在近代历史之上，中华民族一次又一次遭受苦难，中华民族得到锻炼，中华民族不屈不挠的抗战精神使人们在1949年迎来新的转折点。侵略战争并没有使中华民族停滞不前。相反，他们把我国带回了一个新的世界舞台。此后，中国进行了改革开放，科技也取得了长足进步，综合实力稳步提升。在这样一个繁荣的社会环境之下，中国的经济市场越来越活跃，国家也意识到了科技的重要性。
只有通过不断的自主研发，中国的科技才能不断进步，从而在国际市场之上获得更大的竞争力和话语权。中国的科技发展历程并不是很顺利，但从芯片研发的角度来看，却出现了一段愤怒的插曲。他曾经肩负着中华民族的重任，却反过来骗取了国家11亿元的研发经费，甚至使中国芯片研发发展停滞了13年。这样的罪行对他的生活有什么影响？他现在过着怎样的生活？
当我国科技刚刚进入正常发展轨道时，虽然我国的制造技术已经得到世界大多数国家的认可，但并不善于在国际之上发展科技。可以说，在本质之上，中国只是一个巨大的加工厂。如果不能改造成真正的生产工厂，其经济效益将微乎其微。而在这些高科技领域，中国的芯片生产领域处于非常落后的状态。因此，中国在这一技术领域只能拿到10%左右的加工费，而更多的经济效益是由国外的研发商获得的。
为了进一步提高我国的科技水平，我国在这条道路之上投入了大量的资金成本。国家高度重视科学家的研究成果，希望中国能尽快走出这一困境。但是，芯片生产技术不能仅仅通过改进来提高。当时，真正能够引领芯片技术实现质的飞跃的研究者屈指可数，阻碍中国芯片发展的就是其中之一。陈进是同济大学毕业的尖子生。大学毕业之后，他到美国留学，进一步学习计算机相关专业知识。他还获得了该专业领域的硕士学位和博士学位。凭借自己的能力，他在美国一家半导体公司找到了一份工作。当时，这样的机会非常难得。这足以看出陈进在计算机领域非常出色。
当时中国缺少这样的人才，所以陈进受到国内许多科研团队的邀请，最终加入了上海交通大学的芯片研究团队。随后，他在半年之内成功研制出了一种新型芯片“汉森一号”，震惊了当时整个学术界。在短短的半年时间里面，他打破了所有人对他学术工作的疑虑。人们越来越相信他，相信他能引领中国芯片技术走向世界舞台。
正是因为他对“汉新一号”的成功研发，他在国内学术界的声誉瞬间上升，成为芯片研究领域的传奇人物。后来，陈进经常以研究为名向国家申请大量研究经费，随后又成功研制出更多的芯片，赢得了芯片界的尊重和认可。很快人们就发现陈进所谓的研究成果被他偷走了。他将公司最新版本的芯片，印上自己的标志，以进一步挤压国家资金。事件一经曝光，就激起了全国人民的愤怒，陈金从祭坛之上坠入深渊。
这一事件对当时的中国产生了深远的影响。由于当时中国的技术还不发达，资金也不是很充足，陈金多年用以共骗取了11亿的科研经费。他不仅使中国损失了11亿，而且阻碍了其他研究的发展。但在犯下如此令人发指的罪行之后，他成功逃往美国，成为这三家公司的大股东。很多人认为，尽管这一事件已经过去了很长一段时间，但陈进的罪行不会随着时间的推移而消失。人们仍然希望有一天国家会逮捕陈金。
北京时间10月5日下午5点50分许，瑞典皇家科学院决定将2021年的诺贝尔物理学奖授予日本籍科学家 Syukuro Manabe 、德国科学家 Klaus Hasselmann 和意大利科学家 Giorgio Parisi ，以表彰他们“ 对我们理解复杂物理系统的开创性贡献 ”。
2021年的诺贝尔奖单项奖金为1000万瑞典克朗 （约合736万元人民币） 。
过去6年诺贝尔物理学奖得主名单
2020年，诺贝尔物理学奖将一半颁给了罗杰·彭罗斯 (Roger Penrose)以表彰其给出的 黑洞形成的证明，并成为广义相对论的有力证据。 另一半由赖因哈德·根策尔 (Reinhard Genzel)、安德烈娅·盖兹 (Andrea Ghez)共享，表彰他们在 银河系中心发现超高质量高密度物质。
2019年，美国普林斯顿大学教授吉姆·皮布尔斯（James Peebles）、瑞士日内瓦大学教授米歇尔·麦耶（Michel Mayor）和日内瓦大学教授迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz）获奖， 理由是“他们在天体物理学方面的发现”。
2018年，美国科学家亚瑟·阿斯金（Arthur Ashkin）、法国科学家杰哈·莫罗（Gerard Mourou）和加拿大科学家唐娜·斯特里克兰（Donna Strickland）获奖， 理由是“在激光物理领域的突破性发明”。
2017年，三名美国科学家雷纳·韦斯、基普·索恩和巴里·巴里什获奖，理由是“ 在LIGO探测器和引力波观测方面的决定性贡献 ”。
2016年，三位英美科学家大卫·索利斯、邓肯·霍尔丹、迈克尔·科斯特利茨获奖，理由是 “理论发现拓扑相变和拓扑相物质” 。
关于诺贝尔物理学奖的小知识
作为根据诺贝尔遗嘱设立的五大奖项之一， 物理学奖被授予“在物理学领域作出最重要发现或发明的人” ，与其他诺贝尔奖相比，物理学奖的荐举和甄选过程更长、更缜密。诺贝尔物理学奖规则规定，获奖者的贡献必须“已经受时间的考验”。这意味着诺贝尔委员会 往往会在科学发现的数十年以后才会为此颁发奖项。 自1901年设立至今，诺贝尔物理学奖已走过百年历程，记录了物理学发展史上的无数个里程碑，已成为人类文明不可分割的一部分。
根据规定，一项诺贝尔奖 最多可以颁给两项不同的成就，奖金将均分。 而如果一项成就是由2到3个人共同完成，那么奖金将联合授予他们。一份奖金最多由3人分享。
自1901年至2020年，诺贝尔物理学奖项已颁发114次，其中，1916年、1931年、1934年、1940年、1941年和1942年这6年未颁奖。正如组委会所说：“如果候选人的贡献没有达到要求，那么奖金就会被保留至第二年。如果第二年仍没有合适的人选，那么，奖金将回流至基金会的初始基金里。”此外，在两次世界大战期间，诺贝尔奖也鲜少颁发。
俗话说，出名要趁早。迄今为止，诺贝尔物理学奖最年轻的获奖者是 劳伦斯·布拉格 。1915年， 年仅25岁 的他凭借用X射线研究晶体内原子和分子结构的贡献，与父亲亨利·布拉格共同获得诺贝尔物理学奖。
迄今，诺贝尔物理学奖最年长的获奖者是 亚瑟·阿什金 ，他在2018年获得诺贝尔奖时已经 96岁 。获奖理由是“在激光物理领域的突破性发明”。
在诺贝尔奖 历史 上，获得两次诺贝尔物理学奖的是美国物理学家 约翰·巴丁 。1956年约翰·巴丁因对半导体的研究和对晶体管效应的研究荣获诺贝尔物理学奖。1972年他因超低温理论再次荣获诺贝尔物理学奖。
复杂系统的特点是随机性和无序性，难以理解。今年的奖项表彰描述它们和预测它们长期行为的新方法。
地球气候是一个对人类至关重要的复杂系统。真锅淑郎展示了大气中二氧化碳含量的增加如何导致地球表面温度升高。在1960年代，他领导了地球气候物理模型的开发，并且是第一个 探索 辐射平衡与气团垂直输送之间相互作用的人。他的工作为当前气候模型的发展奠定了基础。
大约十年后，克劳斯·哈塞尔曼创建了一个将天气和气候联系在一起的模型，从而回答了为什么气候模型在天气多变且混乱的情况下仍然可靠的问题。他还开发了识别特定信号、指纹的方法，自然现象和人类活动都在气候中留下印记。他的方法已被用来证明大气温度升高是由于人类排放的二氧化碳。
1980年左右，乔治·帕里西在无序的复杂材料中发现了隐藏的模式。他的发现是对复杂系统理论最重要的贡献之一。它们使理解和描述许多不同的、显然完全随机的材料和现象成为可能，不仅在物理学中，而且在其他非常不同的领域，如数学、生物学、神经科学和机器学习。
“今年获得认可的发现表明，我们对气候的了解建立在坚实的科学基础之上，基于对观测的严格分析。 今年的获奖者都为我们更深入地了解复杂物理系统的特性和演化做出了贡献 。 ”诺贝尔物理学委员会主席托尔斯·汉斯·汉森说。
为复杂世界寻找最简科学规律
乔治·帕里西摘得诺奖并不意外。实际上这位科学家学术主页现实的引用次数已经超过 9万 ， 此前他斩获了除诺奖之外的几乎所有科学奖项中的物理学奖 。“帕里西是非常有影响力的理论物理学家，他通过统计物理和复杂系统的方法开展研究”， 上海交通大学自然科学研究院和物理与天文学院教授张何朋 解释，“一般晶体中的原子按照周期性结构排列，但很多复杂系统没有这种晶体中的空间序、且处在随机性很强的热力学非平衡态，这使得一些传统的物理研究方法难以在复杂系统中奏效，但帕里西发展了很多方法研究无序、随机的复杂系统。”
今年帕里西还获得沃尔夫奖，颁奖词这样评价：“他的工作对物理学不同分支有极大的影响，包括粒子物理、临界现象、无序系统、以及优化理论和数学物理。” 张何朋认为，复杂系统的研究进展需要多学科的融合和交叉；随着大数据、计算能力等方面的发展，这一领域也将迎来快速推进，帮助科学家 探索 出更好地探究真实世界的新研究范式。
值得注意的是，帕里西的研究非常有趣，有些超出了传统物理研究的范畴，比如纸张燃烧后不规则的边界、和谐飞舞的鸟群等。“这些起源于生物学和材料学的问题至今还未有完整的解答，物理学家积极介入这些交叉研究，试图为复杂问题寻找到最简单、最普适的模型和机制，帮助人类更好地认识世界”，张何朋说，而目前， 这些领域也有中国科研团队在努力 。
诺贝尔物理学每年评选和颁发一次，其中有 6 年因故停发（1916年、1931年、1934年、1940-1942年）。截至2020年，诺贝尔物理学奖共颁发 114 次，共有 215 人获得该奖。美国物理学家 约翰·巴丁 ，因晶体管效应和超导的BCS理论在1956年和1972年两度获奖，是唯一一位“梅开二度”的科学家。
2020年，诺贝尔物理学奖的一半由 罗杰·彭罗斯 获得，另一半由 莱因哈德·根泽尔 和 安德里亚·格兹 共同获得。三位科学家因 发现了银河系中心的超大质量致密天体 而获奖。咖啡师也从世界顶尖科学家论坛（WLF）获悉，莱因哈德·根泽尔已经应邀出席11月初召开的第四届世界顶尖科学家论坛，并在大师讲堂上分享自己的黑洞研究。
数据显示：诺贝尔物理学奖仅授予1人的，出现了 47 次；授予两人的，共出现了 32 次；授予三人的，出现了 35 次。近年来，两人或者三人获奖的频率大大增加，上一次独享诺贝尔物理学奖的物理学家还要追溯到1992年获奖的乔治·夏帕克。
迄今为止，最年轻的诺贝尔物理学奖获得者是威廉·劳伦斯·布拉格，获奖时是 25 岁。1915年，他和他的父亲威廉·亨利·布拉格同时获奖；2018年，亚瑟·阿斯金以 96 岁高龄获奖，是诺贝尔物理学奖得主中的最年长者。
统计表明：诺贝尔物理学奖得主中，20-29岁的仅1人；30-39岁的有23人；40-49岁的获奖人数最多，达到了55人；50-59岁也是获得诺贝尔物理学奖的“高峰期”，有52人；60-69岁有43人；70-79岁有26人；80-89岁出现了15位获奖者；而90-99岁同样仅1人。
历史 上曾有 4 名女性获得诺贝尔物理学奖，分别是我们熟知的“居里夫人” 玛丽·居里 、德裔美国物理学家 玛丽亚格佩特·梅耶 、2018年的得主 唐娜·斯特里克兰 和去年的得主 安德里亚·格兹 。其中，玛丽·居里两度获得诺奖。1903年，居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而共同获得诺贝尔物理学奖。1911年，居里夫人因发现元素钋和镭再次获得诺贝尔化学奖，成为世界上第一个两获诺贝尔奖的人。
有学者表示，相较其它自然科学奖项，诺贝尔物理学奖的规律性较为明显：宇宙天体物理学、粒子物理学、原子分子及光物理学和凝聚态物理学这四大领域轮番登场。不过近几年，天体物理登台频率较高——2015年是粒子物理成果获奖；
（呵呵，有些长，请您耐心看。好么？）(1) 原子研究发展史
BC400年希腊哲学家德谟克列特提出原子的概念。
1803年道尔顿提出原子说。
1833年法拉第提出电解定律,此暗示原子带电,且电可能以不连续的粒子存在。
1874年司通内建议电解过程被交换的粒子叫做「电子」。
1879年克鲁克斯从放电管(高电压低气压的真空管)中发现阴极射线。
1886年哥德斯坦从放电管中发现阳极射线。
1897年汤姆生证实阴极射线即阴极材料上释放出的高速电子流,并测量出电子的荷质比。e/m=1.7588 × 108 库仑 / 克
1909年米立坎的油滴实验测出电子之带电量,并强化了「电子是粒子」的概念。
1911年拉塞福的α粒子散射实验,发现原子有核,且原子核带正电、质量极大、体积很小。其条利用(粒子(即氦核)来撞击金箔，发现大部分(99.9％)粒子直穿金箔，其中少数成大角度偏折，甚至极少数被反向折回(十万分之一)。
1913年莫士勒从 X 一射线光谱波长的关系,建立原子序概念。
1913年汤姆生之质谱仪测量质量数 , 并发现同位素。
1919年拉塞褔发现质子。其利用α粒子撞击氮原子核与发现质子 接著又用α粒子撞击棚 (B) 、氟 (F) 、铝 (A1) 、磷 (P) 核等也都能产生质子,故推论「质子」为元素之原子核共有成分。
1932年查兑克发现中子。其利用α粒子撞击铍原子核
1935年汤川秀树发现介子理论，这种介子使原子核稳定。
1897年，J.J.汤姆逊在研究阴极射线的时候，发现了原子中电子的存在。这打破了从古希腊人那里流传下来的“原子不可分割”的理念，明确地向人们展示：原子是可以继续分割的，它有着自己的内部结构。那么，这个结构是怎么样的呢？汤姆逊那时完全缺乏实验证据，他于是展开自己的想象，勾勒出这样的图景：原子呈球状，带正电荷。而带负电荷的电子则一粒粒地“镶嵌”在这个圆球上。这样的一幅画面，也就是史称的“葡萄干布丁”模型，电子就像布丁上的葡萄干一样。
1910年，卢瑟福和学生们在他的实验室里进行了一次名留青史的实验。他们用α粒子（带正电的氦核）来轰击一张极薄的金箔，想通过散射来确认那个“葡萄干布丁”的大小和性质。但是，极为不可思议的情况出现了：有少数α粒子的散射角度是如此之大，以致超过90度。对于这个情况，卢瑟福自己描述得非常形象：“这就像你用十五英寸的炮d向一张纸轰击，结果这炮d却被反d了回来，反而击中了你自己一样”。
卢瑟福发扬了亚里士多德前辈“吾爱吾师，但吾更爱真理”的优良品格，决定修改汤姆逊的葡萄干布丁模型。他认识到，α粒子被反d回来，必定是因为它们和金箔原子中某种极为坚硬密实的核心发生了碰撞。这个核心应该是带正电，而且集中了原子的大部分质量。但是，从α粒子只有很少一部分出现大角度散射这一情况来看，那核心占据的地方是很小的，不到原子半径的万分之一。
于是，卢瑟福在次年（1911）发表了他的这个新模型。在他描述的原子图象中，有一个占据了绝大部分质量的“原子核”在原子的中心。而在这原子核的四周，带负电的电子则沿着特定的轨道绕着它运行。这很像一个行星系统（比如太阳系），所以这个模型被理所当然地称为“行星系统”模型。在这里，原子核就像是我们的太阳，而电子则是围绕太阳运行的行星们。
但是，这个看来完美的模型却有着自身难以克服的严重困难。因为物理学家们很快就指出，带负电的电子绕着带正电的原子核运转，这个体系是不稳定的。两者之间会放射出强烈的电磁辐射，从而导致电子一点点地失去自己的能量。作为代价，它便不得不逐渐缩小运行半径，直到最终“坠毁”在原子核上为止，整个过程用时不过一眨眼的工夫。换句话说，就算世界如同卢瑟福描述的那样，也会在转瞬之间因为原子自身的坍缩而毁于一旦。原子核和电子将不可避免地放出辐射并互相中和，然后把卢瑟福和他的实验室，乃至整个英格兰，整个地球，整个宇宙都变成一团混沌。
不过，当然了，虽然理论家们发出如此阴森恐怖的预言，太阳仍然每天按时升起，大家都活得好好的。电子依然快乐地围绕原子打转，没有一点失去能量的预兆。而丹麦的年轻人尼尔斯.玻尔照样安安全全地抵达了曼彻斯特，并开始谱写物理史上属于他的华彩篇章。
玻尔没有因为卢瑟福模型的困难而放弃这一理论，毕竟它有着α粒子散射实验的强力支持。相反，玻尔对电磁理论能否作用于原子这一人们从未涉足过的层面，倒是抱有相当的怀疑成分。曼彻斯特的生活显然要比剑桥令玻尔舒心许多，虽然他和卢瑟福两个人的性格是如此不同，后者是个急性子，永远精力旺盛，而他玻尔则像个害羞的大男孩，说一句话都显得口齿不清。但他们显然是绝妙的一个团队，玻尔的天才在卢瑟福这个老板的领导下被充分地激发出来，很快就在历史上激起壮观的波澜。
1912年7月，玻尔完成了他在原子结构方面的第一篇论文，历史学家们后来常常把它称作“曼彻斯特备忘录”。玻尔在其中已经开始试图把量子的概念结合到卢瑟福模型中去，以解决经典电磁力学所无法解释的难题。但是，一切都只不过是刚刚开始而已，在那片还没有前人涉足的处女地上，玻尔只能一步步地摸索前进。没有人告诉他方向应该在哪里，而他的动力也不过是对于卢瑟福模型的坚信和年轻人特有的巨大热情。玻尔当时对原子光谱的问题一无所知，当然也看不到它后来对于原子研究的决定性意义，不过，革命的方向已经确定，已经没有什么能够改变量子论即将崭露头角这个事实了。
在浓云密布的天空中，出现了一线微光。虽然后来证明，那只是一颗流星，但是这光芒无疑给已经僵硬而老化的物理世界注入了一种新的生机，一种有着新鲜气息和希望的活力。这光芒点燃了人们手中的火炬，引导他们去寻找真正的永恒的光明。
终于，7月24日，玻尔完成了他在英国的学习，动身返回祖国丹麦。在那里，他可爱的未婚妻玛格丽特正在焦急地等待着他，而物理学的未来也即将要向他敞开心扉。在临走前，玻尔把他的论文交给卢瑟福过目，并得到了热切的鼓励。只是，卢瑟福有没有想到，这个青年将在怎样的一个程度上，改变人们对世界的终极看法呢？
是的，是的，时机已到。伟大的三部曲即将问世，而真正属于量子的时代，也终于到来。
1912年8月1日，玻尔和玛格丽特在离哥本哈根不远的一个小镇上结婚，随后他们前往英国展开蜜月。当然，有一个人是万万不能忘记拜访的，那就是玻尔家最好的朋友之一，卢瑟福教授。
虽然是在蜜月期，原子和量子的图景仍然没有从玻尔的脑海中消失。他和卢瑟福就此再一次认真地交换了看法，并加深了自己的信念。回到丹麦后，他便以百分之二百的热情投入到这一工作中去。揭开原子内部的奥秘，这一梦想具有太大的诱惑力，令玻尔完全无法抗拒。
为了能使大家跟得上我们史话的步伐，我们还是再次描述一下当时玻尔面临的处境。卢瑟福的实验展示了一个全新的原子面貌：有一个致密的核心处在原子的中央，而电子则绕着这个中心运行，像是围绕着太阳的行星。然而，这个模型面临着严重的理论困难，因为经典电磁理论预言，这样的体系将会无可避免地释放出辐射能量，并最终导致体系的崩溃。换句话说，卢瑟福的原子是不可能稳定存在超过1秒钟的。
玻尔面临着选择，要么放弃卢瑟福模型，要么放弃麦克斯韦和他的伟大理论。玻尔勇气十足地选择了放弃后者。他以一种深刻的洞察力预见到，在原子这样小的层次上，经典理论将不再成立，新的革命性思想必须被引入，这个思想就是普朗克的量子以及他的h常数。
应当说这是一个相当困难的任务。如何推翻麦氏理论还在其次，关键是新理论要能够完美地解释原子的一切行为。玻尔在哥本哈根埋头苦干的那个年头，门捷列夫的元素周期律已经被发现了很久，化学键理论也已经被牢固地建立。种种迹象都表明在原子内部，有一种潜在的规律支配着它们的行为，并形成某种特定的模式。原子世界像一座蕴藏了无穷财宝的金字塔，但如何找到进入其内部的通道，却是一个让人挠头不已的难题。
然而，像当年的贝尔佐尼一样，玻尔也有着一个探险家所具备的最宝贵的素质：洞察力和直觉，这使得他能够抓住那个不起眼，但却是唯一的，稍纵即逝的线索，从而打开那扇通往全新世界的大门。1913年初，年轻的丹麦人汉森（Hans Marius Hansen）请教玻尔，在他那量子化的原子模型里如何解释原子的光谱线问题。对于这个问题，玻尔之前并没有太多地考虑过，原子光谱对他来说是陌生和复杂的，成千条谱线和种种奇怪的效应在他看来太杂乱无章，似乎不能从中得出什么有用的信息。然而汉森告诉玻尔，这里面其实是有规律的，比如巴尔末公式就是。他敦促玻尔关心一下巴尔末的工作。
突然间，就像伊翁（Ion）发现了藏在箱子里的绘着戈耳工的麻布，一切都豁然开朗。山重水复疑无路，柳暗花明又一村。在谁也没有想到的地方，量子得到了决定性的突破。1954年，玻尔回忆道：当我一看见巴尔末的公式，一切就都清楚不过了。
要从头回顾光谱学的发展，又得从伟大的本生和基尔霍夫说起，而那势必又是一篇规模宏大的文字。鉴于篇幅，我们只需要简单地了解一下这方面的背景知识，因为本史话原来也没有打算把方方面面都事无巨细地描述完全。概括来说，当时的人们已经知道，任何元素在被加热时都会释放出含有特定波长的光线，比如我们从中学的焰色实验中知道，钠盐放射出明亮的黄光，钾盐则呈紫色，锂是红色，铜是绿色……等等。将这些光线通过分光镜投射到屏幕上，便得到光谱线。各种元素在光谱里一览无余：钠总是表现为一对黄线，锂产生一条明亮的红线和一条较暗的橙线，钾则是一条紫线。总而言之，任何元素都产生特定的唯一谱线。
但是，这些谱线呈现什么规律以及为什么会有这些规律，却是一个大难题。拿氢原子的谱线来说吧，这是最简单的原子谱线了。它就呈现为一组线段，每一条线都代表了一个特定的波长。比如在可见光区间内，氢原子的光谱线依次为：656，484，434，410，397，388，383，380……纳米。这些数据无疑不是杂乱无章的，1885年，瑞士的一位数学教师巴尔末（Johann Balmer）发现了其中的规律，并总结了一个公式来表示这些波长之间的关系，这就是著名的巴尔末公式。将它的原始形式稍微变换一下，用波长的倒数来表示，则显得更加简单明了：
ν＝R（1/2^2 - 1/n^2）
其中的R是一个常数，称为里德伯（Rydberg）常数，n是大于2的正整数（3，4，5……等等）。
在很长一段时间里，这是一个十分有用的经验公式。但没有人可以说明，这个公式背后的意义是什么，以及如何从基本理论将它推导出来。但是在玻尔眼里，这无疑是一个晴天霹雳，它像一个火花，瞬间点燃了玻尔的灵感，所有的疑惑在那一刻变得顺理成章了，玻尔知道，隐藏在原子里的秘密，终于向他嫣然展开笑颜。
我们来看一下巴耳末公式，这里面用到了一个变量n，那是大于2的任何正整数。n可以等于3，可以等于4，但不能等于3.5，这无疑是一种量子化的表述。玻尔深呼了一口气，他的大脑在急速地运转，原子只能放射出波长符合某种量子规律的辐射，这说明了什么呢？我们回忆一下从普朗克引出的那个经典量子公式：E = hν。频率（波长）是能量的量度，原子只释放特定波长的辐射，说明在原子内部，它只能以特定的量吸收或发射能量。而原子怎么会吸收或者释放能量的呢？这在当时已经有了一定的认识，比如斯塔克（J.Stark）就提出，光谱的谱线是由电子在不同势能的位置之间移动而放射出来的，英国人尼科尔森（J.W.Nicholson）也有着类似的想法。玻尔对这些工作无疑都是了解的。
一个大胆的想法在玻尔的脑中浮现出来：原子内部只能释放特定量的能量，说明电子只能在特定的“势能位置”之间转换。也就是说，电子只能按照某些“确定的”轨道运行，这些轨道，必须符合一定的势能条件，从而使得电子在这些轨道间跃迁时，只能释放出符合巴耳末公式的能量来。
我们可以这样来打比方。如果你在中学里好好地听讲过物理课，你应该知道势能的转化。一个体重100公斤的人从1米高的台阶上跳下来，他/她会获得1000焦耳的能量，当然，这些能量会转化为落下时的动能。但如果情况是这样的，我们通过某种方法得知，一个体重100公斤的人跳下了若干级高度相同的台阶后，总共释放出了1000焦耳的能量，那么我们关于每一级台阶的高度可以说些什么呢？
明显而直接的计算就是，这个人总共下落了1米，这就为我们台阶的高度加上了一个严格的限制。如果在平时，我们会承认，一个台阶可以有任意的高度，完全看建造者的兴趣而已。但如果加上了我们的这个条件，每一级台阶的高度就不再是任意的了。我们可以假设，总共只有一级台阶，那么它的高度就是1米。或者这个人总共跳了两级台阶，那么每级台阶的高度是0.5米。如果跳了3次，那么每级就是1/3米。如果你是间谍片的爱好者，那么大概你会推测每级台阶高1/39米。但是无论如何，我们不可能得到这样的结论，即每级台阶高0.6米。道理是明显的：高0.6米的台阶不符合我们的观测（总共释放了1000焦耳能量）。如果只有一级这样的台阶，那么它带来的能量就不够，如果有两级，那么总高度就达到了1.2米，导致释放的能量超过了观测值。如果要符合我们的观测，那么必须假定总共有一又三分之二级台阶，而这无疑是荒谬的，因为小孩子都知道，台阶只能有整数级。
在这里，台阶数“必须”是整数，就是我们的量子化条件。这个条件就限制了每级台阶的高度只能是1米，或者1/2米，而不能是这其间的任何一个数字。
原子和电子的故事在道理上基本和这个差不多。我们还记得，在卢瑟福模型里，电子像行星一样绕着原子核打转。当电子离核最近的时候，它的能量最低，可以看成是在“平地”上的状态。但是，一旦电子获得了特定的能量，它就获得了动力，向上“攀登”一个或几个台阶，到达一个新的轨道。当然，如果没有了能量的补充，它又将从那个高处的轨道上掉落下来，一直回到“平地”状态为止，同时把当初的能量再次以辐射的形式释放出来。
关键是，我们现在知道，在这一过程中，电子只能释放或吸收特定的能量（由光谱的巴尔末公式给出），而不是连续不断的。玻尔做出了合理的推断：这说明电子所攀登的“台阶”，它们必须符合一定的高度条件，而不能像经典理论所假设的那样，是连续而任意的。连续性被破坏，量子化条件必须成为原子理论的主宰。
我们不得不再一次用到量子公式E = hν，还请各位多多包涵。史蒂芬.霍金在他那畅销书《时间简史》的Acknowledgements里面说，插入任何一个数学公式都会使作品的销量减半，所以他考虑再三，只用了一个公式E = mc2。我们的史话本是戏作，也不考虑那么多，但就算列出公式，也不强求各位看客理解其数学意义。唯有这个E = hν，笔者觉得还是有必要清楚它的含义，这对于整部史话的理解也是有好处的，从科学意义上来说，它也决不亚于爱因斯坦的那个E = mc2。所以还是不厌其烦地重复一下这个方程的描述：E代表能量，h是普朗克常数，ν是频率。
回到正题，玻尔现在清楚了，氢原子的光谱线代表了电子从一个特定的台阶跳跃到另外一个台阶所释放的能量。因为观测到的光谱线是量子化的，所以电子的“台阶”（或者轨道）必定也是量子化的，它不能连续而取任意值，而必须分成“底楼”，“一楼”，“二楼”等，在两层“楼”之间，是电子的禁区，它不可能出现在那里。正如一个人不能悬在两级台阶之间漂浮一样。如果现在电子在“三楼”，它的能量用W3表示，那么当这个电子突发奇想，决定跳到“一楼”（能量W1）的期间，它便释放出了W3-W1的能量。我们要求大家记住的那个公式再一次发挥作用，W3-W1 = hν。所以这一举动的直接结果就是，一条频率为ν的谱线出现在该原子的光谱上。
玻尔所有的这些思想，转化成理论推导和数学表达，并以三篇论文的形式最终发表。这三篇论文（或者也可以说，一篇大论文的三个部分），分别题名为《论原子和分子的构造》（On the Constitution of Atoms and Molecules），《单原子核体系》（Systems Containing Only a Single Nucleus）和《多原子核体系》（Systems Containing Several Nuclei），于1913年3月到9月陆续寄给了远在曼彻斯特的卢瑟福，并由后者推荐发表在《哲学杂志》（Philosophical Magazine）上。这就是在量子物理历史上划时代的文献，亦即伟大的“三部曲”。
这确确实实是一个新时代的到来。如果把量子力学的发展史分为三部分，1900年的普朗克宣告了量子的诞生，那么1913年的玻尔则宣告了它进入了青年时代。一个完整的关于量子的理论体系第一次被建造起来，虽然我们将会看到，这个体系还留有浓重的旧世界的痕迹，但它的意义却是无论如何不能低估的。量子第一次使全世界震惊于它的力量，虽然它的意识还有一半仍在沉睡中，虽然它自己仍然置身于旧的物理大厦之内，但它的怒吼已经无疑地使整个旧世界摇摇欲坠，并动摇了延绵几百年的经典物理根基。神话中的巨人已经开始苏醒，那些藏在古老城堡里的贵族们，颤抖吧！
(2)美国研制出能够看见原子的电子显微镜
据美联社报道，美国橡树岭国家实验室的研究人员正在以创记录的分辨率清楚地观察原子世界，因为他们研究出的电子显微镜能够能分辨出硅晶体的单个、哑铃形状的原子。
橡树岭国家实验室电子显微镜研究小组的负责人斯蒂芬·彭尼库克说：“每当你能更加清楚地看到某种东西的时候，那么你便能了解一些秘密。”彭尼库克及其同事在《科学》杂志上的一篇文章中说，他们观
察原子的图像分辨率已达到0.6埃，打破了橡树岭国家实验室今年早些时候刚刚创立的0.7埃图像辨析率的记录。
埃是光谱线波长的最小单位。一埃大约仅仅是人头发丝直径的五十万分之一。大多数原子的直径大约只有1埃。彭尼库克说：“我们正跨进一道原本无法企及的门槛，在里面我们有史以来第一次真正清楚地看到了原子。”彭尼库克表示，具备观测材料在原子水平下结合过程的能力可能会极大促进半导体产业、化学以及新材料开发的发展。
橡树岭国家实验室使用电子显微镜看见了以红色哑铃形状出现的硅原子图像，图像的分辨率达到了0.78埃。彭尼库克说：“这是我们首次获得低于埃的分辨率的明确证据。”橡树岭国家实验室是美国能源部下属的一个实验室。由彭尼库克领导的研究小组使用过一种30万伏的尖端电子显微镜，再辅以美国尼昂公司开发的一种称为像差修正的新型计算机化成像技术，对原子进行研究。
彭尼库克称这种分辨率修正技术能够同时给26块透镜调焦。彭尼库克说：“这项研究真正是一项具有历史意义的成果，因为过去50年科学家一直在进行这方面的研究，只是在最近几年才真正证明这种技术是可行的。”5年前，橡树岭国家实验室在没有使用像差修正技术的情况下创造了1.3埃图像分辨率的世界记录。而在今年早些时候，该实验室使用像差修正技术再次创造了0.7埃图像分辨率的世界记录。研究人员称他们下一个目标将是在三维空间下观察原子。
欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
微信扫一扫
支付宝扫一扫
评论列表（0条）