物理百年（下），本文主要内容关键词为：物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
视像（1975－1984）
1976年7月20日，美国建国200周年纪念日刚刚过去两个星期，一个自动化的航天器成功地在火星着陆并把火星的红色土壤的图像发回地球。世界各地的人们屏住呼吸注视着机器人寻找地外生命（最终没有找到）。具有和这个实验同样重要意义的是向公众报告这一消息的方式。由于彩色电视的普遍推广，电视开始了与报纸和广播的竞争。
科学本身早已认识到用技术增强人的视觉的价值。20世纪在经典物理学的传统应用领域望远镜、显微镜和摄像机之外又添加了电视、全息摄影术和计算机。计算机绘图建立在近代物理学种种发现的基础上，它反过来又成为进行基础研究的必不可少的重要工具。
1981年，一个古老的梦想实现了，单个原子的轮廓第一次呈现在人的眼前。一种叫做扫描隧道显微镜（STM ）的仪器使得原子出现在人类的“视野”中，它的关键部件是一根探针，能够像盲人的指尖抚摸一个不熟悉的面孔那样，轻轻地扫描某个表面。将数字化的轮廓线输入到计算机，然后由计算机把它们组合成一幅可视的图像，每一个隆起部分都代表一个单个的原子。合成彩色编码增加了图像的对比度，可以帮助人们鉴别不同物质的原子。STM 的设计者海因里希·罗雷尔与格尔德·宾宁因此分享了1986年的诺贝尔物理奖。
在医药方面，计算机与不同的探针结合产生了同样显著的结果。利用计算机化X射线轴向分层造影（CAT）扫描器可以将X 光产生的大脑图像组合成三维彩色编码的图像，这种探测技术已经使脑神经外科发生了革命。胎儿的超声波图像对妇产科有很大的帮助，其他能够窥视人体内部的技术包括磁共振成像（MRI）和正电子发射层析扫描（PET），后者能记录下送入体内的放射性物质释放出的正电子与附近细胞的电子结合时发出和射线。
即使是纯数学这个超脱于物质世界之外的科学之王，也成功地应用了计算机绘图。例如，1979曼德尔布罗特集合的发现就归功于计算机的构图能力，这个集合的美丽和精致程度使许多数学家、艺术家和计算机高手着迷。
1975年以后的物理学家将可以不再通过透镜，而是通过计算机的显示屏观察这个世界。
重新研究（1985－1994）
柏林墙的倒塌（1989）、德国的重新统一（1990）和苏联的解体（1991）这些突如其来的消息宣告了冷战时代的结束。随着国际紧张局势的缓和和全球贸易的繁荣兴盛，物理学也进入了新的时期。二次大战后开始的新发现的迅猛潮流减慢了；这主要是因为经过这些年的研究，物理学已经发展成一个十分复杂的理论体系。理论复杂得即使是超级计算机也无法满足它提出的许多计算要求。有些物理学分支的实验仅仅因为它们要求的研究人员、科学仪器和经费支持数量庞大，仅计划的制订和实施就花费了几年的时间。物理学家更加深入细致地研究20世纪早些时候的发现，以更加稳健的步伐取得了新的成就，其结果有时是惊人的。
自从1925年以来，量子力学就正确无误地指导了原子物理的研究，人们普遍接受它，但是要解释它却很难。理查德·费曼曾经不满地说：“没有人懂得量子力学。”然而，激光器、计算机和迅速发展的电子学的出现使得实践的检验超越了思想上的认同过程。对单个光子和原子行为特性的观察令人信服地证明大自然真如量子力学所预见的那样奇异。为了进一步完善核子和粒子物理学，以量子力学、相对论和夸克为基础的一个和谐统一的理论模型经过20年的精细加工，最终获得了标准模型这个称号。虽然这个模型还有许多问题没有解答，但是它已成功地解释了所有已知粒子和除引力之外的力。标准模型十分肯定地预言了第六个也是最后一个叫做“顶夸克”的基本粒子的存在。但是当1995年终于发现顶夸克时，它的巨大的质量却与其它夸克的质量极不相称，以至于它自己又变成了一个新的令人费解的事物。
1911年发现并在1957年首次得到理论解释的超导现象在此时期也有轰动的发现：检测到的超导温度比以往认为的要高得多。更加重要的是旧的理论不适用于新的发现，所以理论家们不得不再从头开始。
在宇宙这一层次上，新的仪器以前所未有的详细程度映射出宇宙背景辐射（1965年的发现）。新的数据资料鼓舞了包括英国物理学家斯蒂芬·霍金在内的宇宙学家，使他们着手研究“量子宇宙学”，这是一门探讨整个宇宙的波函数和时间的开始的学科。如果这几项研究成功了，它将使原子物理学和宇宙物理学最终合为一体。
前景（1995－）
物理学的百年回顾显示出这是一个在深度和广度上蓬勃发展，而且“体积”也急剧增大的时代。例如，美国物理学会的会员从1900年的一百人左右，增加到1977年的四千多人。这种发展部分地反映了大学招生人数直线上升，它同时也表明科研事业已经从上层人士的学术探索发展成为推动世界经济发展的强劲动力。
晶体管的历史反映了这个变革过程。现在，生活中没有计算机如同计算机里没有微型晶体管一样不可思议，它们是在大学和工业实验室里进行大量应用研究的成果，而这种应用研究又是发源于纯粹的基础研究。今天的笔记本电脑的“家谱”可以直接追溯到1925年沃纳·海森堡创立的量子力学。
当人们进入新的世纪并试图预见科学的未来发展方向的时候，记住这种情况是有益的，即：伟大的发现很少会是刻意追求一个万能答案的结果，而经常是在致力于某个较小的专门问题时所得到的意外收获。例如，四百年前，德国的天文学家约翰尼斯·开普勒花了4 年功夫想要消去计算得出的火星轨道上的一个很小的误差，结果却发现了决定宇宙中所有行星运动的一些基本规律。在20世纪初，卢瑟福是在研究带电粒子穿过物质时，“遇到”了原子核。在21世纪对某个特定问题的穷追不舍的研究同样也将产生一些逐步为大家所认同的、意想不到的奇妙见解。
物理学家渴望获得的真知灼见是什么？我们可能不久就会知道暗物质是什么以及宇宙是否会永远继续扩大下去；但是时间又是怎么开始的？广义相对论虽告诉了我们引力是什么，但是即使在没有引力的情况下也能量度的惰性质量又从何而来？我们应该怎样描述难倒数学物理学家长达一个世纪之久的混乱——那个在液体和气体中出现的乱七八糟的涡流？如果了解了它，我们是否就能预知天气的变化和心脏病的发作？意识是否能够用神经网络中的电子流，进而用量子力学来解释？还是要加上其他东西？在这方面，我们是否应该不加怀疑地接受量子力学，或者是像艾伯特·爱因斯坦所一直期望的那样，有人将获得能够使量子力学的现象变得平淡无奇的启示？生命是怎样开始的？我们是宇宙中独一无二的智慧生命吗？在我们确信能够回答这些问题之前，我们还不能宣称自己已经了解了这个世界。
回顾过去，我们认识到，在刚刚过去的这个世纪中我们确实学到了许多东西，但是对于奥秘的探索是没有止境的，其中最不可知的是预见下一次将会发现什么。