物理

1、相对论

1905年，20世纪最伟大的科学天才爱因斯坦在他26岁时创立了狭
义相对论，提出了不同于经典物理学的崭新的时空观和质（m）能（
E）相当关系式E＝mc2（此处光速C＝3×108米／秒），在理论上为原
子能的应用开辟了道路。

关于E＝mc2，即物体贮藏的能量等于该物体的质量乘以光速的平
方，这个数量大到令人难以想象的程度。我们不妨打个比方说，1克物
质全部转化成的能量，相当于常规状态下36000吨煤所释放的全部
热能；或者说，1克质量相当于2500万度的电能。

1915年，爱因斯坦又创立了广义相对论，深刻揭示了时间、空间
和物质、运动之间的内在联系——空间和时间是随着物质分布和运动
速度的变化而变化的。它成为了现代物理学的基础理论之一。

从1923年开始，爱因斯坦用他的后半生致力于统一场论的探索，
企图建立一个既包括引力场又包括电磁场的统一场理论，虽然他没有
取得成功，但是杨振宁和米尔斯于50年代创立了“杨—米尔斯场方程”，
发展了所谓“规范场”的理论，使爱因斯坦梦寐以求的统一场论可望
在规范场的基础上得以实现。

2、量子力学

1900年，普朗克创立了量子论，提出能量并非无限可分、能量的
变化是不连续的新观念。1905年，爱因斯坦提出了光量子论，揭示了
光的“波粒二象性”。1913年，玻尔把量子化概念引进原子结构理论。
1923年，德布罗意提出物质波理论。1925年，海森伯和薛定谔分别建
立矩阵力学和波动力学。1928年，26岁的狄拉克提出电磁场中相对论
性运动方程和最初形式的量子场论，使包括矩阵力和波动力学在
内的量子力学取得了重大的进展。

20代末量子力学的建立，是继1905—1915年相对论建立之后对经
典物理学的又一次性的突破，它成功地揭示了微观物质世界的基
本规律，加速了原子物理学和固态物理学的发展，为核物理学和粒子
物理学准备了理论基础，同时也促进了化学键理论和分子生物学等的
产生。因此，量子力学可以说是20世纪最多产的科学理论，迄今仍具
有强大的生命力。

20世纪中后期5大科学成就

30年代以来，物质基本结构、规范场、宇宙大、遗传物质分
子双螺旋结构、大地构造板块学说以及信息论、控制论、系统论等理
论的创建，使人类的视野进一步拓展到更为宇观、宏观和微观的领域，
成为人类文明进步的巨大推动力。

1、物质的基本结构

从远古时代开始，人们就在探讨物质是由什么组成的，有没有公
共的基本单元。直到19世纪末，人们都认为这种共同的基元就是原子。
1911年，卢瑟福发现原子内部有一个核；1913年，玻尔指出放射性变
化发生在原子核内部，于是研究原子核的组成、变化规律以及内部结
合力的核物理学应运而生。

1932年，查德威克发现了中子。从此，人们认识到各种原子都是
由、质子和中子组成的，于是把这三种粒子和光子称为基本粒子。

但是，基本粒子并不“基本”。一方面，正、中微子、介子
等新的基本粒子相继发现；另一方面，基本粒子还有其内部结构。
60年代以来，出现了基本粒子结构的“夸克模型”、“层子模型”等，
使40年代末诞生的一门新的学科——基本粒子物理学（又称高能
物理学）至今方兴未艾，成果累累。

2、宇宙大理论

现代宇宙学的研究发端于爱因斯坦。他在1915年创立广义相对论
后，用它来考察宇宙的结构问题，于1917年提出有限无边的宇宙模型。
1922年，弗里德曼提出的非静态宇宙模型，认为宇宙是可能膨胀的。
1929年，哈勃确定了星系红移（即退行速度）和距离之间的线性关系，
证实了宇宙膨胀理论。1932年，勒梅特提出了宇宙说。

1948年，伽莫夫把核物理学的知识同宇宙膨胀理论结合起来，发
展了大理论，并用它来说明化学元素的起源。这一宇宙大理
论在1965年发现的宇宙背景辐射现象和1998年哈勃望远镜探测到距地
球120亿光年之遥的星系中得到了有力的支持。

3、DNA分子双螺旋模型

1953年4月25日，英国《自然》杂志刊登了25岁的沃森和37岁的克
里克合作研究的成果——DNA双螺旋结构的分子模型，这一成就后来被
誉为20世纪生物学方面最伟大的发现，也被认为是分子生物学诞生的
标志。

DNA是遗传基因的物质载体——脱氧核糖核的英文简称。1915至
1928年间，摩尔根通过果蝇实验，证明了坐落在细胞核内染色体上的
基因决定着生物性状，从而创立了基因理论。染色体是由蛋白质和
DNA组成的。过去生物学界一直认为蛋白质是遗传信息的载体，直到
1944年埃弗里等人通过实验才证明了遗传载体不是蛋白质，而是DNA。
1953年DNA分子结构双螺旋模型的建立是打开遗传之谜的关键。60年代
尼伦柏格等人破译了遗传密，证明地球上所有生物的遗传密都是
相同的——DNA的4种核苷碱基的序列代表了基因的遗传信息，决定
着蛋白质的20种氨基的组成和排列顺序。作为基因载体的DNA是生命
的后台指挥者，生命的一切性状通过受DNA决定的蛋白质来表现。 补充 sina.com.cn/d/focus/2008popsci/ 补充 sciam.com.cn/