充到科学中去。

随着社会的不断发展和人类对客观世界的认识的逐步深入，科学被细分为物理、医学、数学、生理等方面，而其中物理是与人们的生产、生活联系最为紧密的一门科学。

日益丰富的物理原理应用于人们的各种实践活动中，使各领域的实践活动的效率不断提高，也推动着社会的发展和社会各领域的变革。

其中最为突出的是瓦特蒸汽机的发明。

蒸汽机的出现从根