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物理学百年的回顾 周光召
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，我在这些项目的后边都打上了星号，这个星号越多的，表示它和物理学的关系越密切。以下是农业机械化、计算机、电话、空调和冰箱、高速公路、卫星、因特网、摄影。然后是家用电器，医疗技术，石油和石油化工，激光和光纤，核技术，高性能材料，大家可以看出来其中大多数都打了星号都跟物理学直接或间接有关。
物理学在半导体、集成电路、激光、磁性、超导等方面的发现，这都是二十世纪所发现的，奠定了信息革命的科学基础。在市场推动下边，由物理学延伸的高技术产业应运而生，这些高技术产业，在二十世纪下半叶的全球经济中扮演了重要的角色。它为家庭开发了从微波炉到液晶电视等多种的家用电器，引导了以微电子、光电子、网络和微光机电技术为核心的第三次工业革命，为信息社会的到来奠定了技术基础。由物理学研究带来的新技术和新产品层出不穷，从根本上改变了人们的生产方式和生活方式。
我们看看所有这些是由哪些物理学的发现所导致的。当然有很多是与二十世纪以前的物理学有关系。在二十世纪以前，以牛顿力学、热力学和麦克斯韦电动力学为代表的古典物理学，到十九世纪末已经形成了完整的理论体系，并且在工业革命中间起了重要的作用。这些物理学的成就反映在工业上，就是发明了电话、电灯、汽车等等，并且开始了社会的电气化进程。十九世纪末还相继发现了X光、放射性、电子，测定了光速和部分物质的光谱，这些都为人类在二十世纪进入微观世界奠定了基石。
二十世纪以古典物理学为基础，还有很多重要的发明。譬如说1901年马可尼成功地发射了无线电波，进行了跨越大西洋的无线电接收，那么无线电广播和通讯就得到了大规模的推广应用。火箭技术在二十世纪开始发展，提出了克服地球引力进入太空的设想，这是俄国人提出来的。然后1930年首次提出了火箭发动机的专利，1926年开始了第一次电视图像的传输；1928年第一次完成了跨大西洋的图象无线的传输；1938年发现了硒在光照底下变成良导体，当时的XEROX公司就应用它造成了第一台复印机；1936年又发明了磁带录音；1937年发明了雷达；1939年开始调频广播；1949年用X光分析了盘尼西林的晶体结构；1958年超声技术开始在医疗中间应用；1967年家用微波炉上市。而这些都是和二十世纪以前的物理学的发明相关的。到二次世界大战以前，在二十世纪物理学家深入研究了物质的各种形态，又发现了一系列新的现象。譬如说1911年发现超导；1911到1912年通过X光衍射，发现了晶体原子的对称排列；1932年发现了中子；1934发现了人工放射性元素；1938年发现超流；1939年发现了裂变现象。像战后那就有更多的发明，比如1947年发现了晶体管；1954年发明太阳能的光伏电池；1955年制造了第一根光纤；1959年发明了集成电路，集成电路是刚刚获得诺贝尔物理学奖的；1960年发现了红宝石激光器；1966年提出了能够实用的光纤的设想；1971年发明了微处理器；1975年液晶显示用于计算器；1982年激光唱盘问世。物理学还为所有其他的科学提供了强有力的研究工具，比如中子衍射可以确定原子核的位置和运动，可以探测物体内应力的分布，是判定物质结构有力的工具。像加速器产生的同步辐射强光源，已经广泛用于研究材料的性能和结构，化学反应过程，生物细胞的活动等等。1989年在欧洲核物理研究中心工作的Berners－Lee他为了在网络上传输高能物理的数据，就提出了超文本协议，这个协议现在已经成为全球万维网信息传输的标准。
物理学还提供了强有力的探测和医疗设备，像五十年代就已经把X光用于生物分子的结构分析，最重要的是它在五十年代首次分析了DNA的双螺旋结构。而克利克和华生正是看到了这个照片以后，才提出了他们有名的双螺旋结构。像Rosalyn Sussman Yalow发明了核放射分析的技术，成功地应用于生物学的研究，超导SQUID器件用在地质探矿或者研究生物体磁性的变化。而CT、核磁共振、正电子CT、PET、基因芯片、激光、超声、微波等等都广泛用于医疗和生物的研究。用现代物理学开发出来的显微镜，我们已经可以清楚地看到细胞的活动。这里是一个巨噬细胞在吞噬一个外来的细菌，这是我们拍摄出来真实的DNA长链，打开了的DNA。这是我们从核磁共振拍摄到的脑的图象。
在量子力学和相对论的指导下面，上个世纪的下半叶，物理学在凝聚态、激光、表面等离子体等等方向上面，又发现了很多种有广泛应用前景的现象。有新的集体振荡的模式，新的相变和宏观量子态等等，像量子霍尔效应、分数电荷、稀土永磁、高温超导、量子点、量子计算和信息传输，玻色- 爱因斯坦的凝结态，相干原子束等等。同时也创造了崭新的探测和控制原子的手段，像同步辐射光源，快中子束和离子束，微光机电器件，功能核磁共振，隧道扫描显微镜，原子力显微镜，激光镊子等等，为开创纳米科技的研究提供了有力的工具。这是我们观察到一个在温度不断下降的时候所形成的玻色-爱因斯坦的一个凝结，这是用的铷原子做成的。纳米技术在上世纪末已经开始蓬勃地发展，这里面应用了大量的物理的新的思想和技术，它本身也是由一位有名的物理学家费尔曼所提出来的。这是用光刻技术所做出来的微机械，这里是移动单个的原子所做出来的一个算盘和写的字，这是世界上最小的字之一了。同时在量子场论还发展出一些新的计算的方法。譬如说重整化群的方法，这个对研究处于临界状态附近的各种自相似的结构非常之有用，已经广泛应用于各种不同的物质组成的复杂系统或者远离热平衡的开放的系统。在二十世纪企业已经成为物理学的应用研究开发的一个主力。在市场力量的推动下，我们看到有几项获得诺贝尔物理奖的重要的发现。譬如说晶体管、集成电路、电子隧穿效应、激光、隧道扫描显微镜、高温超导，这些都是获得诺贝尔物理学奖的。它们都在大工业的中央研究室里边完成的，所以在二十世纪有眼光的企业家，已经认识到基础研究在发展企业技术上的重要作用，从市场长远发展的需求，制定了他们研究的目标。他们不仅上一页 [1] [2] [3] [4] [5] 下一页
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来源：中国哲士网
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