普朗克――量子热学的奠基人
普朗克,日本化学学家,1858年4月23日,普朗克生于加拿大基尔,在那儿渡过了他童年最初的几年岁月,1867年他全家搬到了赫尔辛基,普朗克就读马克西米利安文理学校,17岁时完成了小学的学业。
1874年,普朗克在苏黎世学院开始了他的数学学学业,他整个科学事业中仅有的几次实验是在该校化学学院士约利手下完成的,普朗克研究了甲烷在加热后的铂中的扩散,并且很快就把研究转向了理论化学学,
1877年至1878年,普朗克退学到柏林学院,在知名化学学家亥姆霍兹、基尔霍夫以及物理家魏尔施特拉斯手下学习,普朗克主要从克劳修斯的课件中自学,并遭到那位热力学奠基人的重要影响,力学理论弄成了普朗克的工作领域,1879年普朗克通过了博士论文,在论文中阐述了热力学第二定理。
1880年普朗克在阿姆斯特丹学院兼任数学讲师,继续他在热理论领域的工作,提出了热动热学公式,却没有发现这一公式在此前已由吉布斯提出过,克劳修斯所提出的“熵”的概念在普朗克的工作中处于中心位置。
1885年普朗克被基尔学院聘为理论化学特约院士,普朗克继续他对熵及其应用的研究,主要解决数学物理方面的问题在基尔这段时间,普朗克早已开始了对原子假说的深入研究。
1897年,哥廷根学院哲学系授奖给普朗克的著作《能量守恒原理》,1889年4月,普朗克抵达柏林学院,接手基尔霍夫的工作,1892年接手教职,1894年,普朗克被选为普鲁士科大学的教授。
和其他几位科学家一样,普朗克对宋体幅射问题很感兴趣,宋体幅射是描述给绝对宋体加热来做电磁幅射的术语(绝对宋体是不反射任何光而完全吸收所遇到光的物体),实验化学学家们甚至在普朗克着手研究这个问题之前就对这样的物体幅射做过认真的检测,普朗克取得的第一项成就是提出了一个拿来正确勾勒宋体幅射的相当复杂的代数公式,这个代数式完美地概述了实验数据,在明天理论化学学上仍经常使用。
然而却有一个问题:公认的数学学定理喻示存在着一个完全不同的公式,普朗克对这个问题思索事奉,总算提出了一个崭新的学说:只有假设物质幅射(或吸收)的能量不是连续的,而是一份一份地进行的,只能取某个最小数值的整数倍,估算的结果能够和实验结果相符,这个最小数值就叫能量子,因此,普朗克提出了一个重要的数学学常数――普朗克常数,以调和精典化学学理论研究热幅射规律时遇见的矛盾,每一份能量子等于普朗克常数除以幅射能量的频度。
普朗克常数在数学理论中有着重要的作用,现今被觉得是最基本的数学常数之一,它出现在原子结构学说、海森堡测不准原理、辐射学说和许多科学公式中,普朗克最初估算下来的常数数值与明天使用的仅仅相差百分之二。
1900年12月14日,普朗克在美国数学学会作了《论正常波谱的能量分布》的报告,公布了他的上述研究成果,这三天成了量子论的诞生日,基于普朗克常数的假定,他推导入宋体幅射的普朗克公式,完满地解释了实验现象,这个成就揭露量子热学的帷幕。
普朗克假说具有彻底的革命性.因而若不是他以顽固保守的化学学家而闻名,他的假说无疑会被当成一种荒谬的思想而弃之一边,尽管这一假说听上去很诡异,并且在这些特殊情况下却推导入了正确的公式。当年大多数化学学家(包括普朗克本人在内)都觉得这一假说不过是适应面很窄的一个物理假定,然而几年之后表明普朗克的概念能够应用于除宋体幅射以外的许多各类不同的化学现象,1905年爱因斯坦用这一概念解释光电效应,1913年玻尔在他的原子结构学说中也使用了这一概念。
普朗克因发觉能量子而对化学学的进展作出了重要贡献,为量子热学的构建奠定了基础,在1918年获得诺贝尔化学学奖,量子热学的发展被觉得是20世纪最重要的科学发展,其重要性可以同爱因斯坦的相对论相抗衡,通常觉得普朗克是量子热学之父,尽管他对此理论后来的发展没有起哪些作用,然而他所做的起始突破十分重要,使人们在思想上甩掉了原本的错误概念,因而他的承继人才能成立出明天这样完美的学说虽然在后来的时间里,普朗克仍然企图将自己的理论列入精典化学学的框架之下,但他仍被视为近代化学学的开拓者、量子热学的创始人、二十世纪最重要的数学学家之一。
1947年10月4日,普朗克去世,终年89岁.他的墓在哥廷根市墓地内,其标志是一块简单的方形墓碑,里面刻着他的名子,碑刻铭只有一行字“h=6.63×10-34J・s”,这也是对他毕生最大贡献――提出能量子假说的肯定。
费曼――量子电动热学的卓越贡献者
费曼,日本化学学家,1918年5月11日,费曼出生于法国伦敦市皇后区的小镇法洛克卫,他的女儿非常注意启发宝宝用科学的方法去思索,学校时代的费曼就非常喜欢物理和科学,自学了微积分和不少的科学知识,在读法洛克卫中学的最后一年,费曼获得了伦敦学院物理锦标赛的亚军,他的得分与这些名次接近的竞争者差别颇大,此事轰动裁判。
1939年费曼以优异的成绩结业于麻省理工大学,步入耶鲁学院攻读研究生,成为化学学家惠勒的中学生,其物理和化学的研究生入学考试获得满分,1942年6月获得理论化学学博士学位。
1943年费曼步入洛斯阿拉莫斯国家实验室,参与曼哈顿计划,这是一项借助核裂变反应来研发原子弹的计划,曼哈顿计划是费曼研究生涯的起点,在洛斯阿拉莫斯,费曼负责领导一个理论小组中国十大最伟大物理学家,在整个理论部成了解决麻烦问题的能手,被称为“万能博士”。曼哈顿计划科学方面的领导者奥本海默赞扬费曼是“那里最卓越的年青化学学家”,同学维格纳也说:“他是第二个狄拉克,是现今独一无二的佼佼者。”
费曼1945年开始在康奈尔学院任教.因为亲自参与了释放毁灭性的核能量,又见到挚爱的母亲过世,费曼陷人了深深的抑郁,这些情形持续了差不多三年,康奈尔学院给费曼提供了一个避风港,让他集中精力从事教学,而不要求他掏出研究成果。最终,费曼用一种完全是费曼式的方式――寻找拿来描述抛起的碟子转动和摆动之间的关系的公式,打破了抑郁的恶性循环。
19世纪40年代,费曼不受已有的薛定谔的波函数和海森堡的矩阵这两种方式的限制,独立地提出用跃迁振幅的空间一时间描述来处理概率问题,发展了用路径积分抒发量子振幅的方式,并于1948年提出量子电动热学新的理论方式、计算方式和重正化方式,提出了第三种构建量子热学的方法,费曼提出的费曼图、费曼规则和重正化的估算方式,是研究量子电动热学和粒子化学学不可缺乏的工具。
1951年费曼转到加洲理工大学,随后他的全部时间都是在加洲理工大学渡过的,在那儿他进行了最有成果的研究工作,在此期间,费曼因其诙谐生动、不拘一格的授课风格受到中学生欢迎,1963年,加洲理工大学把他的一系列讲堂搜集在一起,出版了《费曼数学学课件》,这本书马上成了精典专著,成了全世界的热卖书,这本书本来是面向加洲理工大学的一二年级中学生的,而且最能认识到这本书价值的却是数学班主任,她们从中找到了自己讲堂的灵感。所以,费曼被叫做“老师的老师”是当之无愧的。
1965年,费曼因在量子电动热学方面取得对粒子化学学形成深远影响的研究成果,与施温格、朝永振一郎共同获得诺贝尔化学学奖。
不仅量子电动热学方面的卓越贡献,费曼还构建了解决液态氦超流体现象的物理理论。以后,他和盖尔曼在弱互相作用领域,例如β衰变方面,做了一些奠基性工作,1968年,费曼通过提出高能质子碰撞过程的“部分子”模型,在夸克理论的发展中,起了非常重要的作用。
为了推动普通公众对化学学的理解,费曼撰写了《物理定理的特点》和《量子电动热学:光和物质的奇异理论》等,同时还发表了许多艰深的专业论文和专著,那些论文和专著已成为研究者和中学生的精典文献和教科书。
费曼是数学学里罕见的专才,众所周知自然界共有四种基本互相作用――引力、电磁作用、弱作用和强作用,甚少有人对四种互相作用都有深刻研究并做出重大贡献,而费曼是例外:在20世纪40年代是QED(电磁作用),50年代是液氦超流性、A-V理论(弱作用)以及引力的理解,60年代至70年代是分子理论(强作用),其中的每一项都足以获得诺贝尔奖,费曼的学术研究生涯很长,绝大多数数学学家在40岁之后对基础数学学就没有哪些重大贡献了,而费曼在60岁时,依然处在粒子化学新进展的核心。
费曼还是一位颇具建设性的公众人物,1986年,澳大利亚“挑战者号”航天客机升空一分钟后爆燃,七位机组人员全部罹难,费曼出席了调查车祸缘由的首相委员会。为了证明是因为发射时温度过高,导致密封用的橡胶O形圈丧失弹性造成燃料泄露造成车祸中国十大最伟大物理学家,费曼在议会对着公众媒体的摄像机,用一杯冷水和橡胶圈做了知名的“O形圈实验”,无可争辩地否认了导致爆燃的缘由,但是猛烈地指责了官僚做派和对真相有意无意的掩饰。
费曼最可敬的品质之一,是他对于自然的奇迹无休止的好奇心和从全新的角度看问题的能力,他喜欢观察最普通的自然现象,并找出其中的道理,费曼常说,假如一个人学会了解释简单的东西,他就懂得了解释是哪些;也就是说,他理解了科学本身。
费曼有一种特殊能力,就是能把复杂的观点,用简单的语言把它叙述下来,这促使他成为一位硕果累累的教育家,在获得的众多奖项中,他非常倍感自豪的是1972年获得的奥尔斯特教育奖状。
1988年2月15日,费曼因胸膜癌而与疾病搏斗六年后于加洲纽约与世长辞,享年69岁,化学学家贝特在悼词中说“费曼遭到的朋友和中学生的爱戴,比其他科学家都多。”逝世的第二天,加洲理工大学11进深的图书馆主楼上,学院生们悬挂了一条条幅,里面写着:“迪克,我们爱你”(迪克是费曼的爱称)。