学部委员唐孝威教授主持 原子模型的建立和发展

古代哲学家在以往漫长的岁月中对物质的结构有过许多设想.他们中具有代表性的是古希腊的留基伯(Leueippus)和他的学生德谟克利特(Dmocrituse),被称为古原子论的奠基者.他们认为物质是由简单的不可分割的基本单元——原子组成.这种朴素的思想虽属机械唯物论,却是原子论的萌芽.如今世界上通常使用的原子一词,就沿用了古希腊的atoma(原意是不可分割的).在古印度将原子称为anu(意为微小).在我国战国时期的墨家称为“端”,意思是组成物质的不可分割的最原始的东西;而名家称为“小一”,认为“小一”这东西不再有内,也就无法再分割了,即为最原始的微粒.     

认识惯性定律的历程

 一般认为,惯性定律是伽利略奠定基础,牛顿精练而成为经典力学运动第一定律的,其实,人们对惯性定律的认识,可以追溯到遥远的古代。古代的认识牛顿在他的手稿《惯性定律片段》中写道:“所有那些古人都知道第一定律,他们归之于原子在虚空中直线运动,因为没有阻力,运动极快而永恒”,古希腊的德谟克利特、伊璧鸠鲁都有这样的看法。例如,伊璧鸠鲁就说过:“当原子在虚空里被带向前进而没有东西与它们碰撞时,它们一定以相等的速度运动。因为当没有东西与它们相遇时,重的原子并不比小的和轻的原子运动的更快;而当没有东西与它们相撞时,小的原子也不会比大的原子更快,它们的整个行程是等速的”。     

幻数和幻数的最新科研成果简介

 自从德国核物理学家迈耶用轨道和自旋相互作用来解释原子核的结构,并建立了“壳层模型”,由此而获得１９６３年诺贝尔奖后,物理学界一直认为,幻数是固定不变的。而近日,日本科学家发现了新的幻数,说明幻数不是固定不变的。本文仅就这一问题简介如下： 一、什么是幻数 众所周知,一切物质都是由分子构成;分子又是由原子组成;原子都是由带正电的原子核和带负电的电子组成;原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成。不同元素的原子,其原子核质量和原子核中质子、中子的多少是不同的。在质子数、中子数是某个特定数值或两者均为这一数值时,原子核的稳定性就比平均值大。这些数值被称为“幻数”。     

探索地外智慧生命

 月球和水星月亮是距离地球最近的天体,它的圆缺(称为月相)变化是原始人类最早注意的天象之一。早在公元前5世纪,古希腊哲学家阿那克萨戈拉斯(Anaxagoras)认为月亮是个象地球一样的星球。我国古代很早就产生了“嫦娥奔月”、“吴刚伐桂”等动人神话。     

微观物质组成理论的发展与近现代科学（上）

 一、研究微观物质组成理论发展的重大意义 二、古希腊原子论 三、古原子论在近代的恢复和科学化     

邮票上的物理学史B28--原子论的确立

原子论最早是由古希腊哲学家德谟克利特(邮票见本专栏第一篇"古希腊时期")提出的.他认为,万事万物都由原子和虚空组成.原子既不可分,也不会变,并且没有内部组成.不同元素的原子不同.它们以机械的嵌合方式结合,构成万物.各种物体及其属性的差别归结为组成它们的原子的数量不同.这个理论带有朴素唯物论的色彩.伊壁鸠鲁继承和发展了德谟克利特的原子论,他的原子可以有内部组成,但仍是不可分的.罗马的卢克莱修的长诗<论物性 >系统地阐述和宣扬了伊壁鸠鲁的原子论.     

强力、弱力和电磁力的大统一(Ⅴ)

 天然放射性的发现打破原子“永恒不变”的神话之后,比原子-分子尺度要小得多的亚原子粒子陆续发现:1897年,J. J. 汤姆生通过测定阴极射线的荷质比发现了第一个亚原子粒子,称其为“微粒”,并将其所带电荷称为“电子”.     

复杂而有序的软物质

 法国物理学家德·热纳(P. G. De Gennes)(图1)在1991 年获得诺贝尔物理奖时,以“软物质”为题演讲,首次用“软物质”一词概括所有“软”的东西,包括普通的流体和当时美国学者惯常称呼的“复杂流体”,从此推动了一门21 世纪跨越物理、化学和生物三大学科的重要交叉学科的发展。     

邮票上的物理学史——原子论的确立

原子论最早是由古希腊哲学家德谟克利特 (邮票见本专栏第一篇“古希腊时期”)提出的 .他认为 ,万事万物都由原子和虚空组成 .原子既不可分 ,也不会变 ,并且没有内部组成 .不同元素的原子不同 .它们以机械的嵌合方式结合 ,构成万物 .各种物体及其属性的差别归结为组成它们的原子的数量不同 .这个理论带有朴素唯物论的色彩 .伊壁鸠鲁继承和发展了德谟克利特的原子论 ,他的原子可以有内部组成 ,但仍是不可分的 .罗马的卢克莱修的长诗《论物性》系统地阐述和宣扬了伊壁鸠鲁的原子论 .文艺复兴后 ,原子论也得到恢复 .对早期原子论做出重要贡献的…     

微观世界的研究——谈高能物理的现状

 高能物理又名粒子物理,研究物质的最基本的组成部分,也就是微观世界的粒子的性质及其相互作用、运动规律.物质究竟是由什么基本的东西所组成的,这是人类自古以来就探索的一个问题.两千多年前我国春秋、战国时代流行“五行”学说,认为世界万物都是由金、木、水、火、土五样东西所组成的.同时代的希腊哲学家提出了“原子”假说,认为万物都是由非常微小的、不可再分割的微粒所组成的,把这种微位叫作“原子”,希腊文原意是不可分割的意思.     

今日国外物理

 1 美学者提出大科学新概念美国地球物理学家罗·海津和詹·特雷菲尔提出称之为“大科学”的新概念.美国《科学》周刊根据他们新著《大科学概念》,并征集广大学者的意见.将“大科学概念”的内容归纳为28条.即:(1)宇宙发展有自身规律可预测;(2)一切运动形式均符合牛顿三大定律;(3)能量守恒不消失;(4)能量转换遵循热力学第一、二定律;(5)电磁是同种力的两种形式;(6)任何物质都由原子构成;(7)一切物质能及微粒量子特性均离散,对其中某一物理量既不能测量也不能改变;(8)物质的原子均由“电子胶水”粘合;(9)物质的状态由组成它的原子及其排列决定.     

为什么要研究物质结构

 如果没有正确的元素概念及其科学的研究,人类就会局限在“水、土、气、火”或者“金、木、水、火、土”的圈子里,任凭炼金或炼丹术士的风箱和坩埚吞云吐雾;如果不了解空气的组成,人类就不知道自己赖以生存的氧气为何物,更谈不上气体的液化和由此引出的超导、超流现象,如果没有原子、分子论的建立,就无所谓认识生物大分子ＤＮＡ（脱氧核糖核酸）的双螺旋结构,也就无所谓认识生命现象最本质的内容,如果不对原子和原子核做解剖,就不会发现“比一千个太阳还亮”的新能源,也就不会发现奥妙无穷的粒子世界．一言以蔽之,从物质的深层结构来看物质,是探索自然奥秘的一种基本而又有效的方法．     

“基本粒子”及其性质

 在1897年发现电子后的近一个世纪中,人们对物质结构基本组元的认识已前进了一大步.原子不是物质的最小单位,它由原子核和电子组成,而原子核又由质子和中子组成这样的常识已为许多人所了解.这样,在很长时间里,电子、质子、中子等粒子一直被看作是组成物质的“基本粒子”.但是,随着加速器的出现和探测技术的发展,到20世纪60年代,由于一大批共振态粒子的发现,“基本粒子”的数目猛增为上百种.从而使人们意识到,介子、重子这些一度被人们称为“基本粒子”的强子可能并不是基本的,物质结构可能存在更深一层次的基本成份.     

时空理论的演化历程

 关于空间与时间的理论,从古至今有许多的哲学家和自然科学家为其倾注许多的心智和汗水。大体上可分为三个时期。第一个时期可称为古代的探索时期中国古代的庄子就对宇宙有一个自己的看法:“有实而无乎处者,宇也。有长而无本剽者,宙也。”“有实”是指有形体的物质实在,而每一物质实在都有一定的体积、一定的外形,占有一定的空间;“无乎处”,即没有穷处,没有界限。因此,庄子所谓“宇”是指广阔无边的空间实在。“有长”是指时间而言,时间只讲长度,即古今前后,它没有上下左右;“无本剽者”,即无始又无终。因此,庄子之谓“宙”是指无始无终的古往今来。     

物理学这棵老树绽放的一朵新花:实验室真人统计物理学

 简单言之, “物理”二字的意思就是“物质之理”。不言自明, 这里的“物质”是指自然界中无智能的“物”, 例如原子、电子等。这里所说的“无智能”主要指, 这些物质没有学习能力、对外界环境没有适应性, 举个例子:若有两个原子, 沿着同一轨道相向而行, 它们必然相撞;今天撞了, 如果明天再遇到同样的情况, 这两个原子仍旧会相撞。为什么?因为这些原子没有学习能力, 它们“不长记性”、“记不住”已经发生的事情, 所以, 下次再相遇时, 该发生什么还发生什么, 换言之, 因为它们没有学习能力, 所以, 它们对外界环境也就没有适应性。事实上, 也正因为“物理”关心的是无智能的物质系统, 所以, 它们可以用简单的物理原理来描述、理解、预测, 例如牛顿第二定律、万有引力定律等。在这些原理中, 人们不必额外引入描述学习能力和适应性的物理量, 可能也正因此, 物质世界在物理学家的眼中是简单的, 物理学家总喜欢用一些简单的物理原理来解释和预言我们所在的这个物质世界。例如, 理论物理学家们正在刻苦攻关的大统一理论正是这样的一个理想的、“简单”的理论, 期望它能解释宇宙中各种自然力之间的关系。     

蝴蝶效应

 “蝴蝶效应”也可称“台球效应”,它是“混沌性系统”对初值极为敏感的形象化术语,也是非线性系统在一定条件(可称为“临界性条件”或“阈值条件”)出现混沌现象的直接原因。     

浅谈哲学与自然科学的关系

 哲学是关于宇宙观和人生观的学问,是人们对自然知识和社会知识的概括和总结．因此,哲学与自然科学和社会科学有着密切的联系．这里,以粒子物理学为例,谈谈哲学与自然科学的关系．千百年来,哲学家和自然科学家一直在探索这样的问题：我们周围的物质,从天上的星星到海边的沙粒,究竟是由什么组成的？如果人们尝试把它们一次又一次不断地分割下去,将会出现什么情况？是无限可分,还是存在最小成分？若是后者,物质的最小成分究竟是什么？不同的哲学家对这个问题作出了不同的回答．希腊哲学家德谟克利特认为,物质是由许多微小的、不可分割的单个颗粒组成的,这种颗粒称为“原子”．     

1906年9月5日:统计力学的奠基者玻尔兹曼悲剧性地离世了

 原子说主张所有的物质均由不可分割的细小质点所组成, 早在古希腊时期即有人提出。19世纪初, 道耳顿(John Dalton, 1766～1844, 英国化学、气象及物理学家)基于原子论, 提出混合气体的分压律及化合物的倍比法则之后, 原子说逐渐为人所接受。1909年, 佩兰(Jean Baptiste Perrin, 法国物理学家, 1926年获诺贝尔物理奖)实验证明爱因斯坦有关布朗运动的解释与预测, 才确立了分子的存在。     

物质微观结构的现代观念

 人类对物质微观结构的研究经历了许多世纪的艰苦努力,直到19世纪初才真正弄清了原子的内部构造。此后,经过一代又一代科学家的科学实验,对物质微观结构的认识从一个层次深入另一个层次,却始终没有找到物质微观结构的最小单元。(一)从原子到“基本粒子”中国古代的哲学家早就提出世间万物都是由“金、木、水、火、土”五种物质构成的学说。     

流体涡旋漫谈

 涡旋(vortex,过去曾译为“旋涡”,现依据全国自然科学名词审定委员会公布的《力学名词》,译为“涡旋”.)是流体团的旋转运动(见《中国大百科全书·力学卷》495 页).近代力学的奠基人之一、德国力学家普朗特(L.Prandtl)的学生、空气动力学家屈西曼(D.Küchemann) 曾经说过：“涡旋是流体运动的肌腱.”这句话是流体力学中的至理名言,深刻概括了涡旋在流体运动中的作用.普朗特的另一位学生、北京航空航天大学陆士嘉教授则更进一步地指明“流体的本质就是涡,因为流体经不住搓,一搓就搓出了涡.”这句话既道出了流体与固体的本质区别,又点明了流体运动中出现涡旋的原因.这里的“搓”,是指作用在流体上的剪切力.只要有物体(如飞行器、船舰、汽车、火车等)在流体中运动,紧贴在物面上的流体由于黏附在物面上,会被物体带着一起运动,而远处的流体却在静止中,这就产生了对流体发生“搓”的剪切力.