《打开原子世界的大门》首日封邮集——第3框

3.3.原子的图像：原子模型：1912 年 至 1913 年间，古斯塔夫·赫兹与同在柏林大学任教的詹姆斯·弗兰克完成了电子碰撞的实验， 成为玻尔原子
理论和普朗克量子理论正确性的重要证据。全息图展示了原子结构模型的立体图像。

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3.3 原子的图像：光谱：光谱是原子内部的窗口，光谱学的发展提供了原子内部复杂的结构信息。每个原子都有自己独特的光谱，因此它是打开微观世界大门探索原子的钥匙。人们最先看到的自然光谱是雨后的彩虹。彩虹是由于太阳光在大气水滴里折射与反射形成的。月球的 X 照片、激光冷却粒子陷阱中的鎂原子和金鱼神经组成的复合图，代表着空间物理、 量子光学和生物学方面的工作。

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3.4 波粒二象性：衍射：X 射线发现 16 年后，科学家通过实验对其本性进行了研究，确证是与可见光相似的波长更短、穿透力更强的电磁波，劳厄（德）通过 X 射线在晶体中衍射的实验，观察到美丽的衍射花样。1912 年，德国物理学家劳厄首先发现了晶体对X射线的衍射现象 ，后人称为劳厄斑。1914年获得诺贝尔物理学奖。

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3.4 波粒二象性：衍射：1912 年，劳厄关于 X 射线衍射的论文发表之后不久，就引起了布拉格父子的关注。之后不到 4 个月，便发现了 X 射线晶体结构分析法。1913 年英国物理学家布拉格父子从理论及实验上证明了晶体结构的周期性与几何对称性。1915 年布喇格父子共同获得诺贝尔物理学奖。

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3.4 波粒二象性：光学显微镜：显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。光学显微镜是 16 世纪末期在荷兰制造出来的。德国物理学家阿贝确定了可见光波段上显微镜分辨本领的极限，把一个从人体到植物纤维等各种东西的内部构造全新的世界展现在人类的视野里，有助于科学家发现新物种，有助于医生治疗疾病。光学显微镜可以使物体放大成像，微小物体放大到人眼足以观察的尺寸。利用显微技术作病理的研究已发展为一门专门的学科——细胞病理学，它在癌症的诊断中特别重要。某些遗传病的诊断，已离不开用显微技术作染色体变异的检查。

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3.4 波粒二象性：电子显微镜：光学显微镜成像有限度，将电子波应用到显微术上观察微结构分辨率大大提高。电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器，被广泛应用于显微技术。第十一届国际电子显微镜学大会于1986年8月31日至9月7日在日本京都国际会馆举行。英国科学家和分子生物学家亚伦·克鲁格开发了晶体电子显微技术。1982 年，他被授予诺贝尔化学奖。

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3.5 殊途同归：量子力学：攀登量子阶梯，泡利 1925 年提出不相容原理，波恩 2016 年提出几率诠释，之后出现了四个光彩夺目的理论：德布罗意和薛定谔的理论相像，海森堡和狄拉克的理论相像。两条不同的路线汇合一起，量子力学诞生。薛定谔量子力学的主要创世人，推动了量子力学的发展和深化。20 世纪的 20 年代， 建成了量子力学的宏伟大厦。不同的人物在不同的地方大显身手， 新的概念和理论泉涌而出， 又在很短的时间内达到殊途同归，融汇贯通，建立了完整的体系。

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3.6 广泛的应用：量子生物学：生命以物理学定律、量子规律为基础。这个观点后来发展为量子生物学，导致了 DNA 的双螺旋模型的建立。1962 年，沃森、克里克与威尔金斯 DNA 双螺旋的提出，把物理学运用到生命科学中，并开启了分子生物学的新天地。2020 年中国科学院古脊椎动物与古人类研究所利用共同开发的古DNA 技术， 首次正式发表大规模中国南北方史前人类基因组分析结果。

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4 核能航程曲折：4.1 惊人的发现：核裂变：奥地利原子物理学家莉泽·迈特纳的成就往往被缩减到发现了核裂变的理论基础。这个发现为数年后发明的原子弹和今天的和平的核能使用提供了理论依据。她对核武器的观点是非常批评性的。迈特纳注意到裂变后的原子核的总质量比裂变前的铀核的质量小，这个小小的质量差转换成了能量。她使用爱因斯坦的相对论中E=mc ²的方程计算出每个裂变原子核释放 2 亿电子伏特的能量。迈特纳除了物理研究外她致力于和平、理智的核能使用和在学术界妇女的平等。作为一个物理学家,她没有愧对良心的地方。

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4.1 惊人的发现：核裂变：哈恩（德）分析结果表明铀原子核被分裂成两半。梅特涅（奥）根据相对论估算出了裂变反映的同时释放出几百万倍的能量。从此，人们注意了核能。奥托· 哈恩发现核裂变， 是近代科学史上的一项伟大突破， 开创了人类利用原子能的新纪元， 具有划时代的深远历史意义。荣获1944年诺贝尔化学奖。1938 年 O.哈恩发现了铀核裂变后，接着科学家们就开始
探索如何利用核裂变所放出的巨大能量。人类第一台核反应堆由著名美籍意大利物理学家恩利克·费米领导的小组于1942年12月在美国芝加哥大学建成，命名为芝加哥一号堆（Chicago Pile-1）。 该反应堆是采用铀裂变链式反应，开启了人类原子能时代，芝加哥大学也因此成为人类“原子能诞生地”。

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