放射性和元素的转化
的发现放射性法国物理学家贝克勒尔1896年通常标志着20世纪的开始物理。成功的隔离镭和其他强烈的放射性物质玛丽和皮埃尔·居里科学家和公众的注意力集中在这种不寻常的现象,促进了广泛的实验。
欧内斯特·卢瑟福很快就带头研究放射性物质的性质。他发现有两个不同的种辐射发出在放射性α和β射线。α射线是带正电的粒子与电离氦原子。β射线是带负电的粒子的质量要小得多;他们是一样的电子发现的J.J.汤姆森1897年在阴极射线。第三种射线,指定γ,由高频电磁辐射。
卢瑟福提出放射性涉及转化一个元素到另一个。这个提议质疑19世纪的基本假设之一化学:定性的元素由不同物质- 92年底的世纪。它意味着思想的回归普劳特古代atomists-namely,世界上的一切都是只有一个或几个基本的物质组成。
转变,根据卢瑟福和他的同事们,是由特定的经验规则。例如,在α衰变的原子序数“女儿”元素的两个小于“母亲”的元素,和它的原子量四更少;这似乎与事实一致α确认为氦,射线原子序数2和原子量4,所以总原子数和总质量数守恒在衰变反应。
使用这些规则,卢瑟福和他的同事们将决定许多物质的原子序数和原子质量形成的放射性衰变,尽管这些属性的物质迅速腐烂到别人无法直接测量。一个元素的原子序数决定它的位置终身不懈的元素周期表(因此它的化学性质;见上图)。发现物质的原子量可能有相同的原子序数;这样的物质被称为同位素的一个元素。
尽管放射性衰变的产物是由简单的规则决定的,衰变过程本身似乎发生在随机的。所有人能说的是,有一定的概率的一个原子放射性物质衰变在一定的时间间隔,或者,同样,一半的样品的原子腐烂的在某些time-i.e。,半衰期的材料。
细胞核
在曼彻斯特大学(英格兰),卢瑟福领导的一个小组迅速开发新的想法关于原子结构。一个实验的基础上进行的汉斯·盖革和欧内斯特·马斯登阿尔法粒子分散的金属薄膜,卢瑟福提出了一个核的原子模型(1911)。在这个模型中,原子主要由真空,很小,带正电的原子核包含大部分的质量,包围着一个或多个带负电电子。亨利G.J.莫斯利,一位英国物理学家,显示的分析x射线光谱的电荷在细胞核是成正比原子序数的元素。
1920年代,物理学家认为原子核是由两个粒子:质子(带正电的原子核氢)和电子。1932年,英国物理学家詹姆斯·查德威克发现了中子一个粒子,质子的质量相同但没有电荷。因为有技术上的困难与原子核的质子电子模型,物理学家都愿意接受海森堡的假设它不是由质子和中子组成。然后简单原子序数原子核中的质子的数目,而质量数最接近的整数原子量,等于中子和质子的总数。正如上面提到的,这个简单的模型的核结构提供了依据汉斯是的理论中氢元素恒星的形成。
1938年德国物理学家奥托·哈恩和弗里茨Strassmann发现,当铀由中子轰击,打火机吗元素如钡和氪生产。这种现象解释了丽丝Meitner和她的侄子奥托·弗里希分手,或裂变铀的核分成较小的原子核。其他物理学家们很快意识到,自从裂变产生更多的中子,a连锁反应可能导致一个强大的爆炸。第二次世界大战即将开始,物理学家移民来自德国、意大利和匈牙利吗美国德国和英国担心可能会开发一个原子弹可以决定战争的结果。他们说服美国和英国政府承担大型项目开发这样的武器。美国曼哈顿计划最终产生基于铀的裂变原子弹或钚,一个新的人造元素,这些都是用来对付日本在1945年8月。后来,一个更强大的炸弹基于融合的氢原子被美国和开发和测试苏联。因此,核物理开始在世界历史上扮演了重要的角色。
爱因斯坦1905年三部曲
在几个月后在1665 - 66年期间,牛顿发现的复合性质光、分析的作用重力现在被称为,发明了数学技术微积分——所以他回忆说年老的时候。唯一曾经的人与牛顿的科学神奇破裂creativity-three革命性的发现在前阿尔伯特·爱因斯坦1905年,他发表了特殊的理论的相对论,量子理论辐射和理论布朗运动这直接导致了物质的原子结构的最终验收。
相对论已经多次在这篇文章中提到的,表明它的紧密联系与几个物理领域科学。这里没有房间讨论微妙的推理,爱因斯坦在抵达之后他惊人的结论;简要总结他的出发点和必须的一些后果足够了。
在他1905年的论文论动体的电动力学,爱因斯坦被关注的通常表现的明显不一致麦克斯韦电磁理论应用到互惠行动的磁铁和一个导体。方程是不同的根据是“静止”和“移动”,但结果必须相同。爱因斯坦位于假设绝对空间存在的困难;相反,他提出的自然法则是相同的在任何惯性观察者的参照系而光的速度是相同的所有这些观察员。
从这些假设爱因斯坦推断:(1)一个观察者在一帧会发现从自己的测量物体在另一个帧的长度收缩了的Lorentz-FitzGerald公式;(2)其他帧中的每个观察者会发现时钟运行更慢;(3)没有绝对的时间,同时在一个参考系中可能不是在另一个;(4)任何对象的可观测的质量增加更快。
与焦虑的影响紧密相连爱因斯坦著名的公式E=米c2:质量和能源不再是守恒的,但可以互换。的爆发力原子和氢弹源于质量,能量的转换。
在一篇关于创建和转换的光(通常称为“光电效应早些时候发表的论文”),在1905年,爱因斯坦提出了假设那电磁辐射由离散能量广达电脑可以吸收或释放只作为一个整体。虽然这个假设不会取代波浪理论的光,使一个完美的令人满意的描述的现象衍射,反射,折射,分散,它也将补充将粒子属性。
直到最近的发明量子辐射理论一般认为另一个德国物理学家,马克斯·普朗克1900年,他讨论了统计分布的辐射能量与理论相联系黑体辐射。虽然普朗克提出的基本假设能量量子振动的辐射频率成正比,目前尚不清楚他是否这个假设仅仅用于数学方便或预期有一个更广泛的物理意义。在任何情况下,他没有明确的主光的粒子理论在1905年之前。物理学的历史学家仍然不同意普朗克和爱因斯坦是否应该被认为是量子理论的创始人。
爱因斯坦的论文布朗运动似乎比另一方更革命性的1905篇论文,因为大多数现代读者认为物质的原子结构是良好的。然而,情况并不是这样。尽管化学的发展原子理论和气体分子运动论在19世纪,使定量的估计质量和直径等原子的属性,它仍然是1900年的时尚原子的现实问题。这怀疑,这似乎并没有特别有助于科学的进步,促进了经验主义,或“实证主义”,哲学所倡导的奥古斯特孔德,恩斯特马赫,威廉•奥斯特瓦尔德,