20 世纪的物理学革命

20 世纪以来，技术的发展往往直接取决于科学的进步，而且，从整体上看，科学发现转化为技术成果的时间在缩短。在第三次技术革命中涌现的许多技术发明，大多是与 19 世纪以来科学的进步直接有关的。科学和技术的门类愈分愈细，它们之间的关系愈来愈密切。某一科学或技术领域的突破，会很快地扩展到其他科学领域或技术部门，引起科学技术进步的连锁反应；某一国某一地区的科学技术成果也会很快地传播到其他国家和地区。

自 16 世纪以哥白尼（N.Copemicus 1473—1543）的天文学革命为标志的近代自然科学诞生以来，经历了 400 余年的发展，到 19 世纪末已经形成了较为完整的经典自然科学理论体系。物理学在近代自然科学中具有特殊的地位和意义，其他的科学门类及技术的发展也都往往受物理学发展的影响和制约。

经典物理学形成于 19 世纪末，经典力学、热力学和经典的电磁理论是经典物理学三大支柱，它们成为近代技术中机械技术、热机技术、电力技术和通信技术的科学基础。但是，经典的物理学理论在 19 世纪末遇到了“危机”。人们发现，经典物理学的理论不是普遍适用的，它有一定的适用界限，即仅适用于物体运动速度远小于光速的宏观系统。19 世纪末的一系列新发现（电子、X 射线、放射性）更加深了这场“危机”，而用经典辐射理论解释光以太模型的困难，则成为现代物理学革命的直接诱因。

从 1900 年普朗克（M.K.E.L. Planck 1858—1947）量子假说出现到 1927 年量子力学的创立、爱因斯坦（A. Einstein1879—1955）相对论的提出以及与此同时形成的原子结构理论，解决了这场危机。量子力学和相对论成为现代物理学的基本理论，而建之于现代物理学基础之上的固体物理学、无线电电子学、核物理以及高分子化学和分子生物学，则为第二次世界大战前后许多新技术的形成和发展提供了坚实的科学根据。科学发现与技术发明的关系已经十分密切，其中独居典型的是，某类技术发明只能是科学原理上的重大突破。

世纪，人们普遍认为原子是物质不可再分的最小微粒，是刚性的不可入的，经典物理学就是以此为基础建立起来的。1897 年，英国物理学家汤姆生（J.J.Thomson1856—1940）通过实验发现电子后，突破了这一传统观念，认识到原子是有结构的。不久后，英国物理学家卢瑟福（E. Rutherford 1871

—1931）于 1911 年发现了质子。1932 年卢瑟福的学生查德威克（J.Chadwick l891—1974）发现了中子，由此使人们进一步认识到原子核也有其结构。1919 年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，第一次得到人工核蜕变生成的物质——氧

-17 的原子核。1934 年，法国科学家约里奥·居里（J.J.Curie l897—1956）

用α粒子轰击铝原子，发现了放射性同位素磷-30。这些事实证明了原子核的结构在一定的情况下是可变的。

意大利物理学家费米（E. Fermi 1901—1954）考虑到中子不带电性，可以更好地接近被轰击的原子核，因此于 1935 年开始进行用中子轰击原子核的人工核反应实验。通过实验发现，当用石墨或水使中子减速后再去轰击原子核时，由于中子与原子核接近的时间较长，因此中子容易被原子核俘获而增大了核反应的可能性。

德国物理学家哈恩（O.Hahn 1879—1968）在分析费米用中子轰击铀产生的裂变物质时，发现了放射性的钡。但是在开始时由于没有能力分离出来，还错误地认为可能是镭或锕的同位素。哈恩把实验情况告诉了为逃避纳粹迫害而流亡在瑞典斯德哥尔摩的奥地利物理学家梅特纳（L.Meitne1878 — 1968），梅特纳提出了“铀的稳定性很小，铀核俘获一个中子后会分裂成大致相等的两个原子核”的结论。不久后，梅特纳的侄子弗利施（O.R.Frich 1904

—）即用实验证明了铀核裂变后的这两部分是钡和氪。梅特纳和弗利施在细胞分裂的启示下，把这一反应称做“核裂变”1939 年 1 月，梅特纳和费利希在英国《自然》杂志上公布了这一发现和结论，并根据爱因斯坦 1905 年提出的质能关系式，预言了铀核裂变会放出大量的能量——原子能。

当时，流亡到美国的费米和丹麦物理学家波尔（N.H.D.Bohr l885— 1962）对这一发现立即进行了研究。费米于 1939 年提出了链式反应的设想，同时法国的约里奥·居里和美国的哈尔班（H.von Halban l877—1947）等人又发现铀核分裂时，在释放出大量能量的同时，还会放出 2～3 个中子，由此确认了链式反应的可能性，为人类利用原子能开辟了道路。

当然，还不能认为 20 世纪出现的其他新技术都与科学有如此深刻的相互交融关系。但是一般说来，科学的发展对技术的促进作用是极大的，而且，技术的复杂化也往往需要有多门科学、多项技术的新突破、互相配合和综合运用。如果没有 40 年代以来控制论、信息论、决策论、博奕论、概率统计、系统论等新理论的出现，仅有电子计算机还不可能完成生产自动化和管理自动化的任务。同样，如果没有火箭技术、耐高温材料、遥控、遥测、遥感、电子计算机等技术的进步，航天技术也不可能有大的发展。