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日志

中国是如何与康普顿家族搭上关系的

热度 6已有 352 次阅读2014-2-2 18:00 | 康普顿, 中国, 如何

      1921年吴有训考取江西官费留学,1922年赴美入芝加哥大学,次年,康普顿效应的发现者阿瑟康普顿(Arthor Holly Compton ,1892—1962 )到这所大学任物理系教授,吴有训成为他的研究生。

        1923年5月,康普顿在圣路易斯的华盛顿大学宣布X 射线被电子散射后波长变长的事实,并且用量子理论作出解释。这一发现立即引起科学界的轰动,因为这是涉及量子理论的一个极其新颖的实验事实。有的科学家为之欢呼,但也有一些科学家站在经典物理学的立场上,对量子理论抱有成见,在新事物面前持怀疑态度,他们怀疑康普顿效应的真实性。就在这年年底,在《美国科学院院刊》上连续刊登两位美国物理学家的重头论文,宣称没有观测到康普顿所述的现象,只有他们所谓的“三次效应”,其谱线十分精细而杂乱,根本不遵循康普顿提出的规律。这等于怀疑康普顿的发现是假的。这些论文的作者之一是美国著名的X射线专家、哈佛大学教授杜安(William Duane),他在国际上很有名望,吴有训的老师胡刚复正是在他的指导下获得博士学位的。由杜安出面对康普顿效应提出否定的论断,对于康普顿和他的合作者显然是一场严重的挑战。

       吴有训勇敢地接受了这一挑战。他改进了康普顿的方法,用多种材料作为散射物,分别进行X 射线散射实验,取得了大量确凿的实验数据,证明康普顿效应对所有物质都是有效的,他以雄辩的事实无可置疑地证实了康普顿效应的普遍性。可是杜安等人并未服气,他们又提出一个论点,说康普顿宣称的效应可能是由于X 射线管是放在镶有木材的箱子里,木材含有碳氢化合物,因而造成了假象针对这一论点,吴有训又做了对比实验,证明“箱子效应”并不存在。这样一来,吴有训就成了康普顿-杜安之争中人们密切关注的人物。因为正是这位年轻的中国学者做出了解决这场争论的关键实验。他的论文在美国、英国和德国的杂志上发表,他的实验结果被许多书刊转载或引述。

注:这就是牛逼,杜安在X 射线方面真是权威。牛逼,佩服。然后你大骂一声,中国的科学就是臭狗屎,是屎。

        1925年11月27日美国物理学会第135届会议在芝加哥大学举行。吴有训的《康普顿效应中变线与不变线间的强度分布》一文作为首篇论文在会议上宣读。

        所以对吴健雄的实验才能不要惊讶 ,吴有训也不差,呵呵

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       1909年,胡刚复被录取为首批庚款留美学生。同年入美国哈佛大学物理系。在大学期间,他爱好体育,为哈佛大学校足球队队员,练就了好的体魄。 1913年大学毕业,获奖学金入哈佛研究院,在W.杜安(Duane)教授指导下从事镭提纯工作,并在亨廷顿癌症医院(Huntington Cancer Hospital)从事癌症放射性临床治疗。

   胡刚复抵美期间对于学习数理化中的哪一科,认真进行了选择。他同样酷爱数理化三科。出于科学救国、实业救国的抱负,他认为物理学不但是 严正科学的典范,而且与工程生产实业关系最为密切,因此决心学习物理。

      
他在1913―1914年从事镭提纯及其临床放射治疗的工作,实践了他对科学最终应 为人类幸福服务的信念。

       1914年胡刚复转入当时的物理前沿X射线领域进行实验研究。他和杜安教授合作,研究了X射线K线系与化学元素原子序数的关系。其 重要学术成果有:一、用布喇格方法精确测定了原子序数自25至34的元素K线的临界吸收波长。他以电子速度和原子序数作图,提高了莫塞莱定律的精度,验明 了X射线临界吸收频率、吸收体内临界电离频率、X射线管中由激励电子能量确定的临界X射线频率和最高特征发射频率都相等;

        二、首次在X射线频率范围内测定 了光电子在不同方向的速度分布和X射线散射的空间分布及其光谱特性,明确了选择性光电效应和选择散射的存在,确定了X射线光电子的最大发射速度。这些成果 对于确定X射线谱项结构、揭示原子发射X射线的机制、理解原子内层电子构造都有重要意义。

         此外,在1923年陪同德国科学家普朗克来中国讲学。讲学时用到entropy一词,胡刚复在翻译时灵机一动,把“商”字加火旁来意译此词,创造了“熵”字,发音同“商”。

        据老校友回忆,南京东南大学和他兼职的上海大同大学在1920年已有供学生用的很好的物理实验室。

       1918年回国后,他是中国科学社名词审查委员会的主要成员,有关电位、熵等一大批名词的定名以及市制度量衡单位(如时间秒,1市尺=1/3米,1市斤=1/2公斤)的确定,他均做出了重要贡献。

        在他的学生中,有一大批为我国科学和科学教育做出重大贡献的著名科学家,如吴有训、恽子强、严济慈、吴学周、赵忠尧、柳大纲、施汝为、顾静徽、钱临照等。

        当时王葆仁辞去同济大学理学院院长来浙江大学任化学系主任,就是因为浙江大学化学系的研究条件好,理学院各系图书、设备也都很好。胡刚复的科学教育思想是 在通才教育和因材施教的基础上特别强调基础理论和实验训练,并要求开好基础课和反映科学前沿的课程。他对工科师生一贯强调要有坚强的理科根底。一方面加强 实验研究设备,另一方面则为自己动手制作教学研究用的装置,设有良好的金工、吹玻璃、磨玻璃和无线电电子工场,请高级技师和青年助教参与工场实习和实验技 术教育。他要求学生选课时到他那里签字,用这种方式指导学生按个人志趣、特长和优缺点作出最佳选择,以提高学习效果或作跨学科领域的学习。这种对理学院每 个学生所进行的查成绩选课的面谈,往往每人半个小时以上,甚至长达半天。在他的谆谆指导下,不但物理系培养出了如程开甲、胡济民、李政道、李文铸等一大批 物理学家,还培养出了一些从事生物物理研究的高级人才,如梅镇安便是第一位。

         William Duane  ——因为致力于把X射线应用于癌症治疗,成为美国历史上第一个生物物理学(bio-physics)教授。William Duane 是咱们中国实验物理的祖师爷。
      

  1946年胡刚复被委派率学生前往英国学习雷达技术,为我国培养第一批雷达高技术人才。


  在英国期间,他每周均到剑桥听课,听微波原理和听他以前没有正规学过的量子力学、电动力学和统计力学等课程。他的伤寒病后遗症(耳朵失 聪)在战后冬季无取暖条件的英国更为加重,以致每次听课坐在第一排方能勉强听见。1948年他借道美国,考察了美国的战后科学研究,特别是核物理、高能物 理的进展。1948年11月回到杭州。不久,他便和竺可桢一起到达上海,坚决抵制当局要他们撤到台湾的安排,而留在祖国大陆。


  1950年上海大同大学解体,他辞去了大同大学校长和浙江大学的教职,应茅以升之聘去唐山交通大学和北洋大学任教。1952年院系调 整,他被聘为南开大学物理系教授。他在北洋大学、南开大学期间,教授过光学、近代物理、X-射线金属学等多门课程。为了开好不甚熟悉的金属学,有一段时期 他每周乘火车从天津来到北京,听国内金属物理学家所授金属学课程。


  1963年他到东北考察,在哈尔滨军事工程学院作了以“科学实验”为名的报告,这是他一生所作的最后一次报告。


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        叶企孙在哈佛大学读研究生时主要参与了一个项目,就是用X射线测定普朗克常数,论文《A re-measurement of the Radiation constant, h, by means of X-Rays(用X射线法重新测量普朗克常数)》发表于1921年的PNAS(美国科学院院报)上;测定h值的工作由三人完成,发表时的排名次序为,William Duane,H.  Palmer和叶企孙。第一作者,也是项目发起者,William Duane,是哈佛教授——因为致力于把X射线应用于癌症治疗,成为美国历史上第一个生物物理学(bio-physics)教授。早在1917 年,Duane就曾经和F. Blake用类似方法测量定过h值,测量结果发表在当年的Phys. Rev. (物理学评论)上。1921年的实验其实是在原实验基础上进行的改良,目的是为了提高精度


        值得一提的是叶企孙和他的合作者的这次测量值在1935 年A.H.康普顿(A.H.Compton)的名著《Xray in Theory and Experiment》一书中称它“是一次对普朗克常数的最可靠的测定.”一般认为在1937年以前该h 值被物理学界采用达16 年之久. 叶企孙等人的工作是国际公认的第四次对普朗克常数h测定. 1929 年,专门研究基本常数的伯奇(Birge) 用叶企孙等人的实验数据和e, c, d 的新数值算出h =(6.559 ± 0.008) × 10-34 J·s, 并指出误差主要来自e值的误差.这表明叶企孙等人用X 射线法测h 的实验数据是当时的最佳数据.只是由于e 值的改进, 叶企孙与其合作者在1921 年给出的h 值也随之做了修改,所以沿用的年数实际只10 年多些. 伯奇是第一个用最小二乘法处理基本常数的人, 他在1929 年所给出的基本常数,包括采用叶企孙等人的数值算出的上述h, 在随后许多年内为物理学界所公用.


        中国教育史上有一个鼎鼎大名的胡氏家族,胡敦复、胡明复和胡刚复,要不是胡明复溺水了,就没熊庆来什么事了清华以前都是留美的嘛,就熊庆来是留法的,是一个异类。熊庆来是叶企孙请来的。

        其实这是开玩笑的话,当时请胡明复了,胡明复不来,他要协助他大哥胡敦复创办大同大学。胡刚复主持物理系.他不仅在大同大学任课,也去南洋公学(今上海交通大学)、南洋中学以及南京东南大学兼课.

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         估计吴有训那时候中国的理论物理还是比较差的,中国的数学一直非常差,直到熊庆来。其实中国数学好,还没几年。

         中国的实验物理是来自美国,理论物理是来自德国,数学是从法国来的。

        后来好像中国人擅长理论是因为穷,经济条件不好。

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注:

叶企孙的两篇论文都是关于测量的,《用X射线法重新测量普朗克常数》发表于1921年的PNAS(美国科学院院报)上。

William Duane,H. H. Palmer,and Chi - Sun Yeh,A Re - measurement of the Radiation Constant,h,by means  of X - Rays,Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,7 ( 8) ,August,1921,pp.237 - 242;

《流体静压力对铁、钴、镍的磁导率的影响》,发表在美国文理科学院院报上,  他的博士导师, 1946 年诺贝尔奖获得者P. W.Bridgman 教授

 Chi - sun Yeh,The Effect of Hydrostatic Pressure on the Magnetic Permeability of Iron,Cobalt,and Nickel,
Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences,Vol. 60,No. 12,Dec. ,1925,pp. 503 - 533。

       高压物理的研究对象多数是凝聚态物质,所以,高压物理学实际上主要是指在高压这种极端条件下的凝聚态物理学。高压物理被划为一门学科还因为高压力的产生和高压下各种物理行为的检测,都需要发展特殊精巧的专门的实验技术和方法。 

        最早的高压物理实验可以追溯到1762年,坎顿对水的压缩性实验。但直至19世纪末,阿马伽创建了活塞式压力计,并打下了压力计量基础以前,高压实验基本上仅限于对液体压缩性的观察。之后,塔曼利用体积随压力变化时所出现的不连续现象,以测定固体的熔点与相变点,开创了高压相变的研究。理查兹于1903年改进压缩率的测量方法,证实原子的可压缩性

        在以上的近150年间,高压物理一直是在五千大气压以内的范围中进行的,这是高压物理的草创时期。1906年以后,布里奇曼进一步推动了高压实验技术的发展,并对固体的压缩性、熔化现象、力学性质、相变、电阻变化规律、液体的粘度等宏观物理行为的压力效应进行极为广泛的系统的研究。雅各布、劳逊发展了高压下物质 X射线结构分析技术;劳逊与纳赫特里布研究了固体中原子扩散的高压效应。这样,就初步形成了以原子行为为基础的高压物理的研究内容。

        十九世纪的科学家很少对哲学发生兴趣,就连对马赫的哲学也是一样。他们大半以为他们所研究的是事物的实在,而可能的科学探讨的主要轮廓已经是永远地规定好了。物理学家需要做的工作好象仅仅在于增加量度的精确程度,和发明一种容易了解的方法,来说明以太(luminiferous  aether)的性质。

        正如罗马法的存在使得秩序的理想在整个混乱时代和中世纪得以维 持不坠一样,经院哲学也维持了理性的崇高地位,断言上帝和宇宙是人的心灵所能把握,甚至部分理解的。这样,它就为科学铺平了道路,因为科学必须假定自然是 可以理解的。文艺复兴时期的人们在创立现代科学时,应该感谢经院学派作出这个假定。

       不过,新的实验方法的本质,是离开完全理性的体系而诉诸无情事实的裁判——这些事实与当时可能的任何哲学综合都毫无 关系。自然科学在其探讨的中间阶段,可以使用演绎推理,归纳推理也是它的方法的主要部分,但是,由于科学主要是经验性的,它归根到底不得不诉诸观察和实 验。它不象中世纪的经院哲学那样凭借权威接受一种哲学体系,然后再依据这个体系来论证种种事实应该如何如何。人们有时以为中世纪的哲学和神学不是充分运用 理性的,其实不然。它们的结果是运用逻辑方法从它们认为是权威的和肯定的前提中演绎出来的。这些权威的和肯定的前提就是教会所解释的圣经以及柏拉图和亚里 斯多德的著作。另一方面,科学则依靠经验,它所用的方法就和填补字谜画时所用的方法一样。科学也要运用理性来解决确定的谜团问题,并形成唯一可能的有限的 综合和学说但是,观察或实验既是研究的起点,也是最后的裁判者


        十九世纪最后十年以前,物理科学一直循着第六章所叙述的发展路线前进(十九世纪的物理学)。当时以为物理学的主要框架已经一劳永逸地构成了。以后 需要做的一点点工作就只是把物理常数的测量弄得再准确一些(小数点后面的数字再推进一位),并把看起来往往很快就能解决的以太(luminiferous  aether)结构的研究工作再推进一 步。二十世纪的前三十年,这一牛顿的体系渗入新的物理学学说中。在解释实验的结果时,起初这一体系唯一无二的学说,后来便和其他学说并用。慢慢地才发现还 需要一些全新的概念。

       新物理学可以说是从1895年慕尼黑伦琴(Wilhelm KonradRontgen,1845-1923年)教授发现X射线时开始的。在这以前,已经有很多人对气体中的放电进行实验,特别是法拉第、希托夫、盖 斯勒(Geissler)、戈尔茨坦(Goldstein)、克鲁克斯等人和后来的人J.汤姆生(1856-1940年),即剑桥大学三一学院的主任教授 约瑟夫·汤姆生爵士。但是只有持具远见的人才觉得这些实验重要,而最先引起物理学家注意这些实验的,便是伦琴的工作。


        伟大发现之出于偶然,常较一般人所想象的为少(大部分发现都不是偶然的)不过伦琴找到X射线的踪迹却是偶然的,这件事的确迟早要发生,但仍然 是偶然的。伦琴发现紧密封存的底片虽丝毫不暴露在光线下,如果放在高度真空的放电管附近,仍然会变灰黑而至毁坏。这说明放电管内发出某种能穿透底片封套的 光线。


        伦琴发现,一个涂有磷光质,如铂氰酸钾的幕屏放在这种放电管附近时,即发亮光;金属的厚片放在管与磷光屏中间时, 即投射阴影,而轻的物质,如铝片或木片,平时不透光,在这种射线内投射的阴影却几乎看不见。所吸收的射线的数量似乎大致和吸收体的厚度与密度成正比。真空 管内的气体愈少,则射线的贯穿性愈高。具有相当“硬度”的射线,可使肌肉内的骨骼在磷光片或照片上投下阴影。因此,在有了适当的技术之后,这一事实对于外 科医术,就具有无上的价值。



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发表评论 评论 (1 个评论)

回复 coo 2014-2-2 22:29
后来好像中国人擅长理论是因为穷,经济条件不好- 不完全是。几个大地方还是很有钱的。中国人缺乏动手的传统,尤其是动手和动脑的结合。光动手是工匠,和动脑结合才是科技

中国缺乏的是条例化的传统。想将技术固定下来就离不开条例化,定量化。应用数学和统计的应用不足,或者忽略造成的。

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