浅谈物理学对现代科学技术发展的贡献

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1、第19卷第5期2003年10月雁北师范学院学报JOURNALOFYANBEINORMALUNIVERSITYVol.19No.5Oct.2003文章编号:100921939(2003)0520103204浅谈物理学对现代科学技术发展的贡献吴德权1,帖林山2(1.雁北师范学院物理系,山西大同037000;2.应县二中,山西朔州037600)摘要:从核技术的开发利用,晶体管、激光器的发明和发展过程,探讨了物理学对现代科技的引导和支撑作用.关键词:科学技术;晶体管;激光器;核技术中图分类号:N09文献标识码:A科学

2、技术是第一生产力.人类之所以能从远古洪荒野蛮时代步入今天物质文明和精神文明高度发达的新时代,就是攀援着科学技术的阶梯一步步走来的.百年成果之上.本文拟通过对原子能的开发利用、晶体管和激光器的发明和发展,初步探讨物理学对科技发展的支撑和引导作用.2科学技术从来就是人类争取自由的一种工具.1从E=mc到原子能的利用和人类漫长的300万年的历史相比,科学史只有短短的5000多年.然而,科学的出现,大大加快了人类社会的向前发展.特别20世纪以来科学技术以一种令人难以置信的速度蓬勃地发展着.正如恩格斯在1844年断言

3、的那样,科学的广度和深度几乎“按几何级数增长”.面对科学技术的累累硕果,人们不禁要问:这进步何以取得?是什么作为原动力在推动着科学技术这列从荒蛮驶向文明的列车不断地滚滚向前?随便翻开一本科技史册,就不难发现,许多重大的应用技术成果都是建立在物理学研究的成果之上.18世纪60年代以蒸汽机广泛应用为标志的第一次科技革命,是建立在牛顿力学和热力学的基础之上;19世纪70年代以电力技术的广泛应用和无线电通讯技术的实现为标志的第二次科技革命,是建立在电磁理论重大突破的基础之上;20世纪40年代以来产生的以核能源技术、激光技

4、术、电子计算机技术、电子与信息技术、生物工程技术、新材料技术、空间技术等为标志的第三次科技革命,又是建立在以相对论和量子力学为代表的20世纪物理学的古希腊哲学家德谟克利特(Democritus前460?-前370?)曾断言,物质是由原子组成的,而组成物质的原子是不可分的,原子是构成物质的最小单位.这是最早的原子论观点.以至后人一直用这一观点解释物质结构.直到19世纪末随着阴极射线、x射线、铀的放射性、电子和放射性镭的发现,人们才进一步认识到原子并非是不可分的.1911年英籍新西兰物理学家卢瑟福(EmestRut

5、herford1871-1937)通过α粒子散射实验,推导出原子是由带负电的电子和带正电的原子核构成,并据此建立了原子的有核模型.1919年卢瑟福又用天然放射源放射出来的α粒子轰击氮,首次发现了原子核的人工嬗变:7N14+2He4→8O17+1H1第一次用人工方法成功地把一种元素变成另一种元素,从而开辟了人为变革原子核的途径.1932年英国物理学家查德威克(SirJmesChad2wick1891-1974)在人工核反应中发现了中子,由此人们认识到原子核是由质子和中子组成的.1934年约里奥·居里(IreneJo

6、iot-Curie1897-1956)夫妇用α粒子轰击铝(13Al27)靶得到了一种天然不存收稿日期:2003209210作者简介:吴德权(1966—),男,山西应县人,学士,实验师.·104·雁北师范学院学报2003年在的新放射性元素磷(15P30),这是历史上第一次人造的放射性同位素.质子和中子在尺度很小(10-14m)的原子核内,为此科学家们提出了“核力”的概念,并于1933-1939年间通过中子-质子散射实验确定了“核力”的基本性质.1905年爱因斯坦(AlbertEinsteni1879-1955)

7、共同分析后,一致认为伊伦·居里的实验证明铀核俘获一个中子以后便分裂为两半.同年,波尔(NielsBohr1885-1962)等人在原子核液滴模型和统计理论的基础上,系统地研究了原子核的裂变过程,奠定了核裂变理论的基础,迈出了人类在理论上认识原子能这个新能源关键性的一步.梅特纳(LiseMei2创立了狭义相对论,并在他的题为“物质的惯性与它ther)认为“:奥托·哈恩、费里施(Ferris)和斯特拉斯所含的能量相关吗”的论文中,提出了著名的质能公式E=mc2(c是光在真空中传播的速度),揭示出在原子内部蕴含着巨

8、大的能量,从而为原子能的开发利用在理论上指明了方向.实验证明,当核子结合成原子核时(或原子核分裂为核子时)存在一个“质量亏损”.虽然质量亏损很小,但其相应的能量却十分巨大.由于早期人工核反应技术和手段不成熟,人们没有在实验中获得核能,导致人们对开发和利用核能产生了悲观和失望情绪.就连在认识原子和原子核结构曾做出过杰出贡献的卢瑟福,于1933年在大曼对铀裂变的证明,揭开了