19世紀重要里程碑

2009/02/24 – 下午 12:34

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資料提供/東吳大學物理系 劉源俊教授

整  理/國立中央大學 科學教育中心

16世紀      17世紀     18世紀     19 世紀    20世紀

年份

人物

重要事蹟

簡介

1800

volta

Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta

伏特

(1745 – 1827)

發現電池效應

 

倫巴族人,生長在義大利。自1775年開始研究電學。發現電勢與電量的比例關係─電容;因此後來電勢的單位以他為名。

 

最重要的成就則是1800年發現電池效應─電池可產生穩定電流。這一發現不只應用極廣,更顯示電的現象不能用力學說明。

1803

young

Thomas Young

楊氏

(1773 – 1829)

發表論文Experiments and Calculations Relative to Physical OpticsII (1803),描述雙狹縫實驗

英格蘭人。1803年發表論文Experiments and Calculations Relative to Physical Optics,描述他所做的雙狹縫實驗,清楚顯示光的干涉效應,乃重新開啟波光學的時代。

 

也研究固體彈性與光色學。他關於視網膜有三種神經纖維的假說,到1959年得到實驗證實。

1820

ampere

André-Marie Ampère

安培

(1775 – 1836)

發表一篇論文詳述電流與磁的關係,發表一篇論文詳述電流與磁的關係。

法國人。1820年,在聽說丹麥人Østed發現穩定電流能使磁針改變方向的一星期之後,發表一篇論文詳述電流與磁的關係,並表演兩條平行導線相吸(電流向相同)或相斥(電流向相反)的現象。發表一篇論文詳述電流與磁的關係,

 

如今電流基本單位安培乃據以訂定之。

1821

fresnel

Augustin-Jean Fresnel

傅瑞乃

(1788 – 1827)

明確指出光波是全然的橫波(1821)

法國人。自1814年後對光的行為做許多理論與實驗研究,在以太說之上建構波光學的理論。

 

1821年,明確指出光波是全然的橫波。

1824

carnot

Nicolas Léonard Sadi Carnot

卡諾

(1796 – 1832)

提出卡諾循環,為後來的熱力學第二律奠基

法國人。1824年在Réflexions sur la puissance motrice du feu (Reflections on the Motive Power of Fire)書中首先對熱機的效率作理論探討,提出現今所稱卡諾循環,為後來的熱力學第二律奠基;但該書十年後受到注意時,他已過世。堪稱「熱力學之父」。

1825

laplace

Pierre-Simon de Laplace

拉普拉斯

(1749 – 1827)

Mécanique Céleste (Celestial Mechanics, 1799-1825)

法國人。算學物理大師。1799-1825年間,整理並擴展前人作品,寫成Mécanique Céleste (Celestial Mechanics)五卷,以微積分式的古典力學陳述天體力學。提出拉普拉斯方程。

 

發展太陽系起源的雲氣假說,還提議黑洞與重力陷縮。被稱為法國的牛頓。

1827

hamilton

William Rowan Hamilton

哈米爾頓

(1805 – 1865)

發表Theory of Systems of Rays (1827)

愛爾蘭人。他對物理主要的貢獻是把粒子力學與波光學的算學關聯起來,源出於1827年的一篇論文,繼之以1834與1835的兩篇論文。

 

他建立的力學體系乃從哈米爾頓函出發,是繼牛頓與拉格朗日之後的另一重大增色,也為二十世紀量子力學體系埋下伏筆。

1831

faraday

Michael Faraday

法拉第

(1791 – 1867)

發現磁場變化可產生電流,即法拉第電磁感應律。

英格蘭人。首先肯定「場」的實質性(帶有能量),且畫出場線。他最重要的貢獻是在研究電流產生的磁場上,發現磁場變化可產生電流,即法拉第電磁感應律。

 

1833他又發現電解律,測定電解常數(所謂法拉第常數),執電化學的牛耳。發現磁場能改變光的偏振方向,因而提示電磁與光的關係。

 

此外,他在化學還有許多重要貢獻,例如發現苯。

1833

發現電解律,測定電解常數(所謂法拉第常數),執電化學的牛耳。

1834

1835

hamilton

William Rowan Hamilton

哈米爾頓

(1805 – 1865)

On a General Method in Dynamics (1834-1835)

見上文

1840

joule

James Prescott Joule

焦耳

(1818 – 1889)

提出焦耳律

英格蘭人。1940年提出所謂焦耳律,即導線生熱與電流及電勢差兩者成正比。1843年提出「熱功當量」,認為力作的功可轉換為動能、勢能或熱。

 

往後的三十五年間,從事好幾系列的實驗,驗證此說;於是肯定能量守恆,是為溫熱學第一律。現今國際標準制的能量單位因他而命名。

1843

提出「熱功當量」

1845

 

kirchhoff

Gustav Robert Kirchhoff

克希荷夫

(1824 –1887)

Kirchhoff’s laws (1845)

電路律

德國人。在電學、光譜學及溫輻射方面都有重要貢獻。1854年後發展光譜儀,開創光譜分析法;不僅發現新元素,所提出的光譜三律,還說明陽光的暗線光譜出自吸收。1859年提出(1861年證明)的溫輻射律(並造「黑體輻射」一詞),是為近代物理的源頭。 早歲提出的電路律,成為後日電機工程的基礎。

 

此外他還發現:電路傳電的速度是光速。

1847

helmholtz

Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz

黑木荷茲

(1821 -1894)

Uber dire Erhaltung der Kraft (On the Conservation of Force, 1847)首先提出各類能量的總量守恆

 

德國人。1847年從生理學與哲學觀點,首先提出力、熱、光、電、磁各類能量的總量守恆。

 

對電動力學、化學溫熱學及溫熱學的力學基礎都有貢獻。

 

此外,還研究視覺理論、色覺、音調與音感有成。

1848

lord-kelvin

William Thomson (Lord Kelvin)

凱爾文

(1824 – 1907)

On an Absolute Thermometric Scale (1848) 提出絕對溫標

愛爾蘭人。研究電學與溫熱學的理論。發展出絕對溫標,後人乃以他的姓命名。

 

1900年的一次重要講演認為物理大業已大勢底定,未來工作主要只在精益求精; 『然而地平線上有兩朵烏雲─邁克生/摩利測不到地球在「以太」中的速度,黑體輻射的光譜難以解釋。

1850

clausius

Rudolf Julius Emanuel Clausius

克勞休司

(1822 – 1888)

Über die bewegende Kraft der WärmeI (On the mechanical theory of heat, 1850) 重述卡諾循環原理,溫熱學第二律

德國人。於1850年的論文Über die bewegende Kraft der Wärme 中整理熱的力學理論,將能量守恆作為溫熱學第一律,又重述卡諾循環原理,作為溫熱學第二律。

 

1865年,他又引進熵的概念;造entropy一詞。

1859

kirchhoff

Gustav Robert Kirchhoff

克希荷夫

(1824 –1887)

提出溫輻射律(Kirchhoff’s law of thermal radiation)並造「黑體輻射」一詞

見上文

1861

maxwell

James Clerk Maxwell

馬克斯威爾

(1831 – 1879)

做成第一張彩色相片

蘇格蘭人。他最重要的成就是集過去關於電學、磁學理論與實驗(包括電的庫倫律、電流的安培律、磁場的高斯律、電磁感應的法拉第律等等)之大成,加上自己有關電與磁對稱的考慮,寫成論文A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field (1864)。

 

馬克斯威爾方程(當時寫成八條)乃把電場與磁場統合為電磁場,被認為是繼牛頓之後物理的第二次大統合。他進一步從上述方程推導出波方程,因而預測有電磁波;又因為此電磁波速度的理論值與當時所知的光速相當,乃推測光波是電磁波,都經實驗證實,影響極為深遠。

 

此外,他研究氣體分子動力論,發展出馬克斯威爾分布。還研究光色的三原色理論;在1861年做成了第一張彩色相片。

 

他被認為是十九世紀科學家對二十世紀物理影響最大的人,與牛頓及愛因斯坦的成就可相提並論。

1864

A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field (1864) 集過去關於電學、磁學理論與實驗之大成

 

1865

clausius

Rudolf Julius Emanuel Clausius

克勞休司

(1822 – 1888)

引進熵的概念;造entropy一詞。

見上文

1871

boltzmann

Ludwig Eduard Boltzmann

波茲曼

(1844 -1906)

波茲曼分布(Boltzmann Distribution)

奧地利人。堅信原子與分子的實在性。得出氣體分子的分布是與其能量(動能加勢能)除以溫度呈指數遞減關係。後來這所謂波茲曼分布乃成為古典統計力學的基礎。

 

他的著名公式S = k logW刻在墓碑上,其中清楚表明熵的統計意涵,k 即是後來大家公認的波茲曼常數。

1873

van-der-waals

 

凡德瓦

(1837 – 1923)

Over de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand (On the continuity of the gas and liquid state, 1873)

荷蘭人。1869年為解釋氣體的臨界溫度,考慮分子體積與分子間作用力,修正「理想氣體方程」,提出氣體與液體皆適用的「凡得瓦方程」。1880年又提出關於相變的普適「對應態律」,有功於後日氫與氦的液化。獲得1910年諾貝爾物理奬。

1873

gibbs

Josiah Willard Gibbs

吉布士

(1839 – 1903)

Graphical Methods in the Thermodynamics of Fluids (1873)

美國人,曾遊學歐洲。最重要的貢獻是首先將熱力學第二律應用到化學上,奠立化學熱力學(1873-1876),定義了所謂Gibbs可利用能。

 

1881-84年間,他的講義小冊Elements of Vector Analysis,奠立後來的向量分析。

 

他在1902年的一本小書,創「正則系綜」法,奠立統計力學。

1876

On the Equilibrium of Heterogeneous Substances (1876) Gibbs’s free energy

1877

boltzmann

Ludwig Eduard Boltzmann

波茲曼

(1844 -1906)

熵的統計意涵

見上文

1877

lord-rayleigh

John William Strutt (Lord Rayleigh)

瑞利

(1842 – 1919)

The Theory of Sound (1877)二冊奠立聲學基礎

英格蘭人。在理論物理有廣泛的貢獻,尤其是在波動方面。1877年著The Theory of Sound二冊奠立聲學基礎。

 

1904年因研究氣體密度且導致氬元素(Ar)的發現獲得諾貝爾物理獎。

1880

van-der-waals

Johannes Diderik van der Waals

凡德瓦

(1837 – 1923)

The Law of Corresponding States (1880) 對應態律

見上文

1887

hertz

Heinrich Rudolf Hertz

赫茲

(1857 -1894)

首次發現光電效應(Photoelectric effect)

首次發現屬VHF與UHF範疇的電磁波,證實馬克斯威爾的預測。

 

德國人。1887年首次發現屬VHF與UHF範疇的電磁波,證實馬克斯威爾的預測。同年稍早又首次發現紫外線可自金屬打出電子的光電效應。

 

現今頻率單位乃以他為名(1930)。

 

英年早逝。他的侄兒G. L. Hertz獲得1925年諾貝爾物理奬。

1887

michelson

Albert Abraham Michelson

邁克生

(1852 – 1931)

與摩利Morley (Michelson-Morley experiment) 設計干涉儀嘗試測量地球在「以太」中進行的速度

美國人。終身從事光速及相關實驗。1883年開始設計改進干涉儀,1887年與摩利Morley用該種干涉儀嘗試測量地球在「以太」中進行的速度,測量不得,乃引起物理界疑惑,最終導致狹義相對論的提出。

 

1907年獲得諾貝爾物理獎。

 

到1926年,得到299,796±4 km/s的光速值。

1895

lord-rayleigh

John William Strutt (Lord Rayleigh)

瑞利

(1842 – 1919)

發現氬元素(Ar)

見上文

1895

rontgen

Wilhelm Conrad Röntgen

倫琴

(1845 – 1923)

發現現在稱之為X射線的短波長電磁輻射

德國人。發現現在稱之為X射線的短波長電磁輻射,應用極其廣泛。得到1901年首屆諾貝爾物理奬

1897

 

 

thomson

Joseph John Thomson

湯姆生

(1856 – 1940)

Cathode Rays (1897)發現電子 (electron)

 

蘇格蘭血統,生於英格蘭。研究抽空管內的陰極射線,測定其荷質比為常數,乃於1897年提議陰極射線是來自原子的帶電粒子組成。後來公認此係電子的發現,於是打破原子不可分的成見。獲得1906年諾貝爾物理獎。

 

他後來又從離子射線的研究發現氖有兩種同位素,接著發明質譜儀。

 

作育許多物理英才。他的兒子G. P. Thomson也因電子衍射實驗獲得諾貝爾獎。