近代物理学史中的传承

近代物理学史中的传承

陈博 宋艳敏 吕柯

河南省郑州市第十六中学 450007

摘要：本文回顾了近代物理学中三个典型的思想传承、精神传承和文化传承，期待着物理学在传承中不断发扬光大。

关键词：近代物理学 传承 思想 精神 文化

1 9世纪末，物理学已建立完整的理论体系，应用上也得到了充分的发展。正当物理人自我感觉良好的时候，天空飘来两朵“令人不安”的乌云，一场革命性的时代到来了，近代物理学开始蓬勃发展。这种发展，不是推翻，而是传承了原有经典物理学基础上的拓展和更新。这段时期，大师辈出，他们一代一代薪火相传，不断完善着物理学的发展。从下面这张部分近代物理学家的师承关系图上可以管中窥豹。传承，让一种思想得以延续，让一种精神得以传播，让一种文化得以发展。

正确的思想加快着物理学的变革。传统观念认为原子不可再分，但电力工业的发展、低压气体放电的研究、阴极射线的发现，导致了J.J.汤姆孙发现电子，打开了原子世界的大门。原子的世界到底是怎样的呢？不同物理学家根据自己的认知，提出了各种模型：土星模型、中性微粒模型、磁原子模型。但影响最大的还是J.J.汤姆孙的实心带电球模型——带正电的部分均匀分布在原子球形内，负电子被镶嵌在原子的固定位置，俗称“枣糕模型”。汤姆孙还带着学生设计了散射实验，试图探明原子内电子的数量。这种散射的思想，被汤姆孙的学生卢瑟福所利用，不过他和助手们用的是𝜶粒子散射金箔。研究发现，经过散射，大多数粒子仍沿原方向前进，只有少数粒子发生了大角度偏转，甚至被撞了回来。卢瑟福勇敢的传承了汤姆孙的假想，以实验事实为依据，提出原子的核式结构模型。卢瑟福开辟了一条研究原子结构的正确思想，为原子物理的发展建立了功勋。然而，他的这种模型却解释不了原子的稳定性。在卢瑟福的影响下，他的学生尼尔斯·玻尔坚信有核原子模型的正确性，但又了解其所面临的困难。偶然的机会，玻尔接触到了巴耳末公式和斯塔克关于产生辐射的理论，用自己的智慧，提出了定态跃迁假设的玻尔原子模型。玻尔理论很好地解释了氢原子和类氢离子的光谱问题，他的成功在于玻尔继承和发扬了前人的思想，冲破了旧理论的束缚，使量子理论取得了重大进展。此后，不断有人对玻尔原子模型进行推广和完善，以此来解释其他实验现象。另一方面，卢瑟福利用𝜶粒子轰击原子核得到了原子核的一种组成——质子，并预言了中子的存在，后经他的学生查德威克找到了中子，核物理进入一个崭新的阶段。在原子核模型的建立中，尼尔斯·玻尔又提出了液滴模型，而他的儿子阿格·玻尔在父辈的影响下提出了集体模型，正可谓：传承，延续了一种思想。

如果说，传承并不局限于师徒父子的话，那么量子力学的奠基人尼尔斯·玻尔所创立的研究风格和学术氛围，史称“哥本哈根精神”，在近代物理学的发展上影响了众多学者，也起到了重要的传承作用。1913年玻尔提出原子定态跃迁假设，成功解释了氢原子光谱，名声大噪。怀着一颗爱国之心，他留在了哥本哈根大学。在玻尔的建议下，理论物理研究所于1921年成立。秉承“不仅要依靠少数科学家的能力和才华，而且要不断吸收相当数量的年轻人，让他们熟悉科学研究的结果与方法”的宗旨，这个研究所为科学家提供了必要的生活和工作条件，迎来了大批国外的访问学者，很快就成为当时世界物理三大中心之一。作为研究所的领导人，玻尔平易近人，慈祥谦逊，治学严谨，善于倾听，不仅是科研工作的组织者，更是年青人的良师益友。矩阵力学的创立者海森伯，不相容原理的提出者泡利，把相对论与量子论相结合的狄拉克等都被玻尔深邃的理论造诣和独特的人格魅力所吸引。在玻尔的带领下，众多人一起争论，一起探索，虽然常常为一个话题辩论的面红耳赤，但大家都知道，这是通往新理论的必经之路。每个人只要一张口，就会遭到大家的诘问，每一个观点都要经过反复的剖析和论证；讨论不到筋疲力尽就不会结束，第二天会接着前一天的话题继续展开。经过这样的磨练，量子力学在这些人的不懈努力下逐渐取代了玻尔的半经典半量子化的原子模型。而由玻尔开创的以激烈、自由、乐天的学术争论为特征，追求高度智力和科学创新的精神，被称为“哥本哈根精神”。在玻尔领导研究所的40多年间，共有600多名外国著名人士来此交流学习，每人带着学习成果和玻尔的精神回到各自的工作领域，不断传承和发扬。

物理学的发展离不开政治、经济的支持。除了各国政府的重视外，个人或民间组织也会激励科研不断突破，其中最重要的非诺贝尔莫属了。瑞典化学家、工业富商诺贝尔临终前，将自己的遗产作为基金，每年奖励在物理、化学等五个方面对人类有重大贡献的人。自1901年首次颁发以来，诺贝尔物理学奖已经持续100多年了，无论从成果价值还是社会影响力来说，这个奖项都是物理学家争先恐后摘取的最高荣誉，因为它显示了物理学的伟大成就。可以说，诺贝尔物理学奖不仅是对人的肯定，已经成为一种世界文化。在这种文化熏陶中，人们传承地推动着物理学的发展。例如，父子同获诺贝尔物理学奖的有J.J.汤姆孙和G.P.汤姆孙，尼尔斯·玻尔和阿格·玻尔，亨利·布拉格和劳伦斯·布拉格，曼内·西格巴恩和凯·西格巴恩；值得一提的是玛丽·居里两次获得诺贝尔奖，女儿女婿继承了居里家族的研究工作，也获得了该殊荣。师徒传承的记录上，卢瑟福首屈一指，他培养和指导的学生、助手中有11人获得诺贝尔奖；而J.J.汤姆孙、尼尔斯·玻尔、费米也都是名师出高徒的典范；还有五代师生延续得奖传为佳话：物理化学创始人之一的W.奥斯特瓦尔德培养了提出热力学第三定律的W.能斯特，两人均获化学奖；受W.能斯特影响的密立根、他带出的C.D.安德逊、安德逊的学生格拉塞三人均获物理奖。再说说诺贝尔物理学奖得主的摇篮，首先想到的就是剑桥大学的卡文迪许实验室，共培养了26位获奖者。从第二任实验室主任瑞利勋爵，到J.J.汤姆孙，到卢瑟福，再到第五任教授劳伦斯·布拉格，每个人都继承和发扬了光荣传统，为人才培育做出了不朽的功绩。

回顾近代物理学的发展史，我们不难看到名家大师的引领作用，他们毫不自私地把个人的思想、方法传承出去，多学习多借鉴多交流才能少走弯路；在科学研究过程中，物理学家沉淀下来的好奇、执著、严谨、创新等品质和精神也是需要继承和发扬的。相信，踏着前辈们的足迹，我们会把物理文化做好，也能担当起现代物理学发展的重任。

参考文献：

[1]郭奕玲,沈慧君.物理学史(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2005:151-480.

[4]黄国清.杰出的哥本哈根学派领袖—玻尔[J].物理教师,2008,29(5):41-42.

注：本文系2019年度河南省基础教育教学研究项目《基于核心素养的高中物理学史的教学研究》（课题编号：JCJYC19060127）研究成果之一。