玻尔实验装置

⑴ 波尔原子理论结构假说的主要内容是什么,验证波尔理论的实验有哪些

1.电子在一些特定的可能轨道上绕核作圆周运动，离核愈远能量愈高；
2.可能的轨道由电子的角动量必须是 h/2π的整数倍决定；
3.当电子在这些可能的轨道上运动时原子不发射也不吸收能量，只有当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时原子才发射或吸收能量，而且发射或吸收的辐射是单频的，辐射的频率和能量之间关系由 E＝hν给出。h为普朗克常数。h=6.626×10^(-34)Js

1897年，美国天文学家皮克林在恒星弧矢增二十二的光谱中发现了一组独特的线系，称为皮克林线系。皮克林线系中有一些谱线靠近巴耳末线系，但又不完全重合，另外有一些谱线位于巴耳末线系两临近谱线之间。起初皮克林线系被认为是氢的谱线，然而玻尔提出皮克林线系是类氢离子He+发出的谱线。随后英国物理学家埃万斯在实验室中观察了He+的光谱，证实玻尔的判断完全正确。
和玻尔提出玻尔模型几乎同一时期，英国物理学家亨利·莫斯莱测定了多种元素的X射线标识谱线，发现它们具有确定的规律性，并得到了经验公式——莫塞莱公式。莫塞莱看到玻尔的论文，立刻发现这个经验公式可以由玻尔模型导出，为玻尔模型提供了有力的证据。
1914年，夫兰克和赫兹进行了用电子轰击汞蒸汽的实验，即夫兰克-赫兹实验。实验结果显示，汞原子内确实存在能量为4.9eV的量子态。1920年代，夫兰克和赫兹又继续改进实验装置，发现了汞原子内部更多的量子态，有力地证实了玻尔模型的正确性。
1932年尤雷（H.C.Urey）观察到了氢的同位素氘的光谱，测量到了氘的里德伯常数，和玻尔模型的预言符合得很好。

⑵ 夫兰克赫兹实验

夫兰克-赫兹实验被认为是对原子的玻尔模型的实验证明，但有趣的是直到夫兰克和赫兹发表了他们的实验结果之后，他们才知道玻尔模型。这看起来是非常有趣的，夫兰克后来解释道：

We had not read it because we were negligent to read the literature well enough -- and you know how that happens. On the other hand, one would think that other people would have told us about it. For instance, we had a colloquium at that time in Berlin at which all the important papers were discussed. Nobody discussed Bohr's theory. Why not? The reasons is that fifty years ago, one was so convinced that nobody would, with the state of knowledge we had at that time, understand spectral line emission, so that if somebody published a paper about it, one assumed, Probably it is not right. So we did not know it.

当时的人们根本就不相信看上去复杂无比的原子光谱可能会被某个理论解释，如果有人声称解释了原子的发射谱线，当时的物理学家会本能地认为这个理论是错误的。

夫兰克-赫兹实验的装置如下图所示：

水银（汞，Hg）蒸汽被放在真空管内，电子从阴极射出后，被电势V加速，然后到达阳极，阳极是栅栏状的，阳极后面还有一个微弱的反向电压，反向电压比加速电压（V）弱的多，再后面是个集电极。（类似真空三极管，发射极，基极和集电极）

测量的是加速电压（V）和通过集电极电流（I）之间的关系，实验结果如下图：

可见这里存在一个约4.9伏的周期，每4.9伏周期，集电极电流会周期性的变大，达到峰值，然后陡峭地变小。

这4.9伏的周期性可被玻尔模型所解释。根据玻尔模型，原子中存在一系列的定态（stationary states），当原子由一个定态跃迁到另一定态时，可相应地吸收或放出一个光子，并满足频率关系（frequency relation）：。4.9伏的周期性说明在汞原子的第一激发态与基态间能量差是4.9eV。

当加速电压处于0-4.9伏区间时，电子将获得0-4.9eV的动能，电子可能与汞原子发生弹性碰撞或非弹性碰撞，如发生非弹性碰撞电子将损失部分能量，而汞原子将获得部分能量。但根据玻尔模型，小于4.9eV的能量是不足以使汞原子发生跃迁的，因此只能发生弹性散射，电子在弹性散射的过程中并不损失能量，因此当电子达到阳极时具有大于0的动能，可以可以克服反向电压达到集电极，因此表现为有电流，并且随着加速电压的增大，电流也相应增大。

当加速电压正好为4.9伏时，电子具有4.9eV的动能，可与汞原子发生非弹性散射，汞原子被激发到激发态，电子损失4.9eV后动能为0，无法克服反向电压，因此表现为电流急剧下跌。

当加速电压达到两倍4.9伏时，则有可能发生两次电子与汞原子的非弹性散射，因此将出现第二个峰。如果继续增大加速电压，还可能出现更多的峰。如果电子能量大到足以把汞原子激发到更高激发态的能量，则可以出现不是4.9伏周期的峰。

观察夫兰克-赫兹实验的实验曲线，另一特征是电流波谷取值是逐渐变大的，这可以解释为总有部分电子未发生与汞原子的非弹性散射就到达了阳极，从而肯定会到达集电极。发生N+1次非弹性散射的几率要小于只发生N次非弹性散射的几率，因此随着加速电压的增大会有更多的电子以非零动能到达阳极，体现为电流波谷取值越来越高。

还可以考虑更多因素，比如无规则热运动对夫兰克-赫兹实验曲线的影响，将使曲线更加圆滑等等。但这些已经属于实验中不太重要的细节了。

1925年夫兰克和赫兹因夫兰克-赫兹实验共同获得诺贝尔物理学奖。

参考

1. The Franck-Hertz experiment supports Bohr's model
2. Hyperphysics: The Franck-Hertz Experiment
3. The Nobel Prize in Physics 1925

⑶ 物理史上有哪些实验为玻尔原子模型提供了证明

摘要 您好，波尔原子模型理论的核心是以三个假设为基础的。弗兰克-赫兹实验证实了原子中存在分立的能级，对波尔的理论给予了很大的支持。波尔的角动量量子化可以从德布罗意假设得出。但波尔的氢原子理论也有一些缺陷，例如不能解释多电子原子的光谱，对谱线的强度、宽度也无能为力，波尔原子模型经典力学的特点又有量子化的特征。总之，波尔原子模型理论只是假设，及在一定范围条件下是行得通的，而在某些问题的解释上是行不通的。就像哥白尼提出“日心说'反对”地心说“一样，在那个时代，日心说成为主流，但随着时间的发展，人们认识的不断深入，日心说也变成错的，但日心说在当时是经典。凡事没有绝对的正确和错误，建议你看《费曼物理学讲义》和《量子物理史话》。对于证明，只不过是提出另一个假设（德布罗意波）来证明波尔假设。

⑷ 量子力学电子双缝干涉实验简介和一些思考

内容主要来自量子力学科普书《见微知著》

量子力学的经典电子双缝干涉实验证明了粒子具有波粒二象性，是量子力学迄今为止最重要的实验，让我们一起来看一下这个实验。

如图所示，费恩曼设想的理想单电子干涉示意图。最左侧为电子枪，1和2为两条狭缝。当只开启缝1或者缝2时，电子穿过狭缝打到后面的接收屏上的分布曲线分别是P1和P2，当两条缝都开启时，接收屏上电子的分布曲线不是P1和P2简单的相加，而是如最后一个图片下面所标注的公式。

这个实验最令人不可思议的，是当两条缝开启，电子枪单个射出电子，其间间隔足够长的时间，最后得到的电子分布依然如上图所示，好像是先到的电子“规定”后到的电子的行为。

如果觉得上述说明不足以理解，请看下面进一步的说明。

在宏观世界中，以玻璃球为例。我们让玻璃球射过开了一道缝的挡板，大家知道，玻璃球会在后墙留下的痕迹，是一条线。射过开了两条缝隙的挡板，在后墙也是两条线。如下图。

当把玻璃球换成水波的时候，开一条缝，在后墙上也会出现一条线。开了两条缝的，就会出现干涉条纹。如下图。

那么量子世界是咋样的呢？将玻璃球换成电子，通过一条缝隙时候，后墙上只有一条线。如下图。

通过两条缝隙时候，后墙上出现干涉条纹。科学家在想，这么小的电子是如何出现干涉条纹的。他们设计了单电子干涉实验。让一个电子通过一条缝隙，后墙也只出现一条线。可是让人奇怪的是，当开了两条缝隙时候，竟然出现了干涉条纹现象。如下图。

这该怎么解释呢？明明电子一个个射过双缝的。怎么还出现了干涉条纹，难道一个电子同时穿过了两条缝隙？ 如下图。

更让人不解的是，当用摄像机试图看着电子的时候，干涉条纹竟然消失了。不看的时候，干涉条纹又出现了。 观测竟然也能影响电子行为？ 它知道我们在看它？ 如下图。

这就是电子双缝干涉实验，所以费曼说：“电子双缝实验是量子力学的中心区域，研究量子力学，这个问题不可避免。”任何想要重建量子力学的人，也不可能避开这个问题。

结论一：当单个电子一个一个通过双缝后会形成干涉，说明单个电子有波属性。

答案：一个电子可以自相互作用发生干涉，但 一个电子的干涉可以忽略不计，也就是你观测不到。 这是量变到质变的认识。

这意味着对电子双缝干涉条纹现象的研究是群体行为而非个体行为。

答案： 电子不会同时通过两条缝隙。

大多数相信它可以同时穿过两条缝隙的人，都会拿高维度空间来解释，关于平行宇宙，多宇宙，高维度空间等未经证实的理论，在此不讨论。

答案：说明了两条缝隙对产生干涉的必要性，也即说明了 电子干涉和光的干涉现象没有本质区别。

单电子双缝干涉实验电子是一个一个间隔发出的，而经典的光干涉实验发出的是一束光而不是单颗光子，在这点上它们是有区别的。但就干涉而言，它们的本质是一样的。

即然光的干涉和电子干涉本质是一样，那么问题就转化为单电子是波还是粒子？

答案： 单电子具有波的性质，通过自相互作用，发生干涉。 （见本文第四部分的两个新闻证明）

就干涉而言，一定要是波才能行，这是前提条件。单电子具有波的性质意味着，可以用经典的光的波动理论来描述电子双缝实验，这样就不用考虑它究竟是通过哪个缝隙的问题了，因为通过哪个都可以自相互作用发生干涉。就好像一个人跳格子，左一下，右一下，这样就留下了干涉条纹。

答案： 因为波动关系，我们必须要用惠更斯和菲涅尔的光的波动理论来解释。 也就是波动“包络面”“次波”的概念的来理解。

结论二：当观测电子时，干涉消失，表现为粒子属性。

答案： 对实验结果产生影响的不是人的意识。

如果是因为意识，那么人的观测和物体的观测应该有不同的结果，因为物体没有意识。但通过公开的实验信息知道，无论是实验者自己看还是摄像机测，干涉条纹均不会出现。

答案： 电子或者光子不具有自我选择意识。 （见本文第四部分的新闻一证明）

答案（未经实验的推测）：目前能想到的合理自洽的解释是， 观测行为影响结果的原因是“有序的定向观测”影响。

在实验中，每一个物体都可以通过辐射来“观测”电子，但这些观测是无序并混乱的。现在有一个开着的摄像机，对着双缝观测，形成一个有序的“定向观测”，影响到了电子的干涉条纹的形成。“定向观测”观测取消，干涉条纹又出现。（如果以开着的摄像机因为通电而有磁场来解释其与其他物体的不同也是说不通的，因为实验室通电的设备不仅有摄像机。）

至于影响的机制，通过场的方式来破坏电子的干涉条纹形成的可能性比较大。（可以通过建一个定向磁场来影响电子双缝实验的方式验证。）

对于观察行为影响结果，可以这样理解：一组“电子”水波，向前走，遇到挡板的两个缝隙，大家知道肯定要发生干涉条纹的。但这个时候，水盆里突然掉入一块石头（观测行为），干扰了干涉条纹的形成，没有这块石头，干涉条纹将会出现。

假设在某大学一个实验室中做这个实验，当实验外有人看着这个实验室时算观测吗？实验室是否隔绝了这样的观测？

答案： 观测距离是有限制的。

目前是这样的认为，实验外面的情况，对实验室内的实验，起不到观测作用。这点可以用观测行为发生作用需要达到一定的辐射能量强度来解释。

只要光通过两条缝隙的实验条件符合，干涉条纹就出现，并不受观测行为影响，但单电子却不同，这是为何？

答案： 光束和一个电子的“稳定性”不同，单个电子对观测能量更加“敏感”。

影响的能量不足以影响到光束形成干涉条纹，但足以影响到电子的干涉条纹形成。这就是量子力学与宏观物理学的区别。

中科大新闻网：中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋研究组 首次实现了量子惠勒延迟选择实验，制备出了粒子和波的叠加状态 ，极大地丰富了人们对玻尔互补原理的理解。

研究成果作为封面文章发表在9月份的《自然-光子学》上，英国著名量子物理学家Adesso教授和Girolami教授，在同期杂志的《新闻与观察》栏目以《波-粒叠加》为题撰文，高度评价了这一研究成果：“量子惠勒延迟选择实验的实现挑战互补原理设定的传统界限，在一个实验装置中展示光子可以在波动和粒子两种行为之间相干地振荡”。《自然-物理》杂志也以《选择的问题》为题在《研究高亮》栏目报道了该成果，评价该成果“重新定义了波粒二象性的概念”。

量子实验装置的引入，使得人们可以从一个全新的视角来观察世界，就好像给我们安上了一双“量子的眼睛”，能够看到经典探测装置观察不到的物理现象。此项研究工作拓展和加深了人们对玻尔互补原理的理解，揭示了互补原理和叠加原理间的深层次关系，也使得人们对“光是什么”这个萦绕千年的问题有了更进一步的理解。

该项研究受到科技部和国家自然科学基金委的资助。

光是什么？这是个古老的科学问题。三个世纪以来粒子和波的概念就一直是对立的，比如牛顿最初的粒子说和胡克及惠更斯的波动说。现在我们对光的理解可以归结为玻尔的互补原理，即光具有波粒二象性，波动性和粒子性这两种属性即对立又互补，一个实验中具体展示哪种属性取决于实验装置。比如在由两块分束器构成的马赫-曾德干涉仪中，单个光子被第一个分束器分到两个路径上，在第二个分束器所在位置重合。如果我们选择加入第二个分束器，则构成干涉仪，有干涉条纹，观测到波动性，反之如果我们选择不加第二个分束器，则不能构成干涉仪，没有干涉条纹，观测到的是粒子性。马赫-曾德干涉实验是可以用量子力学解释的。

然而存在一种隐变量理论认为，光子是有自由意志的，在进入干涉仪之前光子就察觉到有没有第二个分束器，然后光子根据它察觉到的信息决定自己经过第一个分束器的方式，从而展现粒子性或波动性。

为了检验这种隐变量理论和量子力学孰是孰非，玻尔的学生惠勒于1978年提出了著名的延迟选择实验，即实验者延迟到光子已经完全经过第一个分束器之后再选择加不加第二个分束器。在经典的惠勒延迟选择实验中，探测光的波动性和粒子性的实验装置，即加与不加第二个分束器，是相互排斥的，因此光的波动性和粒子性不能够同时展现出来。

李传锋研究组设计出了量子实验装置，巧妙地利用偏振比特的辅助来控制测量装置，使得测量装置处于探测波动性与探测粒子性的两种对立状态的量子叠加态上。他们利用自组织量子点产生的确定性单光子源作为输入， 实现了量子的惠勒延迟选择实验，排除了光子有自由意志的假设，并首次观测到了光的波动态与粒子态的量子叠加状态。

实验结果显示，处于波粒叠加态上的光子，既不象普通的粒子态那样没有干涉条纹，也不象普通的波动态那样表现出标准的正弦形干涉条纹，而是展现出锯齿形条纹这样一种“非波非粒，亦波亦粒”的表现形式。

2015年澳大利亚一个研究小组也获得光同时表现出波粒二象性的单个快照，新闻也摘录如下：据澳大利亚spacedaily网站2015年3月3日报道，量子力学告诉我们：光可以同时表现波粒二象性。然而，人类迄今为止还从未在实验上同时拍摄到光的波粒二象性；最多我们能看到光波动性和或粒子性，但总是在不同时间。

通过采用完全不同以往的实验方法，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学家们第一次从实验上同时拍摄到光波粒二象性的快照。这项突破性研究成果发表在《自然通讯》杂志上。

Fabrizio Carbone说：“这项实验有史以来第一次证明，我们可以直接拍摄量子力学及其矛盾属性。”

此外，这项开创性工作的重要性在于它可以扩展基础科学到未来技术。正如Carbone解释说：“能够像这样在纳米尺度对量子现象进行成像和控制，开辟了迈向量子计算的新途径。”

当紫外光线照射金属表面时，它导致电子发射。阿尔伯特 爱因斯坦这样解释“光电效应”：光原本认为仅仅是一种波，其实它也是一束粒子流。虽然各种实验已经成功观察到了光的波动性和粒子性行为，但是它们从未被同时观测到。

EPFL的Fabrizio Carbone领导的一个研究小组，利用一个巧妙的方法完成了一项实验：使用电子来使光成像。研究人员有史以来第一次，获得光同时表现出波粒二象性的单个快照。

实验这样设置的： 一束激光脉冲照射在微小的金属纳米线上。激光使纳米线中的带电粒子能量增加，引起它们振动。

光沿着这根小小的纳米线在两个可能的方向上传输，就像公速路上的汽车。当沿相反方向传输的光波相遇时，它们会形成驻波（stand wave）。这里，驻波成为实验的光源，在纳米线周围辐射。

实验的巧妙之处在于：科学家们在纳米线附近发射一束电子流，利用它们来使光的驻波成像。因为电子与限制在纳米线中的光相互作用，因此，电子会加速或减速。利用超快显微镜对电子速度发生变化的位置成像，Carbon的团队现在可以使这个作为光波动性指纹的驻波可视化。

这种现象说明光的波动性，同时它也证明了光的粒子性。当电子在很接近光驻波的地方传输时，它们与光粒子，即光子发生碰撞。

如上文所述，这会影响电子的速度，使它们移动得更快或更慢。这种速度变化表现为电子和光子之间能量“包”（量子）的交换。这些能量包之间的交换，表明纳米线中的光是一种粒子。

⑸ 玻尔原子模型的实验验证

1897年，美国天文学家皮克林在恒星弧矢增二十二的光谱中发现了一组独特的线系，称为皮克林线系。皮克林线系中有一些谱线靠近巴耳末线系，但又不完全重合，另外有一些谱线位于巴耳末线系两临近谱线之间。起初皮克林线系被认为是氢的谱线，然而玻尔提出皮克林线系是类氢离子He+发出的谱线。随后英国物理学家埃万斯在实验室中观察了He+的光谱，证实玻尔的判断完全正确。
和玻尔提出玻尔模型几乎同一时期，英国物理学家亨利·莫斯莱测定了多种元素的X射线标识谱线，发现它们具有确定的规律性，并得到了经验公式——莫塞莱公式。莫塞莱看到玻尔的论文，立刻发现这个经验公式可以由玻尔模型导出，为玻尔模型提供了有力的证据。
1914年，夫兰克和赫兹进行了用电子轰击汞蒸汽的实验，即夫兰克-赫兹实验。实验结果显示，汞原子内确实存在能量为4.9eV的量子态。1920年代，夫兰克和赫兹又继续改进实验装置，发现了汞原子内部更多的量子态，有力地证实了玻尔模型的正确性。
1932年尤雷（H.C.Urey）观察到了氢的同位素氘的光谱，测量到了氘的里德伯常数，和玻尔模型的预言符合得很好。

⑹ 如图1是证实玻尔关于原子存在分立能态的一种实验装置的原理示意图．由电子枪A射出的电子，射进一容器B中

（1）当两极间的电压为U（V）时，具有一定的速度v的电子在速度选择器的两极间做匀速圆周运动，向心力是由电场力提供的，设电子质量为m，电子电量为e，电子所受电场力为

eU

d

，由此得电子的动能E_k=

1

2

mv²=

Ure

2d

=10.0U（eV），
这表明，当两极间的电压为U（V）时，允许通过的动能为10.0U（eV）的电子，大于和小于10.0U（eV）的电子将分别落在两极上，而不能达检测装置D．
（2）电压为5.0V时有峰值，表示动能为50.0eV的电子通过选择器，即有碰撞后动能为50.0V的电子．这与入射电子的动能相同，电子与氦原子发生弹性碰撞，电压为4.0V时没有电流，这表明碰撞后没有动能为40.0的电子，即在非弹性碰撞中，电子的动能不可能只损失（50.0-40.0）eV=10.0eV，也就是说氦原子不接受10.0eV的能量，电压为2.88V、2.72V、2.64V时有峰值，分别表示有碰撞后动能为28.8V、27.2V、26.4V的电子，氦原子接受电子在非弹性碰撞中损失的动能，这个实验说明了原子存在分立的能态，即定态的存在．
在该氢原子激发态的能级为E_n，
则从实验结果可知E_n的数值为：（50.0-28.8）eV=21.2eV，（50.0-27.2）eV=22.8eV，（50.0-26.4）eV=23.6eV
答：（1）E_k（eV）与U（V）的函数关系是E_k=10.0U（eV），
（2）氦原子三个激发态的能级是21.2eV，22.8eV，23.6eV

⑺ 爱因斯坦一生都在质疑玻尔的理论，为什么玻尔能赢爱因斯坦

自从提出广义相对论后，爱因斯坦的工作好像就剩一件事儿，那就是和另一个量子力学的重量级人物，著名的哥本哈根学派的领头人玻尔死磕。两人论战了一辈子，直到两人去世也没有分出谁胜谁负。

玻尔的回答是实验所需的条件（重量、弹簧等）总使得不可能同时排除能量和时间上的不确定性。他认为应该对虚构的实验作完整的、详细的描述，没有什么东西是可以凭空想出来的。固定平衡框架的螺栓，用来测量质量所必须允许匣子移动的弹簧，必须添上去的小的重量等等。玻尔的核心思想是不能用不确定性的实验装置来证伪不确定性原理。

1935年。爱因斯坦、B.波多尔斯基和N.罗森为论证量子力学的不完备性而提出了EPR悖论，又称 EPR论证。对于EPR悖论，玻尔的回答是根本不存在量子世界，只存在一种抽象的量子描述。认为物理学的任务是要找出大自然如何运作的，这是错误的。玻尔的这些回答当然不能让爱因斯坦信服，但是，爱因斯坦竟然也拿不出更有力的实验和证据来反驳（没有实验为基础的辩论不可能分出胜负），但是，他又不能放弃，因此，他俩只能在虚构的思想实验的细节上纠缠。不过，遇上了这样难缠的对手，玻尔着实很悲哀。

⑻ 简述波尔原子模型提出的两个基本假设

波尔原子模型提出的两个基本假设

第一个，原子系统只能存在于一系列不连续的能量状态中。

第二个，当原子从一个定态跃迁到另一个定态时，发出或吸收单色辐射的频率满足。

“玻尔理论”的提出，打破了经典物理学一统天下的局面，开创了揭示微观世界基本特征的前景，为量子理论体系奠定了基础，这是一种了不起的创举，不愧为爱因斯坦的评价--玻尔的电子壳层模型是思想领域中最高的音乐神韵。

(8)玻尔实验装置扩展阅读：

实验验证

1897年，美国天文学家皮克林在恒星弧矢增二十二的光谱中发现了一组独特的线系，称为皮克林线系。皮克林线系中有一些谱线靠近巴耳末线系，但又不完全重合，另外有一些谱线位于巴耳末线系两临近谱线之间。

起初皮克林线系被认为是氢的谱线，然而玻尔提出皮克林线系是类氢离子He发出的谱线。随后英国物理学家埃万斯在实验室中观察了He的光谱，证实玻尔的判断完全正确。

和玻尔提出玻尔模型几乎同一时期，英国物理学家亨利·莫塞莱测定了多种元素的X射线标识谱线，发现它们具有确定的规律性，并得到了经验公式——莫塞莱定律。莫塞莱看到玻尔的论文，立刻发现这个经验公式可以由玻尔模型导出，为玻尔模型提供了有力的证据。

1914年，詹姆斯·弗兰克和古斯塔夫·赫兹进行了用电子轰击汞蒸气的实验，即弗兰克-赫兹实验。实验结果显示，汞原子内确实存在能量为4.9eV的量子态。

1920年代，弗兰克和赫兹又继续改进实验装置，发现了汞原子内部更多的量子态，有力地证实了玻尔模型的正确性。

1932年尤雷（H.C.Urey）观察到了氢的同位素氘的光谱，测量到了氘的里德伯常数，和玻尔模型的预言符合得很好。

⑼ 第一个提出制造原子弹的人是谁

核武器的出现，是20世纪40年代前后科学技术重大发展的结果。1939年初，德国化学家O.哈恩和物理化学家F.斯特拉斯曼发表了铀原子核裂变现象的论文。几个星期内,许多国家的科学家验证了这一发现,并进一步提出有可能创造这种裂变反应自持进行的条件，从而开辟了利用这一新能源为人类创造财富的广阔前景。但是，同历史上许多科学技术新发现一样，核能的开发也被首先用于军事目的，即制造威力巨大的原子弹，其进程受到当时社会与政治条件的影响和制约。从1939年起，由于纳粹德国扩大侵略战争，欧洲许多国家开展科研工作日益困难。 同年9月初，丹麦物理学家N.H.D.玻尔和他的合作者J.A.惠勒从理论上阐述了核裂变反应过程，并指出能引起这一反应的最好元素是同位素铀235。 正当这一有指导意义的研究成果发表时，英、法两国向德国宣战。1940年夏,德军占领法国。法国物理学家J.-F.约里奥-居里领导的一部分科学家被迫移居国外。英国曾制订计划进行这一领域的研究，但由于战争影响，人力物力短缺，后来也只能采取与美国合作的办法，派出以物理学家J.查德威克为首的科学家小组，赴美国参加由理论物理学家J.R.奥本海默领导的原子弹研制工作。
在美国，从欧洲迁来的匈牙利物理学家齐拉德·莱奥首先考虑到，一旦法西斯德国掌握原子弹技术可能带来严重后果。经他和另几位从欧洲移居美国的科学家奔走推动,于1939年8月由物理学家A.爱因斯坦写信给美国第32届总统F.D.罗斯福，建议研制原子弹，才引起美国政府的注意。但开始只拨给经费6000美元，直到1941年12月日本袭击珍珠港后,才扩大规模，到1942年8月发展成代号为“曼哈顿工程区”的庞大计划，直接动用的人力约60万人，投资20多亿美元。到第二次世界大战即将结束时制成 3颗原子弹，使美国成为第一个拥有原子弹的国家。制造原子弹，既要解决武器研制中的一系列科学技术问题，还要能生产出必需的核装料铀235、钚239。天然铀中同位素铀235的丰度仅0.72％,按原子弹设计要求必须提高到90％以上。当时美国经过多种途径探索研究与比较后，采取了电磁分离、气体扩散和热扩散三种方法生产这种高浓铀。供一颗“枪法”原子弹用的几十千克高浓铀，是靠电磁分离法生产的。建设电磁分离工厂的费用约3亿美元(磁铁的导电线圈是用从国库借来的白银制造的，其价值尚未计入)。钚239要在反应堆内用中子辐照铀238的方法制取。 供两颗“内爆法”原子弹用的几十千克钚239，是用3座石墨慢化、水冷却型天然铀反应堆及与之配套的化学分离工厂生产的。以上事例可以说明当时的工程规模。由于美国的工业技术设施与建设未受到战争的直接威胁，又掌握了必需的资源，集中了一批国内外的科技人才，使它能够较快地实现原子弹研制计划。
德国的科学技术，当时本处于领先地位。1942年以前，德国在核技术领域的水平与美、英大致相当，但后来落伍了。美国的第一座试验性石墨反应堆，在物理学家E.费密领导下，1942年12月建成并达到临界；而德国采用的是重水反应堆,生产钚239，到1945年初才建成一座不大的次临界装置。为生产高浓铀，德国曾着重于高速离心机的研制,由于空袭和电力、物资缺乏等原因,进展很缓慢。其次,A.希特勒迫害科学家,以及有的科学家持不合作态度，是这方面工作进展不快的另一原因。更主要的是，德国法西斯头目过分自信，认为战争可以很快结束,不需要花气力去研制尚无必成把握的原子弹,先是不予支持，后来再抓已困难重重，研制工作终于失败。
1945年5月德国投降后,美国有不少知道“曼哈顿工程区”内幕的人士，包括以物理学家J.弗兰克为首的一大批从事这一工作的科学家，反对用原子弹轰炸日本城市。当时，日本侵略军受到中国人民长期抗战的有力打击，实力大大削弱。美、英在太平洋地区的进攻，又几乎全部摧毁日本海军，海上封锁使日本国内的物资供应极为匮泛。在日本失败已成定局的情况下,美国仍于8月6日、9日先后在日本的广岛和长崎投下了仅有的两颗原子弹。
苏联在1941年6月遭受德军入侵前,也进行过研制原子弹的工作。铀原子核的自发裂变，是在这一时期内由苏联物理学家Г.Н.弗廖罗夫和Κ.А.佩特扎克发现的。卫国战争爆发后,研制工作被迫中断,直到1943年初才在物理学家И.В.库尔恰托夫的组织领导下逐渐恢复，并在战后加速进行。1949年8月,苏联进行了原子弹试验。1950年1月,美国总统H.S.杜鲁门下令加速研制氢弹。1952年11月，美国进行了以液态氘为热核燃料的氢弹原理试验，但该实验装置非常笨重,不能用作武器。1953年8月，苏联进行了以固态氘化锂6为热核燃料的氢弹试验,使氢弹的实用成为可能。 美国于1954年2月进行了类似的氢弹试验。英国、法国先后在50和60年代也各自进行了原子弹与氢弹试验。
中国在开始全面建设社会主义时期，基础工业有了一定的发展，即着手准备研制原子弹。1959年开始起步时，国民经济发生严重困难。 同年6月，苏联政府撕毁中苏在1957年10月签订的关于国防新技术协定，随后撤走专家，中国决心完全依靠自己的力量来实现这一任务。中国首次试验的原子弹取"596"为代号,就是以此激励全国军民大力协同做好这项工作。1964年10月16日，首次原子弹试验成功。经过两年多，1966年12月28日，小当量的氢弹原理试验成功；半年之后,于1967年6月17日成功地进行了百万吨级的氢弹空投试验。中国坚持独立自主、自力更生的方针，在世界上以最快的速度完成了核武器这两个发展阶段的任务。