1902年诺贝尔物理学奖——赛曼效应的发现和研究
论文塞曼效应实验中谱线裂距与磁场变化的关系研究
课程论文二题目：塞曼效应实验中谱线裂距与磁场变化的关系研究班级：11物理学本科班姓名：谢作霖学号：110800047指导老师：许永强塞曼效应实验中谱线裂距与磁场变化的关系研究谢健强徐春山谢作霖摘要：本文叙述了塞曼效应的实验装置，正、反常塞曼效应的分裂实验原理，并且根据实验所得数据，验证了谱线裂距与磁场变化的关系。
关键词：塞曼效应；法布里-珀罗标准具；洛伦兹单位；谱线裂距；磁场强度1. 引言1896 年,荷兰物理学家塞曼(P.Zeeman(1865-1943))发现当光源放在足够强的磁场中时，原来的一条光谱线分裂成几条光谱线，分裂的谱线成分是偏振的，分裂的条数随能级的类别而不同，后人称此现象为塞曼效应。
塞曼效应是继英国物理学家法拉第（M.Faraday(1791-1863)）1845 年发现磁致旋光效应，克尔(John Kerr)1876 年发现磁光克尔效应之后，发现的又一个磁光效应。
法拉第旋光效应和克尔效应的发现在当时引起了众多物理学家的兴趣。
1862 年法拉第出于"磁力和光波彼此有联系"的信念，曾试图探测磁场对钠黄光的作用，但因仪器精度欠佳未果。
塞曼在法拉第的信念的激励下,经过多次的失败,最后用当时分辨本领最高的罗兰凹面光栅和强大的电磁铁,终于在1896 年发现了钠黄线在磁场中变宽的现象,后来又观察到了镉蓝线在磁场中的分裂。
塞曼在洛仑兹的指点及其经典电子论的指导下,解释了正常塞曼效应和分裂后的谱线的偏振特性,并且估算出的电子的荷质比与几个月后汤姆逊从阴极射线得到的电子荷质比相同。
塞曼效应不仅证实了洛仑兹电子论的准确性，而且为汤姆逊发现电子提供了证据。
还证实了原子具有磁矩并且空间取向是量子化的。
1902 年，塞曼与洛仑兹因这一发现共同获得了诺贝尔物理学奖。
直到今日，塞曼效应仍旧是研究原子能级结构的重要方法。
早年把那些谱线分裂为三条,而裂距按波数计算正好等于一个洛伦兹单位的现象叫做正常塞曼效应(洛伦兹单位mc eB L π 4 / = )。
历届诺贝尔物理学奖
历届诺贝尔物理学奖伦琴(1845-1923)Willhelm Konrad Rotgen1901年诺贝尔物理学奖——X射线的发现1901年,首届诺贝尔物理学奖授予德国物理学家伦琴(Willhelm Konrad Rotgen,1845-1923),以表彰他在1895年发现的X射线.1895年,物理学已经有了相当的发展,它的几个主要部门-牛顿力学,热力学和分子运动论,电磁学和光学,都已经建立了完整的理论,在应用上也取得了巨大成果.这时物理学家普遍认为,物理学已经发展到顶了,以后的任务无非是在细节上作些补充和修正而已,没有太多的事情好做了.正是由于X射线的发现唤醒了沉睡的物理学界.它像一声春雷,引发了一系列重大的发现,把人们的注意力引向更深入,更广阔的天地,从而揭开了现代物理学的序幕.1902年诺贝尔物理学奖——塞曼效应的发现和研究塞曼(1865-1943)Pieter Zeeman洛伦兹(1853 -1928)Hendrik Antoon Lorentz1902年诺贝尔物理学奖授予荷兰莱顿大学的洛伦兹(Hendrik Antoon Lorentz,1853-1928)和荷兰阿姆斯特丹大学塞曼(Pieter Zeeman,1865-1943),以表彰他们在研究磁性对辐射现象的影响所作的特殊贡献.磁性对辐射现象的影响也叫塞曼效应,是塞曼在1896年发现的.它是继法拉第效应和克尔效应之后又一项反映光的电磁特性的效应.塞曼效应更进一步涉及了光的辐射机理,因此人们把它看成是继X射线之后物理学最重要的发现之一.洛伦兹是荷兰物理学家,他的主要贡献是创立了经典电子论,这一理论能解释物质中一系列的电磁现象,以及物质在电磁场中运动的一些效应.由于塞曼效应发现时及时地从洛伦兹理论得到了解释,由此所确定的电子荷质比与J.J.汤姆孙用阴极射线所得数量级相同,相互间得到验证,因此1902年洛伦兹与塞曼共享诺贝尔物理学奖.贝克勒尔(1852 -1908)Antoine Henri Becquerel塞曼也是荷兰人,1885年进入莱顿大学后,与洛伦兹多年共事,并当过洛伦兹的助教.塞曼对洛伦兹的电磁理论很熟悉,实验技术也很精湛,1892年曾因仔细测量克尔效应而获金质奖章,并于1893年获博士学位.他在研究辐射对光谱的影响时,得益于洛轮兹的指导和洛轮兹理论,从而作出了有重大意义的发现.居里夫妇(1867 - 1934)Marie Sklodowska1903年诺贝尔物理学奖——放射性的发现和研究1903年诺贝尔物理学奖一半授予法国物理学家亨利·贝克勒尔(Antoine Henri Becquerel,1852-1908),以表彰他发现了自发放射性;另一半授予法国物理学家皮埃尔.居里(Pierre Curie ,1859-1906)和玛丽.斯可罗夫斯卡.居里(Marie Sklodowska,1867-1934),以表彰他们对贝克勒尔发现的辐射现象所作的卓越贡献.亨利·贝克勒尔是法国科学院院士,擅长于荧光和磷光的研究.1895年底,伦琴将他的初步通信:《一种新射线》和一些X射线照片分别寄给各国著名的物理学家,其中包括法国的庞加莱(H.Poincare).庞加莱是著名的数学物理学家,法国科学院院士.1896年1月20日法国科学院开会,他带伦琴寄给他的论文,并展示给与会的科学家.这件事大大激励了亨利.贝克勒尔的兴趣.他问这种穿透射线是这样产生的庞加莱回答说,这一射线似乎是从阴极对面发荧光的那部分管壁上发出的.贝克勒尔推想,可见光的产生和不可见X射线的产生或许是出于同一机理.第二天他就开始实验荧光物质会不会产生X射线.然而,贝克勒尔最初的一些实验却是失败的.正在这个时候,庞加莱在法国一家科普杂志上发表了一篇介绍X射线的文章,文章有一次提到荧光物质是否会同时辐射可见光和X射线的问题.贝克勒尔读到后非常很受鼓舞,于是再次投入荧光和磷光的实验,终于找到了铀盐有这种效应,他用厚黑纸包了一张感光底片,纸非常厚,即使放在太阳下晒一整天也不至于使底片变翳.他在黑纸上面放一层铀盐,然后拿到太阳下晒几个小时,显影之后,他在底片上看到了磷光物质的黑影.然后他又在磷光物质和黑纸之间夹一层玻璃,也作出同样的实验,证明这一效应不是由于太阳光线的热使磷光物质发出某种蒸气而产生化学作用所致.于是得出结论:铀盐在强光照射下不但会发可见光,还会发穿透力很强的X射线.贝克勒尔这一结论并不正确,一次偶然的机遇使他作出了真正的发现.瑞利(1842 -1919)Lord Rayleigh1904年诺贝尔物理学奖——氩的发现1904年诺贝尔物理学奖授予英国皇家研究所的瑞利勋爵(Lord Rayleigh,1842-1919),以表彰他在研究最重要的一些气体的密度以及在这些研究中发现了氩.瑞利以严谨,广博,精深著称,并善于用简单的设备作实验而能获得十分精确的数据.他是在19世纪末年达到经典物理学颠峰的少数学者之一,在众多学科中都有成果,其中尤以光学中的瑞利散射和瑞利判据,物性学中的气体密度测量几方面影响最为深远. 1905年诺贝尔物理学奖——阴极射线的研究勒纳德(1862-1947)Philipp Lenard1905年诺贝尔物理学奖授予德国基尔大学的勒纳德(Philipp Lenard,1862-1947),表彰他在阴极射线方面所作的工作.1888年,当勒纳德于海德堡大学在昆开(Quincke)的指导下工作时,就在阴极射线方面作了最初的研究.他研究了赫兹关于这种射线与紫外线相似的观点.为此他做了这个实验,观察阴极射线是否能想紫外线一样通过放大电管壁的石英窗.他发现阴极射线不能穿过.但是1892年,他在波恩大学担任赫兹的助手时,赫兹让他看了自己的一项新发现:将一块被铝箔包着的含铀玻璃片放入电管中,当时阴极射线轰击这快铝箔时,铝箔下面发出了光.当时赫兹以为可以用一片铝箔将空间隔开,一边是按普通方法产生的阴极射线;而在另一边则是纯粹状态下的阴极射线.这个实验以前从未做过.赫兹太忙了,没有时间做这个实验,就让勒纳德做,就这样,勒纳德作出了"勒纳德窗"的重大发现.汤姆孙(1856-1940)Sir Joseph Thomon1906年诺贝尔物理学奖——气体导电1906年诺贝尔物理学奖授予英国剑桥大学的J.J.汤姆孙爵士(Sir Joseph Thomon,1856-1940),以表彰他对气体导电的理论和实验所作的贡献.J.J.汤姆孙对气体导电的理论和实验研究最重要的结果是发现了电子,这是继X射线和放射性之后又一重大的发现.人们把这三件事称为世纪之交的三大发现.迈克耳孙(1852 -1931Albert Abrham Michelson1907年诺贝尔物理学奖——光学精密计量和光谱学研究1907年诺贝尔物理学奖授予芝加哥大学的迈克耳孙(Albert Abrham Michelson,1852-1931),以表彰他对光学精密仪器及用之于光谱学与计量学研究所作的贡献.迈克耳孙是著名的实验物理学家.他以精密测量光的速度和以空前精密度进行以太漂移实验而闻名于世.他发现的以他的名字命名的干涉仪至今还有广泛的应用.李普曼(1845-1921)Gabried Lippmann1908年诺贝尔物理学奖——照片彩色重现1908年诺贝尔物理学奖授予法国巴黎大学的李普曼(Gabried Lippmann,1845-1921), 以表彰他基于干涉现象用照片重现彩色方法所作的贡献.李普曼1845年8月16日生于卢森堡的霍勒利希(Hollenrich),双亲是法国人,后来他的家牵到巴黎,他在家中接受了早期教育.1858年他进入拿破仑中学,十年后进入综合师范大学.他的学业并不是很好,因为他只注重他感兴趣的科目,不重视他不喜欢的课程,因此他没有通过教师资格的考试.1873年,他被任命为政府的科学使节,到德国学习科学教育方法.在海得堡曾随库恩(Kuhne)和基尔霍夫一起工作,在柏林曾和亥姆霍兹一起工作.布劳恩(1850-1918)Karl Braun马克尼(1874-1937)Guglielmo Marcoin1909年诺贝尔物理学奖——无线电报1909年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦马克尼无线电报公司的意大利物理学家马克尼(Guglielmo Marcoin,1874-1937)和德国阿尔萨斯州特拉斯堡大学的布劳恩(Karl Braun,1850-1918),以承认他们在发展无线电报上所作的贡献.范德瓦尔斯(1837-1923)Johannes Diderik van Waals1910年诺贝尔物理学奖——气夜状态方程1910年诺贝尔物理学奖授予荷兰阿姆斯特丹大学的范得瓦尔斯(Johannes Diderik van Waals,1837-1923),以表彰他对气体和液体的状态方程所作的工作.19世纪末,分子运动逐步形成一门有严密体系的精确科学.与此同时实验也越来越精,人们发现绝大多数气体的行为与理想气体的性质不符.维恩(1864-1928)WilhelmWien1911年诺贝尔物理学奖——热辐射定律的发现1911年诺贝尔物理学奖授予德国乌尔兹堡大学的维恩(WilhelmWien,1864-1928),以表彰他发现了热辐射定律.热辐射是19世纪发展起来的一门新学科,它的研究得到了热力学和光谱学的支持,同时用到了电磁学和光学的新技术,因此发展很快.到19世纪末,这个领域已经达到如此顶峰,以至于量子论这个婴儿注定要从这里诞生.达伦( 1869-1937)Nils Gustaf1912年诺贝尔物理学奖——航标灯自动调节器1912年诺贝尔物理学奖授予瑞典德哥尔摩储气器公司的达伦(Nils Gustaf ,1869-1937),以表彰他分明用于灯塔和浮标照明的储气器的自动调节器.卡末林-昂内斯(1853-1936)Heike Kamerlingh Onnes1913年诺贝尔物理学奖——低温物质的特性1913年诺贝尔物理学将授予荷兰莱顿大学的卡末林-昂内斯(Heike Kamerlingh Onnes,1853-1936), 以表彰他对低温物质特性的研究,特别是这些研究导致液氦的生产.19世纪末,20世纪初,在低温的实验研究上展开过一场世界性的角逐.在这场轰动科坛的竞赛中,领先的是西北欧的一个小国――荷兰首都莱顿的低温实验室.1914年诺贝尔物理学奖——晶体的X射线衍射劳厄(1879-1960)Max von Laue1914年诺贝尔物理学奖授予德国法兰克福大学的劳厄(Max von Laue,1879-1960),以表彰他发现了晶体的X射线衍射.劳厄发现X射线衍射是20世纪物理学中的一件有深远意义的大事,因为这一发现不仅说明了X射线的认识迈出了关键的一步,而且还第一次对晶体的空间点阵假说作出了实验验证,使晶体物理学发生了质的飞跃.这一发现继佩兰(Perrin)的布朗运动实验之后,又一次向科学界提供证据,证明原子的真实性.从此以后,X射线学在理论和实验方法上飞速发展,形成了一门内容极其丰富,应用极其广泛的综合学科.1915年诺贝尔物理学奖——X射线晶体结构分析劳伦斯·布拉格(1890-1971)Sir William Lawrence Bragg亨利·布拉格(1862-1942)Sir William Henry Bragg1915年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦大学的亨利.布拉格(Sir William Henry Bragg,1862-1942)和他的儿子英国曼彻斯特维克托利亚大学的劳伦斯.布拉格(Sir William Lawrence Bragg,1890-1971),以表彰他们用X射线对晶体结构的分析所作的贡献.1912年,劳厄关于X射线的论文发表之后不久,就引起了布拉格父子的关注.当时,亨利·布拉格正在利兹大学当物理学教授,劳伦斯.布拉格刚刚从剑桥大学卡文迪什实验室毕业,留在实验室工作,开始从事科学研究.1916年未授奖巴克拉(1877-1944)Charles Glover Barkla1917年诺贝尔物理学奖——元素的标识X辐射1917年诺贝尔物理学奖授予英国爱丁堡大学的巴克拉(Charles Glover Barkla,1877-1944),以表彰他发现了标识伦琴射线.巴克拉是第五位因研究X射线获得物理学奖的学者,在他之前有1901年获奖的伦琴,1914年的劳厄和1915年布拉格父子不到20年就有5位诺贝尔物理学奖获得者,占当时总数的四分之一以上,由此可见,X射线的研究成果在20世纪20年中占有何等重要的地位.普郎克(1858-1947)Max Karl Ernst Ludwig Plank1918年诺贝尔物理学奖——能量级的发现1918年诺贝尔物理学奖授予德国柏林大学的普郎克(Max Karl Ernst LudwigPlank,1858-1947),以承认他发现能量级对物理学的进展所作的贡献.1895年前后,普朗克正在德国柏林大学当物理学教授,由于鲁本斯(H.Rubens)的介绍,经常参加以基本量度基准为主要任务的德国帝国技术物理研究所(Physikalisch Technische Reichsanstalt,简称PTR)有关热辐射的讨论.这时PTR的理论的核心人物维恩(W.Wien)因故离开PTR,PTR的实验研究成果需要有理论研究工作者的配合,普郎克正好补充了这个空缺.斯塔克(1874-1957)Johnnes Stark1919 年诺贝尔物理学奖——斯塔克效应的发现1919年诺贝尔物理学奖授予德国格雷复斯瓦尔大学的斯塔克(Johnnes Stark,1874-1957),以表彰他在极遂射线中发现了多普勒效应和电路中发现了分裂的普线.极遂射线是哥尔茨坦在1896年在含稀薄气体的放电管中发现的,这种射线后来证明主要是由放电管中带电的气体原子组成的,这些带正电的原子在电场的作用下以很高的速度沿着射线运动.纪尧姆(1861-1938)Charles Edouard Guillaume1920年诺贝尔物理学奖——合金的反常特性1920年诺贝尔物理学奖授予舍夫勒国际计量局的纪尧姆(Charles Edouard Guillaume,1861-1938),以承认他由于他发现镍钢合金的反常特性对精密计量物理学所作的贡献.纪尧姆长期担任国际计量局局长,他发现的因瓦合金和艾林瓦合金对精密计量有非常重大的意义.1921诺贝尔物理学奖——对理论物理学的贡献1921年诺贝尔物理学奖授予德国柏林马克斯·普朗克物理研究所的爱因斯坦(Allbert Einstein,1879-1955),以表彰他在理论物理学上的发现,特别是发现了光电效应的定律. 众所周知,爱因斯坦是20世纪最杰出的理论物理学家.爱因斯坦最重要的科学贡献是在1905年创建了狭义相对论.然而在颁发1921年诺贝尔物理学奖时,却只字不提相对论的建立,诺贝尔委员会特别申明,授予爱因斯坦诺贝尔物理学奖不是由于他建立了相对论,而是"为了表彰他在理论物理学上的研究,特别是发现光电效应的定律".尼尔斯·玻尔(1885-1962)Niels Bohr1922年诺贝尔物理学奖——原子结构和原子光谱1922年诺贝尔物理学奖授予丹麦哥本哈根的尼尔斯·玻尔(Niels Bohr,1885-1962),以表彰他在研究原子结构,特别是研究从原子发出的辐射所作的贡献.密立根(1868-1953)Robert Andrews Millikan1923年诺贝尔物理学奖——基本电荷和光电效应实验1923年诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的密立根(Robert Andrews Millikan,1868-1953),以表彰他对基本电荷和光电效应的工作.卡尔(1886-1978)Karl Manne Georg Siegbahn1924年诺贝尔物理学奖——X射线光谱学1924年诺贝尔物理学奖授予瑞典乌普沙拉(Uppsala)大学的卡尔·西格班(Karl ManneGeorg Siegbahn,1886-1978),以表彰他在X射线光谱学领域的发现与研究.卡尔·西格班是继巴克拉之后,又一次因X射线学的贡献而获得诺贝尔物理学奖的物理学家.弗兰克(1882-1964)James Franck1925年诺贝尔物理学家——弗兰克-赫兹实验1924年诺贝尔物理学奖授予德国格丁根大学的弗兰克(James Franck,1882-1964)和哈雷大学的G.赫兹(Gustav Hertz,1887-1975),以表彰他们发现原子受电子碰撞的定律. 佩兰(1870-1942)Jean Baptiste Perrin1926年诺贝尔物理学奖——物质结构的不连续性1926年诺贝尔物理学奖授予法国巴黎索本大学的佩兰(Jean Baptiste Perrin,1870-1942),以表彰他在物质不连续结构方面的工作,特别是对沉积平衡的发现. 佩兰关于物质不连续结构的工作,主要是他是对布郎运动的研究.康普顿(1892-1962)Arthur Holly Compton1927年诺贝尔物理学奖——康普顿效应和威尔逊云室1927年诺贝尔物理学奖的一半授予美国的芝加哥大学的A.H.康普顿(Arthur Holly Compton,1892-1962),以表彰他发现以他的名字命名的效应;另一半授予英国剑桥大学的C.T.R.威尔逊(Charles Thomon Rees Wilsion,1869-1959),以表彰他用蒸汽凝聚使带电粒子的径迹成为可见的方法.里查逊(1879-1959)Sir Owen Willans Richardson1928年诺贝尔物理学奖——热电子发射定律1928年诺贝尔物理学奖授予英国伦敦大学的O.W.里查逊(Sir Owen Willans Richardson,1879-1959),以表彰他对热电子发射现象的工作,特别是发现了以他名字命名的定律.德布罗意(1892-1987)PrinceLouis-victor de Broglie1929年诺贝尔物理学奖——电子的波动性1929年诺贝尔物理学奖授予法国巴黎索本大学的路易斯.德布罗意(PrinceLouis-victor de Broglie,1892-1987),以表彰他发现了电子的波动性.拉曼(1888-1970)Sir Chandraskhara Venkata Raman1930年诺贝尔物理学奖——拉曼效应1930年诺贝尔物理学奖授予印度加尔各答大学的拉曼(Sir Chandraskhara Venkata Raman,1888-1970),以表彰他研究了光的散射和发现了以他的名字命名的定律.1931年未授奖海森伯(1901-1976)Werner Heisenberg1932年诺贝尔物理学奖——量子力学的创立1932年诺贝尔物理学奖授予德国莱比锡(Leipzig)大学的海森伯(Werner Heisenberg,1901-1976),以表彰他创立了量子力学,尤其是他的应用导致了发现氢的同素异形体.薛定谔(1887-1961)Erwin Schrodinger1933年诺贝尔物理学奖——原子理论的新形式狄拉克(1902-1984)Paul Adrien Maurice Dirac1933年诺贝尔物理学奖授予德国柏林大学的奥地利物理学家薛定谔(Erwin Schrodinger,1887-1961)和英国剑桥大学的狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac,1902-1984),以表彰他们发现了原子理论的新式.查德威克(1891-1974)Sir James Chadwick1934年未授奖1935年诺贝尔学奖——中子的发现1935年诺贝尔物理学奖授予英国利物浦的查德威克(Sir James Chadwick,1891-1974),以表彰他发现了中子.中子的发现具有深远的影响.由此引起了一系列后果:第一是为核模型理论提供了重要的依据,苏联物理学家伊万宁科(D.Ivanenko)据此首先提出原子核是由质子和中子组成的理论;其次是激发了一系列新课题的研究,引起一连串的新发现;第三是找到了核能实际应用的途径.用中子作为炮弹轰击原子核,比粒子有很大的威力.因为他像一把钥匙,打开了原子核的大门.1936年诺贝尔物理学奖——宇宙辐射和正电子的发现赫斯(1883-1964)Victor Franz Hess安德森(1883-1964)Carl David Anderson1936年诺贝尔物理学奖一半授予奥地利茵斯布拉克(Innsbruck)大学的赫斯(Victor Franz Hess,1883-1964),以表彰他发现了宇宙辐射;另一半授予美国加利福尼亚州帕萨迪那加州理工学院的C.D.安德森(Carl David Anderson ,1883-1964) ,以表彰他发现了正电子.1937年诺贝尔物理学奖——电子衍射汤姆孙(1892-1975)Sir George Paget Thomson戴维森(1881-1958)Clinton Joseph Davissio1937年诺贝尔物理学奖授予美国纽约州的贝尔电话实验室的戴维森(Clinton Joseph Davission ,1881-1958)和英国伦敦大学的G .P .汤姆孙(Sir George Paget Thomson ,1892-1975),以表彰他们用晶体对电子衍射所作的实验发现.20世纪20年代中期物理学发展的关键时期.波动力学已经由薛定谔在德布罗意的物质波假设的基础上建立起来,和海森伯从不同的途径创立的矩阵力学,共同形成微观体系的基本理论.这一巨大变革的实验基础自然成了人们关切的课题,这就激励了许多物理学家致力于证实离子的波动性.然而,直到1927年,才由美国的戴维森和英国的G .P .汤姆孙分别作出电子衍射实验.虽然这时量子力学已得到广泛的运用,但电子衍射实验成功引起了世人的注意.费米(1901-1954)Enrico Fermi1938年诺贝尔物理学奖——中子辐照产生新放射性元素1938年诺贝尔物理学奖授予意大利罗马的费米(Enrico Fermi,1901-1954),以表彰他演示用中子辐射产生新放射性元素以及用慢中子引起的核反应的有所发现.20世纪30年代是核物理学大发展的年代.自从卢瑟福1911年发现原子核和1919年实现了人工原子蜕变之后,中间经过沉闷的十年,物理学孕育着新的突破.30年代一开始,就以正电子,氘和中子这三大发现,又一次惊震了科学界.接着,1934年,约里奥-居里(Joliot-Curies)夫妇发现了人工放射性.加速器和计数器的发明和应用则大大加快了核物理学发展的进程.在次基础上,人们迫切需要掌握原子核蜕变的规律性,利用核物理学的成果为人类服务.当时虽然尚未预见原子能的巨大价值,但元素之间的相互转变有可能把人类带进新的世界,却早日是指日可待的了.劳伦斯(1901-1958)Ernest Orlando Lawrence1939年诺贝尔物理学奖——回旋加速器的发明1939年诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚伯克利加州大学的劳伦斯,以表彰他发明和发展了回旋加速器,以及用之所得到的结果,特别是人工放射性元素.核物理学的诞生揭开了物理学发展史中崭新的一页,它不但标志了人类对物质结构的认识进入了更深的一个层次,而且还意味着人类开始以更积极的方式改变自然,探索自然,开发自然和更充分地利用大自然的潜力.各种加速器的发明对核物理学的发展起了很大的作用,而劳伦斯的回旋加速器则是这类创造中最有成效的一项.1940年未授奖1941年未授奖斯特恩(1888-1969)Otto Stem1942年未授奖1943年诺贝尔物理学奖——分子束方法和质子磁矩1943年诺贝尔物理学奖授予美国宾夕法尼亚州皮兹堡的卡内奇技术学院的德国物理学家斯特恩,以表彰他在发展分子束方法上所作的贡献和发现了质子的磁矩.拉比(1898-1988)Isidor Isaac Rabi1944年诺贝尔物理学奖——原子核的磁特性1944年诺贝尔物理学奖授予美国纽约州纽约市哥伦比亚大学的拉比(Isidor Isaac Rabi ,1898-1988),以表彰他用共振方法纪录原子核磁特性.拉比的最大功绩是发展了斯特恩的分子束法,并用之于磁共振.分子束磁共振在研究原子和原子核特性方面有独特的功能,后来形成了一系列的物理学分支.泡利(1900-1958)Wolfgang Pauli1945年诺贝尔物理学奖——泡利不相容原理1945年诺贝尔物理学奖授予美国新泽西州普林斯顿大学的奥地利物理学家泡利(Wolfgang Pauli,1900-1958),以表彰他发现所谓泡利不相容原理.不相容原理是原子理论中重要的原理,是1925年1月由泡利提出的.这一原理可以表述为:对于完全确定的量子态来说,每一量子态不可能存在多于一个粒子.泡利后来用量子力学理论处理了h/4p自旋问题,引入了二分量波函数的概念和所谓的泡利自旋矩阵.通过泡利等人对量子场的研究,人们认识到只有自旋为半径整数的粒子(即费米子)才受不相容原理的限制,从而确立了自旋统计关系.布里奇曼(1882-1961)Percy Williams Bridgman1946年诺贝尔物理学奖——高压物理学1946年诺贝尔物理学奖授予美国妈萨诸塞州坎伯利基哈佛大学的布里奇曼(Percy Williams Bridgman,1882-1961),以表彰他发明了产生极高压强的设备,并用这些设备在高压物理领域中所作出的发现.阿普顿(1892-1965)Sir Edward Victor Appleton1947年诺贝尔物理学奖——电离层的研究1947年诺贝尔物理学奖授英国林顿科学与工业研究部的阿普顿(Sir Edward Victor Appleton ,1892-1965),以表彰他对上大气层物理的研究,特别是发现了所谓的阿普顿层.电离层的研究对通讯事业有极大意义.电离层是从离地面约50km开始一直伸展到约1000km高度的地球高层大气空域,其中存在相当多的自由电子和离子,能使无线电波改变传播速度,发生折射\反射和散射,产生极化面的旋转并受到不同程度的吸收. 布拉开(1897-1974)Lord Patrick M.S.Blackett1948年诺贝尔物理学奖——云室方法的改进1948年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特维克托利亚大学的布拉开(Lord Patrick M.S.Blackett ,1897-1974),以表彰他发展了威尔逊云室方法,以及这一方法在核物理和宇宙辐射领域所作的发现.汤川秀树(1907-1981)YukawaHideki1949年诺贝尔物理学奖——预言介子的存在1949年诺贝尔物理学奖授予日本东京帝国大学的汤川秀树(YukawaHideki, 1907-1981),以表彰他在核力的理论基础上预言了介子的存在.汤川秀树是日本著名的理论物理学家,他于1935年在大阪写了一篇划时代的论文,发表在《日本数学和物理学会杂志》上.尽管这篇论文不够全面,但他有些重要的新思想极富有创造性,对未来物理学的发展有着深远的影响.鲍威尔(1903-1969)Cecil Frank Powell1950年诺贝尔物理学奖——核乳胶的发明1950年诺贝尔物理学奖授予英国布利斯托尔大学的鲍威尔(Cecil Frank Powell ,1903-1969),以表彰他发现了研究核过程的光学方法,并用这一方法作出的有关介子的发现.所谓研究核过程的光学方法,指的是运用特制的照相乳胶记录核反应和粒子径迹的方法,这种特制的乳胶就叫核乳胶.1951年诺贝尔物理学奖——人工加速带电粒子1951年诺贝尔物理学奖授予英国哈维尔(Harwell)原子能研究所署的考可饶夫(Sir John Douglas Cockcroft ,1897-1967)和爱尔兰都在柏林大学的瓦尔顿(Ernest Thomas Sinton Walton ,1903-1995),以表彰他们在发展用人工加速原子性粒子的方法使原子。
【历届诺贝尔奖得主】1902年第二届诺贝尔文学奖和物理学奖
文学奖德国,塞道尔·蒙森(ChristianMatthiasTheodorMommsen1817-1903),《罗马风云》。
物理学奖荷兰,塞曼(PieterZeeman1865-1943)，发现磁力对光的塞曼效应.简介塞曼(PieterZeeman)1865～19431902年诺贝尔物理学奖获得者!全名：彼德·塞曼国籍：荷兰获奖理由：在研究磁性对辐射现象的影响所作的特殊贡献学历：1893年获得荷兰莱顿大学哲学博士学位.贡献：塞曼效应生平1865年5月25日生于荷兰吉兰省.1943年10月9日死于荷兰阿姆斯特丹.1865年5月24日深夜，荷兰泽兰小岛上的拦海大坝突然决堤了,霎时间，无情的海水吞噬一切。
这时，一条无舵无桨的小木船上躺着的一位产妇在突如其来的撞击中提前分娩了。
虽已无力与波涛搏斗，但她并未忘记本国的古训：“我要挣扎，我要探出头来！”她咬紧牙关，任凭风浪的颠簸。
直至次日午后，人们才把他们救起——伟大的物理学家彼德·塞曼就这样来到了人世。
他于1885年进入莱顿大学后，与洛伦兹多年共事，并当过洛伦兹的助教。
塞曼对洛伦兹的电磁理论很熟悉，实验技术也很精湛，1892年曾因仔细测量克尔效应而获金质奖章，并于1893年获博士学位。
他在研究磁场对光谱的影响时，得益于洛伦兹的指导和洛伦兹理论，从而作出了有重大意义的发现。
物理学奖荷兰，洛伦兹(HendrikAntoonLorentz1853-1928),创立电子理论。
生平简介洛伦兹，H．A．(HendrikAntoonLorentz,1853～1928)，荷兰物理学家、数学家，1853年7月18日生于阿纳姆，并在该地上小学和中学，成绩优异，少年时就对物理学感兴趣，同时还广泛地阅读历史和小说，并且熟练地掌握多门外语。
他虽然生长在基督教的环境里，但却是一个自由思想家。
1870年洛伦兹考入莱顿大学，学习数学、物理和天文。
1875年获博士学位。
塞曼效应实验说明
塞曼效应实验说明实验简介:塞曼效应是物理学史上一个著名的实验。
荷兰物理学家塞曼(Zeeman)在1896年发现把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体，使光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应。
塞曼效应是法拉第磁致旋光效应之后发现的又一个磁光效应。
这个现象的发现是对光的电磁理论的有力支持，证实了原子具有磁距和空间取向量子化，使人们对物质光谱、原子、分子有更多了解。
塞曼效应另一引人注目的发现是由谱线的变化来确定离子的荷质比的大小、符号。
根据洛仑兹(H.A.Lorentz)的电子论，测得光谱的波长，谱线的增宽及外加磁场强度，即可称得离子的荷质比。
由塞曼效应和洛仑兹的电子论计算得到的这个结果极为重要，因为它发表在J、J汤姆逊(J、J Thomson)宣布电子发现之前几个月，J、J汤姆逊正是借助于塞曼效应由洛仑兹理论算得的荷质比，与他自己所测得的阴极射线的荷质比进行比较具有相同的数量级，从而得到确实的证据，证明电子的存在。
塞曼效应被誉为继X射线之后物理学最重要的发现之一。
1902年，塞曼与洛仑兹因这一发现共同获得了诺贝尔物理学奖（以表彰他们研究磁场对光的效应所作的特殊贡献）。
至今，塞曼效应依然是研究原子内部能级结构的重要方法。
本实验通过观察并拍摄Hg(546.1nm)谱线在磁场中的分裂情况，研究塞曼分裂谱的特征，学习应用塞曼效应测量电子的荷质比和研究原子能级结构的方法。
实验原理:一、塞曼分裂谱线与原谱线关系1、磁矩在外磁场中受到的作用(1)原子总磁矩在外磁场中受到力矩的作用：）绕磁场方向旋进。
其效果是磁矩绕磁场方向旋进，也就是总角动量（PJ(2)磁矩在外磁场中的磁能：由于或在磁场中的取向量子化，所以其在磁场方向分量也量子化：∴原子受磁场作用而旋进引起的附加能量M为磁量子数g为朗道因子，表征原子总磁矩和总角动量的关系，g随耦合类型不同（LS耦合和jj耦合）有两种解法。
塞曼效应(大学近代物理实验)
表1
7 3S13 S1
6 3P2 3P2
L
0
1
S
1
1
J
1
2
g
2
3/2
M 1 0 -1 2 1 0 -1 -2
Mg 2 0 -2 3 3/2 0 -3/2 -3
表2 M
2
1
0
-1
-2
3S1M 2 g2
3 P2 M 1 g1
F-P标准具由两块平面平晶及中间的间 隔圈组成。平晶内表面需经过精密加工, 精度高于λ/20。内表面镀有高反射膜, 反射率高于90%。间隔距离可通过螺丝调 节。以保证两内表面严格平行。
设A,B两平面间的距离为d,空气折射率 n≈1,则相邻两束透射光之间的光程差便 是△=2dcosφ，因此，产生干涉极大时 应满足
电子从高能级向低能级跃迁时会发光。一定的光 谱线对应于一定的能级间的跃迁。例如汞的 546.074nm谱线是6S7S³Sı到6S6P³P2跃迁的结果。谱 线在磁场中分裂这一事实，反映了能级在磁场中 发生了分裂，也即原子在磁场中获得了附加能量。
运用量子力学。可以对塞曼效应作出满意的解释。
1．原子的总磁矩
△=2dcosφ=kλ 式中k为整数, φ为入射角。
(2)F-P标准具的调节 调节标准具时,主要是要使两个内表面严格平行。 将光源,透镜和标准具按规定放好。水平移动标准具找到干涉环,
使其中心位于反射片的中心。左右移动眼睛观察。如果在移动 过程中有冒环或吸环的现象,则说明两个内表面水平方向不平行。 这时可以调节标准具下方的两个螺丝。冒环方向相应的间距大, 因此应将这个方向的螺丝旋紧,或者把另一方向的螺丝放松。通 过调节,应达到左右移动眼睛时,无冒环或吸环现象。然后再竖直 移动眼睛,如果眼睛上移时出现冒环,可以旋紧上方螺丝或同时放 松下方的两个螺丝;反之,可以放松上方螺丝或同时放松下方的两 个螺丝。依此,在水平和竖直两个方向反复多次调节,达到无论怎 样移动眼睛,均不出现冒环和吸环现象。这时用望远镜观察就可 看到细而锐的干涉环了。
塞曼效应(中国科学技术大学大物实验)
2.1.1 塞曼效应赵龙宇 PB06005068（本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》）塞曼效应实验是物理学史上一个著名的实验，在1896年，塞曼（Zeeman ）发现把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体，使其光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，这种现象称为塞曼效应，塞曼效应的实验证实了原子具有磁矩和空间取向的量子化，并得到洛伦兹理论的解释。
1902年塞曼因这一发现与洛伦兹（H.A.Lorentz ）共享诺贝尔物理学奖金。
至今，塞曼效应仍然是研究原子内部能级结构的重要方法。
实验原理1． 谱线在磁场中的能级分裂对于多电子原子，角动量之间的相互作用有LS 耦合模型和JJ 耦合某型。
对于LS 耦合，电子之间的轨道与轨道角动量的耦合作用及电子间自旋与自旋角动量的耦合作用强，而每个电子的轨道与自旋角动量耦合作用弱。
原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成为原子的总磁矩。
总磁矩在磁场中受到力矩的作用而绕磁场方向旋进，可以证明旋进所引起的附加能量为B Mg E B μ=∆ （1） 其中M 为磁量子数，μB 为玻尔磁子，B 为磁感应强度，g 是朗德因子。
朗德因子g 表征原子的总磁矩和总角动量的关系，定义为)1(2)1()1()1(1++++-++=J J S S L L J J g （2） 其中L 为总轨道角动量量子数，S 为总自旋角动量量子数，J 为总角动量量子数。
磁量子数M 只能取J ，J-1，J-2，…，-J ，共（2J+1）个值，也即E ∆有（2J+1）个可能值。
这就是说，无磁场时的一个能级，在外磁场的作用下将分裂成（2J+1）个能级。
由式（1）还可以看到，分裂的能级是等间隔的，且能级间隔正比于外磁场B 以及朗德因子g 。
能级E 1和E 2之间的跃迁产生频率为v 的光，12E E hv -=在磁场中，若上、下能级都发生分裂，新谱线的频率v ’与能级的关系为B g M g M hv E E E E E E E E hv B μ)()()()()('112212121122-+=∆-∆+-=∆+-∆+= 分裂后谱线与原谱线的频率差为h B g M g M v v v B μ)('1122-=-=∆ （3） 代入玻尔磁子m eh B πμ4=，得到 B me g M g M v π4)(1122-=∆ （4） 等式两边同除以c ，可将式（4）表示为波数差的形式 B mc e g M g M πσ4)(1122-=∆ （5） 令 mceB L π4= 则 L g M g M )(1122-=∆σ （6）L 称为洛伦兹单位，117.46--⋅⨯=T m B L （7）塞曼跃迁的选择定则为：0=∆M ，为π成为，是振动方向平行于磁场的线偏振光，只在垂直于磁场的方向上才能观察到，平行于磁场的方向上观察不到，但当0=∆J 时，02=M 到01=M 的跃迁被禁止；1±=∆M ，为σ成分，垂直于磁场观察时为振动垂直于磁场的线偏振光，沿磁场正向观察时，1+=∆M 为右旋圆偏振光，1-=∆M 为左旋圆偏振光。
近代物理实验-塞曼效应实验
近代物理实验——塞曼效应实验一、实验简介如果把光源置于足够强的磁场中，则光源发出的大部分单色光都分裂为若干条偏振的谱线，分裂的条数随能级的类别而不同。
这种现象被称为塞曼效应。
塞曼效应是1896年荷兰物理学家塞曼发现的，洛伦兹对此作出了令人满意的解释。
塞曼效应的发现及其解释对研究原子中电子的角动量和反应角动量耦合作用的朗德因子等原子结构的信息有重要的作用，因此，两人于1902年获得了诺贝尔物理学奖。
本实验将采用光栅摄谱仪的方法来研究这一现象。
二、实验目的1.观察塞曼效应；2.利用塞曼裂矩，计算电子的质核比e/m e；三、实验原理1.塞曼效应概念：将光源放到磁场中，观察到光谱线发生分裂。
原因是原子的能级发生了分裂，根据原子物理学知识，原子中的电子在磁场中的附加能量为：∆E=MgμB B其中g是朗德因子：g=1+J(j+1)−L(L+!)+S(S+1)2J(J+1)2.能级E1与E2之间的跃迁如果产生频率为γ的光，在磁场中上下能级都发生分裂，分裂后的谱线与原谱线的频率差为：∆γ=(m2g2−M1g1)μB B/ℎ其中μB是玻尔磁子：μB=eℎ4πm 得：∆γ=（m2g2−M1g1）eℎ4πmB用波数差表示为：∆σ=（m2g2−M1g1）e4πmcB导出电子的荷质比为：em =()22114cm g m gπσ∆-(em理论值是1.76*1011C/kg）3．观察塞曼效应的方法：F-P标准具光路图，标准具由两块平板玻璃构成，形成干涉极大的条件是：2ndcosθ=kλ（一组同心圆）由于tanθ=D2⁄f，在θ很小时：θ=sinθ=tanθ所以cosθ=1−2sin2θ2=1−12tan2θ=1−D28f2最后推导出波数差： ∆σ=12d （D b2−Da2D k−12−Dk2）含义：Dk与Dk-1是分裂前相邻两个圆环的直径，Db与Da是分裂后同一级次两个圆环的直径（注意计算中∆σ的单位是cm-1）磁感应强度：B=1.2T四、实验仪器摄谱仪、Fe弧光源、Hg放电管五、实验内容1.摄谱和反射镜Bs在摄（1）调整外光路，使得汞放电管发出的光辐射经透镜L1谱仪入射狭缝上成像。
塞曼效应实验 简介
塞曼效应实验简介
塞曼效应，是指在外加磁场下，各种光谱线的分裂现象。
这个效应首先由瑞典物理学
家塞曼（Pieter Zeeman）于1896年发现的，由此获得1902年的诺贝尔物理学奖。
实验过程中，需要使用较强的磁场，通常是1特斯拉以上。
然后，通过光源照射气体，观察气体光谱的变化。
光谱中原来只有一条谱线，但是在磁场的作用下，谱线会被分裂成
多条并排的细线。
这些细线的数量和排列方式与磁场的性质、气体类型和光源的特性有
关。
塞曼效应的理论证明来源于量子力学的结论。
磁场将影响原子的能级，使能级发生分裂。
原子发射的光子带有特定的能量，对应特定的波长和频率。
然而，在磁场中，能级发
生分裂，这会导致原子的光谱线分裂成多条。
这个效应可以通过塞曼效应的公式来计算，
公式的形式基于原子的量子力学特性和磁场的特性。
塞曼效应不仅仅在光谱分析方面应用广泛，它还有重要的应用于磁共振成像技术（MRI）。
MRI是一种医学成像技术，它使用强磁场和无线电波来生成人体内部的图像。
磁共振现象来源于塞曼效应，MRI中使用的磁场通常在1至3特斯拉之间。
通过改变磁场的强度和方向，可以对人体不同区域产生不同的成像结果，从而获取体内组织的详细信息。
总之，塞曼效应是磁场对原子光谱线分裂的影响，是现代物理学基础研究的重要内容。
其在光谱分析、物理学和医学成像等领域均有广泛的应用。
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1902年诺贝尔物理学奖——赛曼效应的发现和研究
1902年诺贝尔物理学奖授予荷兰莱顿大学的洛伦兹（Hendrik Antoon Lorentz，1853—1928）和荷兰阿姆斯特丹大学的塞曼（Pieter Zeeman，1865—1943），以表彰他们在研究磁性对辐射现象的影响所作的特殊贡献。
磁性对辐射现象的影响也叫塞曼效应，是塞曼在1896年发现的。
它是继法拉第效应和克尔效应之后又一项反映光的电磁特性的效应。
塞曼效应更进一步涉及了光的辐射机理，因此人们把它看成是继X射线之后物理学最重要的发现之一。
洛伦兹是荷兰物理学家，他的主要贡献是创立了经典电子论，这一理论能解释物质中一系列电磁现象，以及物质在电磁场中运动的一些效应。
由于塞曼效应发现时及时地从洛伦兹理论得到了解释，由此所确定的电子荷质比与J.J.汤姆孙用阴极射线所得数量级相同，相互间得到验证，因此1902年洛伦兹与塞曼共享诺贝尔物理学奖。
塞曼也是荷兰人，1885年进入莱顿大学后，与洛伦兹多年共事，并当过洛伦兹的助教。
塞曼对洛伦兹的电磁理论很熟悉，实验技术也很精湛，1892年曾因仔细测量克尔效应而获金质奖章，并于1893年获博士学位。
他在研究磁场对光谱的影响时，得益于洛伦兹的指导和洛伦兹理论，从而作出了有重大意义的发现。
下面介绍塞曼效应的发现经过。
塞曼首先是从法拉第的工作得到启示的。
1845年，法拉第将平面偏振光通过强磁场作用下的玻璃，发现光的偏振面发生旋转，后来进一步确定这是许多物质具有的普通性质。
1876年，克尔（Kerr）继1875年发现玻璃片在强电场下对
光有双折射的作用（即克尔电光效应）之后，又发现平面偏振光垂直射在电磁铁的磨光电极上时，反射得到的光变为椭圆偏振光（即克尔磁光效应）。
这些效应对于光的电磁性质当然是极好的佐证。
因此，电、磁和光之间的相互作用就成了19世纪末叶物理学家密切关注的对象。
1895年前后，塞曼暂停克尔磁光效应的研究，想试一试磁场对钠焰的光谱有没有影响。
这个实验虽然没有成功，但是后来知道法拉第晚年曾亲自做过这个实验，他想法拉第这样伟大的科学家都重视这个实验，一定值得认真去做，于是就下决心用当时最好的设备再次进行实验，他当时产生了一个想法，究竟磁力作用于火焰时，火焰发出的光周期会不会改变。
这样的事情果然发生了。
塞曼用石棉条粘以食盐，放在电磁铁磁极间的氢氧焰中，用罗兰光栅①检验火焰光。
当电磁铁电路接通时，D的两根谱线②都看到增宽的现象。
谱线增宽也许会认为是磁场对火焰的某种已知作用，引起钠蒸气的密度和温度发生变化，塞曼就采用了一个方法，把钠放在一素瓷管中强烈加热，瓷管两端以平行玻璃板密封，其有效面积为1cm2。
管子水平地置于磁场中，与磁力线垂直。
弧光灯的光线穿之而过。
吸收光谱显示出D双线。
瓷管不断沿轴旋转，以避免温度变化。
通电励磁，立即使谱线变宽。
证明正是磁场使钠光的周期和频率发生了变化。
最初有人向塞曼提出，光的频率变化可能是由于原子与以太分子旋涡之间的加速和减速的作用力；后来，开尔文勋爵向塞曼提出，或许可以用快速旋转系统和双摆结合在一起的例子，来解释频率变化。
然而，这些解释都不够满意，于是塞曼转而从洛伦兹教授的电子理论寻求解释。
这一理论认为：一切物体都有带电的小分子单元；一切电学过程都来自这些“离子”①的平衡和运动，光波就是“离子”
的振动引起的。
在塞曼看来，“离子”在磁场中直接受到的作用力足以对这一现象作出解释。
塞曼将这个想法写信告诉洛伦兹教授，洛伦兹指点塞曼计算离子的运动。
他还向塞曼指出，如果这个理论用得正确，就应该有下列结果：从增宽的谱线边缘发出的光，沿磁力线方向观察应是圆偏振光，进而可导致求出离子所带电荷与其质量的比值e/m。
塞曼用四分之一波片和检偏器，发现在磁场增宽的谱线边缘，从磁力线方向看去果然是圆偏振光。
相反，如果从与磁力线成直角的方向观察，增宽了的钠谱线的边缘显示是平面偏振光，果然与洛伦兹理论相符。
塞曼还根据谱线的增宽，估算了这一带电粒子的荷质比e/m，数量级为107CGSM/g，这时正好是J.J.汤姆孙宣布发现电子之前几个月。
J.J.汤姆孙从阴极射线也测量了荷质比，和塞曼测量所得数量级相同，这一结果就成了电子存在的重要证据。
就这样，塞曼既对他所发现的光谱增宽现象作出了合理的解释，又证明了离子（即电子）的存在，对洛伦兹电子论提供了令人信服的实验验证。
1896年，塞曼进一步根据圆偏振光的旋光方向，判断产生辐射的“离子”所带电荷的正负，起先他曾误判为带正电，一年后改正为带负电。
根据洛伦兹的电磁理论，还可推断出如下结果：从垂直于磁场的方向观察，谱线应分裂为三条；从平行于磁场的方向观察，谱线应分裂为两条。
塞曼把磁场加大到30000高斯①左右，终于观察到了二重线和三重线。
塞曼能进一步证实洛伦兹的理论预见是非常幸运的，因为后来知道，只有单一态的谱系，才能得到洛伦兹理论预期的结果。
塞曼的结果与洛伦兹理论相符，不但是洛伦兹理论的一大成功，也使塞曼的。