核物理与原子弹的诞生

战争史札记 2024-10-28 17:46:01

在古希腊哲学体系中,原子一词被赋予了不可分割且浑然一体的深刻内涵。

古希腊哲学家德谟克利特提出了一种开创性的观点,他认为世间万物皆由一种最基本、最小的物质单元构成,他将其命名为“原子”。这一概念在很长一段时间内并未受到广泛重视,在当时的科学文献中,“原子”这一术语鲜有出现。进入16与17世纪,随着文艺复兴运动的蓬勃兴起和近代科学的快速发展,原子学说逐渐进入科学家们的视野。

到了18世纪,以英国的卡文迪许和法国的拉瓦锡为代表的化学家们,通过一系列实验发现,尽管自然界的物质形态万千,但它们均是由有限数量的基本元素所构成。而这些元素又各自由化学性质相同的基本单位组成,这在一定程度上复兴了德谟克利特的原子学说,并使其声誉显著提升。19世纪初,英国科学家道尔顿通过严谨的科学实验与逻辑推理,有力地证实了原子的客观存在,再次验证了原子学说的正确性,并开创性地提出了原子量表。随着原子量测定工作的深入,科学家们不断发现新的化学元素。在此基础上,19世纪60年代,俄国化学家门捷列夫编制出了更为完整的元素周期表,该表揭示了物质世界的深层秘密:所有物质均由原子构成,且这些原子之间存在着密切的内在联系。在19世纪,原子被普遍认为是物质的基本且不可再分的单位。1895年,德国物理学家伦琴的发现打破了这一传统认知。他发现了一种具有强大穿透力的奇异光线,能够清晰地显现出衣物口袋中的硬币和手部骨骼,由于当时无法解释其发射原理,人们便以“X”来命名这种未知的光线。这一发现迅速激发了科学家们对这种神秘光线的研究兴趣。1896年3月,法国物理学家克勒尔发现,铀盐在不受任何外部光源照射的情况下也能使胶片感光。他进一步证实,铀元素是造成这一现象的根本原因。随后,波兰科学家居里夫人重复并验证了克勒尔的实验,进一步推动了这一领域的研究。她深入推测,是否仅铀元素独具放射性这一特性?1898年,玛丽·居里与德国物理学家施米特并行发现了钍元素同样能释放出新型射线,并将此类性质命名为“放射性”。

同年7月,居里夫妇携手其他科研人员,成功鉴别出一种新的化学元素,居里夫人以波兰的首音节为其命名“钋”,以此向她的祖国致以敬意。同年12月,她再度取得突破,发现了镭元素。历经四年的不懈研究,她于1902年成功提炼出0.1克纯镭。镭的放射性强度惊人,其能量为铀的200万倍,衰变后转化为氦与铅。放射性的发现引发了科学界对原子内部结构的深刻反思。居里夫人在一篇学术论文中探讨了放射性能量的根源,指出:“从化学视角审视,放射性物质的原子看似不可分割,但在这一领域内,其分割成为可能。”1902年,英国物理学家卢瑟福提出,放射性现象是原子自我蜕变的过程,期间一种元素的原子转变为另一种元素,并伴随射线的释放,这些射线源自原子核。卢瑟福的原子嬗变理论为众多实验现象提供了合理解释,其重要性体现在两方面:一是彻底颠覆了原子不可分的传统哲学与化学观念;二是将统计学的概念引入原子研究领域。因此,他于1908年荣获诺贝尔化学奖。卢瑟福并未止步于既有成就,他在证实原子可分之后,与学生们一同探索原子的构成。当时,主流的原子模型认为正负电荷在原子内部均匀分布。然而,卢瑟福在实验中发现,粒子在撞击原子时,有时能直接穿透,有时则发生大角度散射,这表明原子内部结构并非均匀,存在坚硬的核心导致粒子散射。基于此发现,卢瑟福迅速构建了新的原子模型,该模型形象地比喻为太阳系中的行星结构。原子的质量主要集中于其核心的一微小区域,而电子则环绕此核心运动,占据了原子的大部分体积。具体而言,原子核的体积仅占原子整体的万分之一,但其质量占比却恰好相反,占据了原子的绝大部分。通过实验,卢瑟福揭示了原子内部带正电荷的粒子位于原子核中,并将这些粒子命名为质子。此外,他还预言原子核内存在不带电的粒子,这一关于原子结构的假说,为探索原子世界的奥秘开辟了新途径。1913年,丹麦物理学家玻尔在其博士论文《论原子和分子的组成》中,对卢瑟福的原子模型进行了重要补充。他提出,电子在原子内部按能量层级分布,形成电子壳层,且越靠近原子核,电子的能量越高。这一模型成功融合了量子理论与经典力学,为后续的深入研究奠定了坚实基础。为了深入探究物质的放射性,科学家们不断尝试用粒子轰击原子。

1928年,德国物理学家博特与贝克在轰击铍元素时,发现了一种强烈的不带电射线。四年后,居里夫人的女儿伊伦·居里也独立观察到了这种射线。当时人们并未将其视为新物质,而仅视为一种光量子的发射现象。众多科学家重复此类实验,但在轰击重原子核时往往未能取得显著成果。人们逐渐认识到,这是由于所用轰击粒子的速度不够快、质量不够大所致。1930年,美国加利福尼亚大学的劳伦斯提出,为了赋予轰击原子核的质子足够速度,必须发明一种加速装置。次年,他成功研制出“回旋加速器”,使质子获得巨大能量,能够轻易穿透并击碎原子核,释放出巨大能量。1932年,英国物理学家查德威克重复了伊伦·居里的实验,并在此基础上取得了突破性进展。在专业物理学领域内,对铍元素释放的特殊射线性质的诠释遇到了光量子发射理论的局限性。针对此现象,有学者提出了一种全新的物质理论,认为该射线是由一种质量与质子接近且呈电中性的粒子构成,并赋予其“中子”之名。中子的科学发现,标志着原子核研究领域的重大突破,使得原子内部结构的探索成为可能,从而大大推进了人类实际掌握和控制原子能的愿景。1905年,德国物理学家爱因斯坦在其狭义相对论著作中,首次阐述了著名的质能转换公式E=mc²,指出所有物质均蕴含能量,且能量的大小等于物质质量乘以光速的平方。尽管该理论在当时未受广泛重视,但它实际上为核裂变与核聚变现象的理论研究奠定了坚实的基础。伴随中子发现的轰动效应,物理学家们开始利用中子作为实验中的“探针”,对各类元素进行轰击实验,以期发现新元素。1934年,意大利物理学家费米带领团队进行了一项实验,当用中子轰击元素并在中子源与被轰击物之间加入石蜡时,放射性强度竟增大了100多倍。此外,他们发现慢中子轰击周期表92号之前的元素,仅能产生化学性质相似的同位素,但轰击92号元素铀时,却得到了化学性质截然不同且质量大于铀的新元素。费米最初判断这是一种超铀元素。但是,揭开原子核分裂真相的历史使命最终由德国化学家哈恩承担。哈恩曾在卢瑟福指导下工作,并返回德国后创建了个人研究所,与迈特纳保持紧密合作,共同致力于核反应后元素的识别、分离与理论分析。哈恩重复了费米的慢中子轰击铀核实验,但所得结果却显示,生成的新物质并非超铀元素,而是钡。鉴于钡的原子量是铀的一半,如果实验结果无误,这意味着铀原子核已被一分为二。哈恩迅速将这一惊人发现通知了迈特纳,并希望她能通过计算来阐释其物理机制。迈特纳,一位拥有奥地利护照的犹太裔科学家,在德国侵占奥地利后,不幸成为了纳粹的迫害目标。得益于友人的协助,她离开了哈恩的研究所,前往瑞典诺贝尔物理研究所继续其科研事业。在接获哈恩的来信后,迈特纳与其同事弗里施迅速投入了大量时间进行计算与深入研究,从理论上对观测到的现象给出了全面而精准的解释。在计算过程中,他们揭示了一个重要现象:原子核分裂为两部分后,因受到巨大的电磁斥力作用,这两部分会以极高速度彼此分离。此外,计算结果还表明,这两部分各自携带着约2亿电子伏特的动能。对于这一动能的来源,他们排除了入射中子的可能性,因其能量微小,故判断剩余的能量只能源自原子核内部。迈特纳进一步计算出,分裂后的原子核质量相较于分裂前有所减少,减少量相当于质子质量的五分之一。依据爱因斯坦在狭义相对论中提出的质能公式,这2亿电子伏特恰好等同于减少质量的等价能量。

迈特纳与弗里施不仅成功证明了原子核的分裂现象,还巧妙地运用爱因斯坦的质能公式,揭示了人类能够将物质的部分质量直接转化为巨大能量的潜力,这一发现甚至超出了爱因斯坦本人当年的预期。随后,弗里施继续开展实验,成功验证了铀原子的分裂。他受生物学家关于细菌分裂时“裂变”概念的启发,借用了这一术语来描述原子核的分裂过程。1939年2月11日,英国的《自然》杂志正式刊发了弗里施的论文,标志着人类社会正式迈入了核时期。

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评论列表
  • 2024-10-28 21:02

    波与场的研究都是数学当物理,舍本逐末捉影弄鬼之术:::波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波/沙丘波到处都有,都是质量的运动罢了,研究鸡毛的颜色(波与场)能认知鸡(物质)运动规律吗?还有波粒二象性??以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,不是笑话是什么??? ………场::只能由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),物质的场到处飞吗?飞的方向如何确定?……地球场给你引力,你给地球场引力,然后地球场给地球引力。这是笑话!!!~~~场与波都是捕风捉影之法,意义很小,破坏巨大。……伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,感应接受也是电火花,显然是光子动能传播与光电效应,用了电磁波来解释而已。电磁波理论(尚未发现电子)只是基于宏观电磁观测的有用的数学方法,质量与力才是宏观微观物质世界的唯一根本,两朵乌云包括光电效应当然都是电磁理论的谬误,骗子借机祸害经典力学体系何益?

  • 2024-10-28 21:04

    ⭕️时光倒流是数学当物理的骗术!都是毫无意义的思想实验。8分钟前的太阳光,几十亿年前的遥远星光,地层中几万年前的琥珀苍蝇,以及所谓的超光速观测,。。。只是影响一些意识信息,用光(超音速)观测雷电(来的快),用声音观测雷电(有滞后),都不能改变雷电本身。木啥实质影响。都是为了欺骗。钟摆移动到月球表面变慢了,时间定义还是没变,谁的时光倒流了???❌号称修正GPS原子钟的大笑话: 狭义相对论让星钟变慢,再来个广义相对论让星钟变快,你说这钟倒不倒霉?关键是反复修正还是不行(误差90%)!参见论文“部分相对论效应对北斗原子钟性能影响分析” ⭕️ 时间是观测经验(次数-先后)抽象理想化概念,如同长度、质量、圆pi数字文字等形而上学概念定义,不猜测任何真实,用于表达真实。观测同一对象100个结果,如何识别它们,时间!!时间是意识记忆序列的标识符,没有记忆就无法观测时间和运动变化。意识记忆有绝对顺序就是绝对时间,观测时刻就是现在,时间流动的感觉就是意识记忆在发生。——绝对时空清清楚楚无法改变,相对时空是数学虚幻,只能是近似。宇宙时时处处可放羊???当然是鬼把戏。

  • 2024-10-28 21:02

    自发裂变反应的预测和发现,是原子能利用的直接原因。与爱因斯坦有啥关系?质量亏损是他发现的吗?不知道他如何将沙子变成能量?如何将能量变成质量?篡改美女“动能公式(天天到处用)”把她变性成和尚“质能方程(看到人家核弹成功了,他居然假惺惺地说后悔编造了狗屎造核弹方程)”………这个莫名其妙的数学“能量”是动能还是势能?如何与质量运动发生作用?——解释光电效应?物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。对比牛顿对“引力”必要充分真实的严谨归纳,是不是荒唐的笑话???——原来他还干过采用牛顿引力常数否定万有引力定律的丑事!——相对论篡改伽利略变换,洛伦兹遗憾的说“对于我,只有真正的时间,。。。都是爱因斯坦干的(破坏时间基本概念的荒唐事?)”

  • 2024-10-28 21:03

    解释光电效应是个笑话。物理机制根本没有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。发现光电效应是宝贵的金山,本是一条通往微观世界的大道。胡编解释光电效应不是真理,是毒药祸害,掩埋了科学真相阻碍了求知探索!!!………证明光速不变(全称命题)是胡编!光反射驱动光帆恰恰证伪了光速不变。多普勒效应和红移就是相对光速变化。光子进入引力场比如黑洞光速不变??光子穿越太空的引力偏折是光速不变吗???㊙️迈克尔逊-莫雷实验结果的理解::有质量的光子惯性运动,一点也不奇怪。光子对实验装置相对速度基本不变,两路速度差极小,地球重力对光子速度影响太小也测不到,近似为惯性系。

  • 2024-10-28 21:03

    ❌万能骗术无底洞:::—— 无中生有创造假说解释稀奇,你能证有吗?永远不可能。你能证无吗?永远不可能(时空无限,号称科技没达到)。解释稀奇号称证明,虽然是(悖论)骗,但你只好被迫证伪/无,进入万能骗术无底洞!!!………鬼把戏总是无法识破的,科学鬼把戏可以持续玩到人类灭绝!!!⭕️真善皆美!!!由真理得食物,善良是分配食物,没有真,善是不可能的。更爱真理是人类的最高智慧和希望。……… 终身搞悖论的爱因斯坦,雅称悖论斯坦,搞的是两头骗,万能骗,诱惑哲学复合骗,终身骗,祸害真理,当然只能是人类公敌!!一些人鼓吹骗子肯定有一种快乐,一种缺德愚蠢的快乐,骗子的温水煮了100多年了,人类社会难道不需要猛醒吗???

  • 2024-10-28 21:03

    ⭕️⭕️空间弯曲还是道德弯曲???——— 引力本质是空间弯曲? 空间弯曲影响轨道还是影响受力?空间弯曲导致空间移动,空间跑掉了?如何观测?弯曲空间如何对质量有力作用?平直空间不认识质量??空间如何知道材料密度差异??骗子改变导弹和汽车的轨道方向是用力还是用空间弯曲?空间弯曲能弯住升空气球吗?活见鬼!体积太大会被空间卡死吗???水星椭圆进动轨道弯的套路不一样?👻两个质点靠在一起,质量引力的作用力和反作用力,空间往哪个方向弯呢?骗子知道吗?………人人可知空间静止可入,对物体没有力作用,没有空间弯曲是道德弯曲!!………质量随相对速度变化很有趣!相对速度无穷多,哪有高速低速之分?静质量是相对哪个速度参考系呢?各个方向相对速度不一样,难道各个方向质量不同吗?相对速度到处都是,明天还是。有原因和本质吗???………苏格拉底说,真理是唯一的,因果关系无穷多/不确定。㊙️㊙️不要搞道德弯曲,绝对空间的非惯性系变化才是真正的航天问题。

  • 2024-10-28 21:02

    悖论斯坦,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称命题公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法,以二象性祸害自然科学的核心根基——确定性,以创造假说冒充祸害公设形而上学。后谎言掩盖解释前谎言搞了一辈子,祸害数学,祸害物理,祸害哲学,终身搞骗,祸害极大极深极广,100多年了,还在鼓吹骗子,居然成了一门生意?………一个恶贯灵魂的彻底的人类公敌!!!狗屎都有用,欺骗有啥用?迷信蔑视自然的悖论斯坦,瞎搞科幻假说,人类将无法逃脱第六次地球生物大灭绝。———假说科幻骗子招摇过市,人人都沉默?科学还有希望吗???

  • 2024-10-28 21:03

    ❌质能方程是一个鬼把戏!!!能量的具体内涵是动能和势能,是物理公理规定的物理概念。物质质量是其不变的本质,能量是物质相互作用和运动变化的度量,是变化现象。数学都是基于公理的演绎,超越公理的理解当然是虚幻。动能和势能,都是相对的,由相对速度相互作用力决定(质量不变),是质量体之间相互作用的度量,是物质变化现象,不是物质的本质,咋能与单体质量等效???场无质量居然有能量???质能等效是脱离基本公理的数学虚幻,欺师灭祖蔑视自然,祸害基本概念和认知方法。———有人知道悖论斯坦的狗屁能量内涵是啥吗???

  • 2024-10-28 21:02

    光速不变假说见证了高超的骗术!——— 任何全称命题证伪当然有效,证明/证实当然无效。全称命题光速不变违背相对速度自然公理,已有效证伪!!!任何数学演绎能推理出来全称命题“光速不变”吗???无论多少次实验能证明全称命题“光速不变”吗???任何实验精度能证明“光速不变”吗???必然都是骗。相对光速/光速变化/超越光速当然都是正常现象。 光子穿越太空的引力偏折是光速不变吗??光反射驱动光帆速度不变??相对速度变化导致多普勒效应和红移,是光速不变??光子离开黑洞速度变吗?光子进入黑洞速度也不变吗?掩盖谎言需要更多谎言!………光速常数c不是光速不变,地球引力常数G当前还在努力提高观测精度。———量子不确定性原理如何解释光速不变这种无限的确定性???

  • 2024-10-28 21:03

    证实/证明理论是骗术:::需要证明的真理/理论是骗,号称证明真理/理论也是骗!!!真理理论是无法验证的。作为预测未来的全称命题(全时空),证伪当然有效,证明/证实当然无效。号称证明XX论和万有引力定律,一天证明10000次,有用吗???实验只是证明了具体现象真。号称证明公理,假说冒充公设,肯定都是骗。所有自然规律都是对过去的观测归纳,未来是不变的,这个不可能知道原因,只能信任自然。为自然存在(有无)找原因也都是骗。真理不证自明无法证明,需要验证的理论是骗,号称证明理论也是骗!!!——相对真理也是骗术,真理是客观存在的绝对真理,人类诞生之前没有人类的观测,月亮不运动吗???引力有没有???都是显而易见!仰望星空信任自然的地心说需要认知进化,能否定绝对真理吗???地心说依据的现象变了吗?没有!号称相对真理是悖论斯坦蔑视自然欺师灭祖搞骗的伎俩。

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