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珀西·布里奇曼(美國物理學(xué)家,發(fā)明超高壓裝置和在高壓物理學(xué)領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn))

珀西·布里奇曼,美國物理學(xué)家, 1946年由于發(fā)明超高壓裝置和在高壓物理學(xué)領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)獲得1946年的諾貝爾物理學(xué)獎。布里奇曼對結(jié)晶學(xué)也有研究,他創(chuàng)造了一種生產(chǎn)單晶的方法。他對金屬導(dǎo)電現(xiàn)象進(jìn)行過研究,發(fā)現(xiàn)了內(nèi)珀耳熱---一種新的電效應(yīng)。他還為曼哈頓計劃測定了鈾和钚的壓縮性,還協(xié)助研制過原子彈。1961年8月20日,即在他完成《對富有經(jīng)驗的人們來說是初步的相對論》一書幾周后因癌癥惡化而飲彈自殺。一生撰寫的論文多達(dá)二百六十多篇,著作十三本。

個人作品

《現(xiàn)代物理學(xué)的邏輯》(1927年)

《高壓物理學(xué)》(1931年)

《物理理論的本質(zhì)》(1936年)

《智慧的個人和社會》(1938年)

《一個物理學(xué)家的沉思》(1950年)

《我們?nèi)舾晌锢韺W(xué)概念的本質(zhì)》(1952年)

《萬事之道》又譯為《事物是怎么樣的》(1959年)

人物生平

布里奇曼1882年4月21日出生在美國馬薩諸塞州的劍橋(又譯為坎布里奇)。父親雷蒙德·蘭登·布里奇曼是位記者,母親叫安·瑪麗亞·威廉斯·布里奇曼。小布里奇曼從小就受到了良好的家庭教育,他的父親經(jīng)常告誡他說:“為了增進(jìn)智慧,一定要經(jīng)常地把‘為什么’掛在嘴邊上,直到?jīng)]有‘為什么’再追問時,那你對那個問題才算有比較全面的了解?!?因此,他逐漸養(yǎng)成了追根問底的習(xí)慣。

布里奇曼從小學(xué)到中學(xué)成績一直都很出色,他特別擅長數(shù)理化。1900年進(jìn)入哈佛大學(xué),在物理學(xué)和數(shù)學(xué)方面得到了較好的訓(xùn)練,四年后以優(yōu)等成績畢業(yè)。繼續(xù)留在母校攻讀碩士,博士學(xué)位。在他二十五歲那年(1908年)獲得了哲學(xué)博士學(xué)位,這是二十世紀(jì)初以來得自然科學(xué)博士學(xué)位,他是最年輕的一個。同年被母校聘任,擔(dān)任物理系的研究助理,兩年后升任講師。

他很注重教學(xué)方法,他的課很受學(xué)生的歡迎,他的講課生動有趣,甚至最為枯燥無味的數(shù)理課,同樣也講的簡單易懂,連不喜歡數(shù)理的學(xué)生也樂意聽他的課。數(shù)理雖然不是他的本行,但他榮獲了數(shù)學(xué)界難得的霍利斯獎。1913年升任副教授,1919年成為教授,同時兼任自然哲學(xué)(物理學(xué)別稱)主任教授。他還是美國物理協(xié)會會長(1942年)、美國國家科學(xué)院成員、英國、墨西哥及印度科學(xué)院的外國成員。他的許多著作寫的非常淺顯。而講的卻是最新的原理和現(xiàn)代應(yīng)用學(xué)術(shù)。如《現(xiàn)代物理學(xué)的邏輯》已是歐美家庭人手一冊的科學(xué)常識。

他再三提醒家庭主婦:“孩子們在幼年時代,要是沒有大好的理智的熏陶,在他們之后的未來時代中,將會自覺為極大的悲哀?!辈祭锲媛€熱衷于少年兒童的科普工作,他寫了許多兒童科學(xué)故事,有時間和孩子們在一起,向他們解釋大自然的奧秘,激發(fā)他們對科學(xué)的興趣。他還創(chuàng)辦了現(xiàn)在美國發(fā)行量很大的雜志《兒童科學(xué)》。

除科學(xué)外他還喜歡音樂、象棋、照相、園藝、爬山,還喜歡打手球等。他堅持鍛煉身體,無論刮風(fēng)下雨,上下班都以自行車為交通工具。

1946年由于發(fā)明超高壓裝置和在高壓物理學(xué)領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)獲得諾貝爾物理學(xué)獎金。1961年8月 20日,即在他完成《對富有經(jīng)驗的人們來說是初步的相對論》一書幾周后因癌癥惡化而飲彈自殺。

科學(xué)研究

布里奇曼長期致力于物質(zhì)在高壓下的實驗研究,突破了高壓技術(shù)的瓶頸,開拓了高壓物理學(xué)的研究領(lǐng)域。1909年發(fā)現(xiàn)無支承面密封;1952年完成了壓砧-壓缸型高壓容器──布里奇曼容器,其原理一直到今天仍在使用。他開展高壓研究工作,1937年只達(dá)到5000atm(5×10^9Pa)的壓強,到1941年逐漸提高到100000atm(10^10Pa),他還采用“交叉刀刃原理”,使抗壓能力達(dá)到 425 000atm(4.3×10^10Pa),1952年他發(fā)明了對置砧裝置,可使高壓穩(wěn)定地保持在100 000atm(10^10 Pa)。他利用高壓裝置研究了許多不同物質(zhì)在高壓下的物理性質(zhì):如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、壓縮性、抗張強度和粘滯性等。他還發(fā)現(xiàn)了許多物質(zhì)在高壓下的多種變態(tài)(如冰至少有 6種新的態(tài))、黑磷和銫在某一轉(zhuǎn)變壓力下的電子重新排列。他所測定的數(shù)據(jù),現(xiàn)在大都還作為標(biāo)準(zhǔn)。他在1931年出版的《高壓物理學(xué)》一書是在該領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)典權(quán)威著作。其實早在1905年布里奇曼就開始了該領(lǐng)域的研究,他本來是試驗壓力下的光學(xué)現(xiàn)象。但在試驗過程中儀器突然爆炸了,基本部件受損,必須更換。為此,他發(fā)明了一種密封裝置,從此開始了他的高壓物理的研究。

布里奇曼對結(jié)晶學(xué)也有研究,他創(chuàng)造了一種生產(chǎn)單晶的方法。他對金屬導(dǎo)電現(xiàn)象進(jìn)行過研究,發(fā)現(xiàn)了內(nèi)珀耳熱---一種新的電效應(yīng)。他還為曼哈頓計劃測定了鈾和钚的壓縮性,還協(xié)助研制過原子彈。

作為一名技藝精湛的實驗物理學(xué)家,他對物理概念是這樣解釋的“對物理概念的解釋,只能在實驗和觀察許可的范圍內(nèi)進(jìn)行??茖W(xué)是最講究現(xiàn)實的,不能含糊,所有的理論都要在實驗室內(nèi)拿出事實來,決不可隨便瞎說?!彼鲝埶械母拍钜笫强梢圆僮鞯?,即可以在實驗室實現(xiàn)。他的這種思想被稱為“操作主義”。

為了進(jìn)行高壓實驗,布里奇曼發(fā)明了一種有效的密封裝置,其密封度可以隨壓強升高而升高。這樣,高壓裝置就不會再受漏壓的限制,而只受材料強度的限制。當(dāng)時冶金學(xué)的進(jìn)展為他提供了前所未有的高強度的鋼。他選擇了一種電爐鉻——釩鋼。這種鋼在他的壓力容器里不會破裂。經(jīng)過反復(fù)實驗,他把壓力提高到了每平方厘米10萬公斤的高度,第一次成功地超過了每平方厘米3000公斤的阿瑪加特壓力極限。后來,他又采用了卡布洛依硬質(zhì)合金制成的雙層高壓容器,使容器置于起抵消作用的外壓之中,從而增大了容器抵抗內(nèi)壓的能力,使研究處在特強壓力下的物質(zhì)的性質(zhì)成為可能。隨后,他又把壓力提高到每平方厘米50萬公斤,并在每平方厘米42.5萬公斤的壓力下獲得了小薄片式的壓縮材料。對這些材料進(jìn)行X射線的分析表明,在很高壓力的作用下,物質(zhì)結(jié)構(gòu)可以從結(jié)晶形式變成非結(jié)晶形式。借助他的高壓密封裝置,他不僅獲得了創(chuàng)紀(jì)錄的高壓,還把這一成就運用于高壓物理研究中,并獲得了許多顯赫一時的成果。他發(fā)現(xiàn)了各種物質(zhì)的新變態(tài)。例如,把水置于一定的高壓中,即使是在沸點時,水也會變成冰。他發(fā)現(xiàn)了干冰,并查出冰的變態(tài)不下6種。

從1908年起的40年間,幾乎所有的高壓研究都離不開布里奇曼所設(shè)計的高壓密封裝置。在高壓物理研究方面,布里奇曼留下了大量實驗數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是發(fā)展固態(tài)物理學(xué)的無價之寶。許多天然礦物的人造產(chǎn)品,如人造金剛石、翡翠等都是根據(jù)他的實驗數(shù)據(jù)制成的。

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