留声机和电灯的发明
电报和电话的发明，这是电磁学的两项实际应用，对人类文明的发展有极大影响。在改进电话机的过程中，有一位大发明家做出了又一件极有意义的发明，发明了留声机。他就是妇孺皆知的爱迪生（T。A。Edison）。爱迪生出生于美国俄亥俄州小镇上一个农民的家里，青年时期就是聋子。他一生中共完成了2000多项发明，被人们称为“发明大王”。
爱迪生从小爱动脑筋，有强烈的好奇心，遇事总要刨根问底。他喜欢亲自动手，做各种科学实验，特别是物理和化学方面。他甚至把自己家里的地窖也变成了自己的化学实验室，12岁，小爱迪生到火车上卖报，竟把行李车当成了实验室。他利用一切条件和所有空余时间投入发明创造。1873年发明双重发报机和四重发报机，1877年发明留声机，1879年发明白炽电灯，为了使电灯能广泛使用，他研究出了并联电路、保险丝、绝缘材料、输电网络，制成了当时容量最大的发电机。他还发明了铁镍蓄电池、吸音器、水雷检测器、活动影片，等等。1883年，他在研制电灯的过程中，还发现了金属表面的热电子发射现象。这一现象通称“爱迪生效应”。
在爱迪生众多的发明中，留声机和白炽电灯的发明也许对人类生活产生的影响最大。1875年美国人贝尔发明电话，爱迪生在改进电话的过程中，发明了炭精话筒。在调试话筒时，他把一根细针触到话筒的膜片上，用来检测膜片的振动情况。他发现，当人说话的时候，人的声音使细针按同样的节奏振动。这时爱迪生想，如果使细针带动膜片振动，不就可以使声音复原了吗？经过好几天的试验，终于找到了贮存声音的办法。他拿一张蜡纸当膜片，针尖对准急速旋转的蜡纸，在蜡纸上出现深浅不同的痕迹，这样就把声音的振动记录在蜡纸上了。后来他请技师按他的设计做了一台会说话的机器。这台机器有一根固定在膜片上的小针，小针下面有一个能转动的圆筒，圆筒上铺有锡箔。声音使膜片振动，再带动小针上下颤动，小针的颤动就在锡箔上刻出有深有浅的刻槽。爱迪生用这台机器把歌声记录在锡箔上，接着再重新把小针放在刻槽上，转动圆筒，小针在刻槽里上下颤动，又带动膜片振动。结果，刚才唱的歌又重新放了出来。这就是最早的留声机。这台会说话的机器刚一问世就轰动了美国。
1878年9月，爱迪生在一个博览会上看到一种能产生耀眼光芒的电灯。不过，这种电灯并不是今天人们普遍使用的白炽灯，而是通过强大电流的弧光灯。电弧虽然光芒四射，非常引人注目，但却不能持久，而且耗费极大，需要昂贵的化学电池多个串接，实在是既不经济，又不实用。爱迪生和大家一样，深知社会上迫切需要光线柔和、价格便宜、安全耐用的电光源，他立志要解决这个问题。在这之前，英国人斯旺已经展示过一种碳丝电灯。遗憾的是，斯旺并不能保持碳丝长时间发光。困难在于他没有找到适当的方法使碳丝处于高真空的环境中，所以碳丝很快就烧掉了。
爱迪生一方面寻找合适的通电灯丝，一方面努力改进真空的抽取工艺。他先采用最贵重的金属——铂做成灯丝，经过反复试验，证明铂丝并不符合要求。为此他花了5万美金和整整一年时间。为了选用理想的灯丝材料，他几乎用遍了各种金属，对1600多种耐热材料做了几千次试验。最后，在1879年10月他用碳化棉丝做成白炽电灯泡，通电点燃，连续点燃了40多小时。这是第一个可供使用的白炽电灯。次年1月27日爱迪生获得了有关电灯的专利。
1880年除夕夜晚，美国新泽西州的门洛帕克市的主要街道用爱迪生发明的电灯照耀得如同白昼，这是爱迪生手下的人向参观者作公开表演。人们赞不绝口，纷纷认为，这将对社会文明和人类生活起到不可估量的影响。一个世纪的进程表明，这一评价一点也没有过分。
爱迪生是最了不起的发明家。他把科学成果率先运用于生产技术和社会经济。他建立了第一所工业研究实验室，请了8位科学家协助他工作。这所实验室名符其实地是一个发明工厂，几乎每5天就有一项新发明在这里问世。
爱迪生是一位非常讲究实际的科学家。他认为满足人类的需要就是他工作的目标。他的座右铭是：“我探求人类需要什么，然后我就迈步向前，努力去把它发明出来。”也许有人会说，爱迪生是个天才，他做出这么多发明是命运的结果。可是爱迪生却说：“天才，百分之一是灵感，百分之九十九是汗水！”爱迪生的勤奋可以从他留下的工作日志看出。他一生共写下了3400本详细记录发明设想、实验情况的笔记！
爱迪生以异乎常人的毅力从事工作。一旦有新的想法，他就会全力以赴、风驰电掣般地突击，务求实现预定目标。为了实现一种新蓄电池的设计方案，爱迪生竟连续试验8000多次。
伟大的发明家爱迪生为人类作出了巨大贡献，值得后人永志不忘。
无线电报的发明
电报是人类社会发展到资本主义，迫切要求能进行远距离快速通讯的产物。在19世纪上半叶就有许多科学家从事这方面的发明创造。莫尔斯在1837年成功地发明了电码，很快就建立了长距离的通讯网和横跨大西洋的电缆。但是架电线、铺电缆都是很费事的事情。如果能不经电线、电缆而直接传递信息，岂不是更为方便？于是无线电报应运而生。应该说，在赫兹发现和证实电磁波的时代就已经有可能发明无线电报了。但是，一件新生事物的出现并不总是一帆风顺的。在这以后，有多起利用电磁波传递信息的尝试：例如，法国的布朗利（E。Blanly）、英国的洛奇（O。Lodge）、新西兰的卢瑟福（E。Rutherford）、美国的忒斯拉（M。Tesla）都对无线电通讯做过有益的尝试。俄国的波波夫还公开表演过他的无线电收发报机，却没有得到应有的支持。而马可尼（Guglielmo Marconi）1895年在自家的花园里成功地进行了无线电波传递实验，次年即获得了专利。
马可尼是意大利人，1874年4月25日出生在波伦那（Bologna）。父亲是一位乡绅，母亲是爱尔兰人，因此他从小会说英语。马可尼虽然没有进过大学，但由于他家境富裕，延请了意大利的著名学者作为家庭教师在家里给他上课。还在少年时期，他就对物理和电学有很浓厚的兴趣，读过麦克斯韦、赫兹、里希（Righi）、洛奇（Lodge）等人的著作。1894年，马可尼偶然读到一篇记述8年前赫兹发现电磁波的文章，很受启发。他想：是不是可以用电磁波传递信号呢？于是，他采用赫兹的方法产生电磁波，在远处用粉屑检波器来检测。粉屑检波器实际上是一只松散的放有金属粉屑的容器，它平时几乎不导电，一旦电磁波通过，在电磁波的作用下，物质状态发生了变化，就变成能够导电的良导体，这样就显示出无线电信号。无线电波就这样转换成了易于检测的电流。马可尼逐步改进自己的装置，将发射机和接收机都接地，再用一根与大地绝缘的金属线作天线，这样，就可以使发送和接收都变得更有效。天线的利用并不是马可尼开创的，波波夫比他先用上了天线，但是马可尼比较幸运，他的发明及时地得到了英国官方的支持，这大概是因为有不列颠血统的缘故。1896年由于意大利对他的工作不感兴趣，马可尼便携带自己的装置到了英国，在那里他被介绍给邮政总局的总工程师普利斯（William Preece）。这年年末马可尼取得了无线电报系统世界上第一个专利。他在伦敦、萨里斯堡（Salisburg）平原以及跨越布里斯托尔湾成功地演示了他的通讯装置，信号传递的距离增加到了14.48千米。1897年7月成立了“无线电报及电信有限公司”（后来改名为“马可尼无线电报有限公司”）。
1897年马可尼回到意大利，在斯佩西亚（Spezia）向意大利政府演示了19.31千米的无线电信号发送。1898年，他再次来到英国，把发送距离加大到28.97千米。1899年他建立起了跨越英吉利海峡的法国和英国之间的无线电通信。他在许多地方建立了永久性的无线电台。英国著名物理学家开尔文勋爵十分欣赏他的工作，特意付费请马可尼发送一份电报，向年迈的斯托克斯致意，这成了世界上第一次使用无线电报的业务。那一年，在金斯顿举行的赛艇会上，马可尼成功地用自己的信号机报道赛艇比赛的消息。
1900年马可尼为其“调谐式无线电报”取得了著名的第7777号专利。他的事业发展得很顺利。但是当时人们对这项新发明难免有所疑虑，最大的疑虑是无线电波应该走直线，而地球表面却是圆球形，怎么可能远距离传送到地球的其他地方呢？可是马可尼根据自己的实际经验认为，无线电波会沿地表传送，假如把发送台和接收台都接地，更应该沿地表传送。他决定用他的发报系统证明无线电波不受地球表面弯曲的影响。他精心设计了实验方案，用气球把天线尽可能吊高，试图让无线电信号从英国的西南端（康沃尔郡的波特休）发送到加拿大纽芬兰省的圣约翰斯，跨过大西洋，距离为3379.53千米。1901年12月12日，这是具有历史意义的一天，马可尼试验获得了成功。爱迪生对此给予公开赞扬。马可尼的大胆试验打破了传统的看法，引起公众极大的兴趣。第二年他的实验结果就得到了解释。肯涅利（A。E。Kenelly）和亥维赛（O。Heaviside）提出，可能是在地球外层空间存在能使电波反射的电离层。这一论点直到20世纪20年代才由英国物理学家阿普顿（E。V。Appleton）用无线电实验得到证实。
1903年开始，从美国用无线电向英国《泰晤士报》传递新闻，当天见报。到了1909年无线电报已经在通讯事业上大显身手。在这以后许多国家的军事要塞、海港船舰大都装备有无线电设备，无线电报成了全球性的事业，因此，马可尼在1909年和布劳恩（Karl Braun）一起获得了诺贝尔物理学奖。
布劳恩是德国人，1850年6月6日出生于德国的富尔达（Fulda）。他在此地接受了地方普通中学的教育。他曾在马尔堡大学、柏林大学学习过，1872年毕业，他的毕业论文是关于弹性弦的振动。后来他在维尔茨堡大学担任过昆开（Quincke）教授的助手，1874年受聘到莱比锡的圣托马斯中学任教。两年后他受聘为马尔堡大学的理论物理学编外教授，1880年又被聘请到斯特拉斯堡大学担任同样的职务。1883年布劳恩成了卡尔斯鲁厄（Karlsruhe）工业大学的物理学教授，并于1885年受聘到杜宾根大学任教。他到这里的任务之一是建立一所新的物理研究所。
布劳恩的第一项研究工作是关于弦的振动和弹性棒的振动，特别是棒的振动幅度和周围环境对振动的影响。其他研究工作是以热力学原理为基础的，例如压力对于固体的溶解度的影响。
布劳恩的最重要的研究工作是在电学方面。他发表过关于欧姆定律的偏差问题，以及关于从热源计算可逆伽伐尼电池的电动势问题的文章。他的实验使他发明了以他的名字命名的静电计和阴极射线示波器。
1898年他开始从事无线电报的研究，试图以高频电流将莫尔斯信号经过水的传播发送。后来他又把闭合振荡电路应用于无线电报，而且是第一个使电波沿确定方向发射的试验者之一。1902年他成功地用定向天线系统接收到了定向发射的信号。
布劳恩的关于无线电报的论文以小册子的形式发表于1901年，题目是《通过水和空气的无线电报》。
第一次世界大战爆发以后，布劳恩曾被派往纽约，作为一名见证人去参加一项专利索赔的诉讼。由于他离开了自己的实验室以及身体有病，所以他没有可能继续进行科学研究工作。布劳恩的晚年是在美国安静地度过的，他于1918年4月20日逝世于美国。
油滴仪的发明
电子电荷的测定，实际上从1896年就开始了。汤姆生有一位研究生，名叫汤森德（J。S。E。Townsend），创造了电解法。氧气从电解池E中产生后，经过A滤去臭氧，经B瓶的水发泡产生云雾，穿越绝缘的石蜡块P进入浓硫酸容器c、d、e，气体中的水分及所带电量全部被硫酸吸收，干燥气体进入D瓶，用象限静电计Q分别测容器G和D的电量。他让电解产生的带有电荷的氧气，从水中发泡产生云雾，测量云雾下降的速度，借速度与雾滴半径的关系求出雾滴的平均重量，再根据水分的总重量求出雾滴的个数。另一方面，他收集这些氧气所带电量，用静电计进行测量，所得电量被雾滴个数除，即得每颗雾滴的电荷。他认为这就是电子的电荷。1897年发表的结果是e≈10-19库，这个结果虽然很粗略，对确定电子的存在还是很有意义的。不过，汤森德的方法非常烦琐，得到的结果仅仅是平均值。
第二年，汤姆生改进了利用云雾的实验方法。密闭容器A中充有水气和空气，容器上方是一只X射线管，X射线照射容器，使里面的空气电离。下方有一活塞P，当它突然下降时，会使容器中的气体迅速膨胀而产生过饱和蒸气，然后以离子为核心形成云雾。这个方法比汤森德的电解法略有改善，得到的平均结果是e=1.1×10-19库。
过了几年，汤姆生的另一名研究生H。A。威尔逊又将汤姆生的方法做了改进。他在密闭容器中加了两块水平极板n、p，并加上电压，使极板中产生电场，然后用显微镜T（短焦距望远镜，当显微镜用）观察带电云雾在电场作用下的运动情况。他先观测不加电压时，云层顶端在重力单独作用下下降的速度；再观测加电压后，云层顶端在重力和电场力共同作用下加快了的下降速度。比较这两种速度，经过计算，他得到的平均电子电荷值e=1×10-19库。
汤姆生的学生花了很大力气，希望从实验直接测定电子的电荷值，但是始终只能得到平均结果，没有能够证明电的分立性，这就给反对者留下了借口，继续挑起论战。他们否认电的分立性，不承认有基本电荷，实际上也就是否认电子的存在。
关键是要能精确地测定单个电子的电荷值。这项任务落到了美国物理学家密立根（R。A。Millikan）的肩上。密立根是芝加哥大学教授。他和以测量光速著称的迈克耳逊是同事。1906年，这时密立根已38岁，有一天在学校的讨论会上他给师生们做了关于汤姆生发现电子的介绍性报告，为了准备这篇报告，他仔细读了汤姆生1897年的论文，深深地被这项工作所吸引。报告会后他就和研究生一起重复H。A。威尔逊的平板电极法实验，由于密立根采用镭作为电离剂，代替了X射线，电离的效果比较好，得到e=1.34×10——19库。这个结果受到物理学家卢瑟福的赞许，卢瑟福向他指出，如果能防止水的蒸发，也许e值还可增大。
为了研究云层蒸发的情况，密立根打算把云层稳定在某一高度，以便连续进行观察。这件事很容易办到，只要改换电场方向，使云层所受电力和重力方向相反，并适当加大电压即可达到目的。
1909年夏，密立根将电压加到1万伏，当他合上电闸时，奇迹出现了。云层哪里稳定得住，竟立即消散离析，带电雾粒以不同速度散开，偶而有几滴水珠留在视场中闪闪发光，好像天上的星星一样。
他立刻领悟到这几滴水珠之所以停在空中不动，是因为它们所受的电场力正好与重力平衡。既然如此，为什么不可以从平衡的带电水珠求电子的电量呢？
于是，密立根就创造了水珠平衡法。
密立根用水珠平衡法测得了大量数据，证明重量不同的水珠所带的电量，几乎都是某一常数的整数倍，这个常数就是基本电荷值。他的结果是e=1.55×10——19库，跟当时其他方法所得结果符合得很好。
1909年8月，密立根到加拿大参加科学会议，他报告了自己的工作，受到与会代表的称赞，他也从会议上了解到测量电子电荷的重大意义。就在他乘火车从加拿大返回美国的途中，他正向窗外眺望，突然灵感上心，钟表油是几乎一点也不蒸发的，何不用钟表油来试试呢？于是，当他回到芝加哥后，就立即安排研究生用钟表油做试验。
由于使用不易蒸发的钟表油，液滴用喷雾器由开口喷入即可，实验装置大大简化，操作也方便多了。密立根请技师做两块22厘米直径的圆铜盘，边上垫三块小小的石英片作为绝缘，这就组成了平板电容器。上极板中心钻半毫米的小孔，让喷雾器由此喷进油滴，少数油滴在喷嘴上摩擦，即可带上电荷。平板间加上万伏的电压，用显微镜对准油滴，确定使油滴处于平衡所需电压，由此即可计算油滴所带电量。
1910年以后，密立根又进一步改进实验方法。他让油滴在电场力和重力的共同作用下，上上下下地运动。从上下运动的时间求出速度，然后用X射线或镭照射油滴，使油滴所带电量增多或减小。这时，实验者从显微镜中会观察到油滴运动的速度突然发生了改变，从速度改变的差值就可求出电荷量改变的差值。
实验结果表明，油滴上电荷量的变化总是基本电荷值的倍数。密立根用这个方法得到了精确的基本电荷值为e=（1.591±0.003）×10——19库。就这样，密立根以大量实验无可辩驳地证实了电的分立性，为近代物理学的发展奠定了重要基础。
密立根是一位作风严谨、技艺精巧的实验物理学家。他钻研电子电荷的测量工作历经十几年，积累了上千次实验数据。他不断地改进实验方法，结果越做越精。据说，当年好奇的新闻记者登门采访，要求密立根展示他做出惊人成果的仪器设备，密立根再三推托，无奈记者百般恳求，只好照办。他叫实验员用托盘端上一个用圆铜盘做的平板电容器，诙谐地指着电容器对记者说：“秘密全在这里。”装置如此简单，使记者惊讶不已。
密立根在1923年荣获诺贝尔物理学奖，奖励他发明了油滴仪，从而精确地测定了电子电荷，确定了基本电荷的存在，并且还对他另一项工作予以奖励，这项工作是他在光电效应方面的研究。
质谱仪的发明
阿斯顿（F。W。Aston）是卡文迪什实验室的一名工作人员，曾经协助J。J。汤姆生研究正射线，经过长期实践，发明了质谱仪，从而获得1922年诺贝尔化学奖。
1877年9月1日阿斯顿出生在英国产业革命的发源地——伯明翰，他的外祖父是枪支制造者，因此他从小就有机会接触金工和手工艺，培养了技艺方面的才能。小时候他就爱做机械玩具，他在自己家里设有金工间，搞过不少工具革新，甚至还自己做成了摩托车。他也很喜爱做化学和真空实验。伦琴发现X射线的消息，激励他自己尝试做X射线管。为了抽取真空，他发明了一种新型的斯普伦格真空泵，并用以研究放电管中的克鲁克斯暗区。在1903年他发现了一个特殊的暗区，人称为阿斯顿暗区。1909年阿斯顿任伯明翰大学物理讲师。
正当这时，J。J。汤姆生在卡文迪什实验室的正射线研究取得一定成果。这个实验技术相当复杂，极需有经验的技师协助工作。于是J。J。汤姆生向好友坡印廷（J。H。Pointing）要人，坡印廷把自己的学生阿斯顿推荐给他。1910年，阿斯顿来到卡文迪什实验室，当了J。J。汤姆生的一名助手。
J。J。汤姆生的正射线研究已经进行了好几年，并且前后发表了8篇论文，这项工作原来是维恩（W。Wien）在1898年做过的极隧射线研究的继续，但J。J。汤姆生又做了相当多的改进。实验的基本方法是用磁场和电场使正射线偏转，在屏上或照片上显示出抛物线轨迹，从而粗略地计算其荷质比与速度。然而图像很差，有时甚至无法辨认不同成分的轨迹。
阿斯顿参加正射线的工作后，对实验装置做了多项改进。他用大玻璃球壳做低压放电管，设计并制备了一种适于拍摄抛物线径迹的专用照相机，还做了一台非常灵敏的石英微量秤以测量气体分离后的密度。1912年夏他制成了一台改进的正射线测量仪，把球壳中的空气抽走后，可以从照片上看到一系列的抛物线，这些抛物线分别为C、O、CO、CO2、H、H2和Hg离子的径迹。虽然仪器的分辨率不高，但质量数相差10%的抛物线可以分开。
这时，汤姆生从他的皇家研究所同事杜瓦（J。Dewar）那里要到了做氖管的氖气。当他将氖气充入放电球壳时，出乎意料，原子量为20.2的氖气竟出现了两条抛物线，一条粗的相当于20个原子质量单位，另外一条相当于22个原子质量单位，非常暗淡。
实验者没有放过这个异常情况，后来知道，这实际上是氖的同位素20Ne与22Ne，可是1913年索迪（F。Soddy）还没有完成同位素的工作，甚至连同位素这个名词还没有出现，J。J。汤姆生做了一个初步估计，认为可能是一种特殊的分子Ne H2，它的分子量正好是22.
但是，阿斯顿不肯接受这个判断，他希望通过事实作出结论。于是他找来最纯的氖气进行试验，结果仍然是两条抛物线，和先前完全一样，这使阿斯顿增强了信心，相信是两种不同的氖。
阿斯顿想从各种不同的途径来证明两种氖的存在，一是分离出这两种不同质量的物质，二是进一步改进正射线偏转法。他先用液态空气冷却的活性炭对氖气进行分馏，没有成功。后又用多孔陶管扩散方法进行分馏，也不见显著效果。1914年开始，他改用自动连续扩散的方法，可惜没有采用低温冷却，效果仍然不大。
不久，战争爆发了，阿斯顿进入伐波鲁（Farnborough）的皇家飞机工厂当化学技术员。他虽然离开了实验室，可是脑子里还经常想分离氖气的问题。他对物理学懂得不多，平常难得有机会跟大科学家们讨论问题。这时正值战争期间，飞机工厂集中了一批物理学家，他利用茶余饭后，和这些物理学家讨论正射线的问题，从他们那里学到了不少的理论知识，甚至包括量子理论。
由于科学家们的鼓励，加上他自己不断地思考，1919年当他回到卡文迪什实验室后，就马上着手用电磁聚焦的方法来分离两种不同的氖，后来果然获得了成功。阿斯顿把他的仪器称为质谱仪。
J。J。汤姆生在这个问题上显然不如他的助手敏锐，他虽然对Ne H2的说法并不太坚持，但也不承认两个成分是氖的同位素。他认为同位素的概念只能用在放射性元素上，直到1921年在皇家学会讨论这个问题的时候还持反对态度。
随后，阿斯顿继续用质谱仪分析其他元素，找到了许多元素的同位素，J。J。汤姆生不久也就接受了阿斯顿的观点。
敢于坚持自己的观点，不迷信权威。这可以说是卡文迪什实验室的科学传统。而J。J。汤姆生虽然曾经持有错误观点，但一旦认识到自己错了，就不再坚持。在实践面前人人平等，在真理面前人人平等，不分高低贵贱，这就是科学工作的基本准则。
电子显微镜的发明
1986年诺贝尔物理学奖一半授予德国柏林弗利兹-哈伯学院的恩斯特鲁斯卡（Ernst Ruska），以表彰他在30年代初发明了第一台电子显微镜。
研制电子显微镜的历史实际上可以追溯到19世纪末。人们在研究阴极射线的过程中发现阴极射线管的管壁往往会出现阳极的阴影。1987年布劳恩设计并制成了最初的示波管。这就为电子显微镜的诞生准备了技术条件。1926年布什（H。Busch）发表了有关磁聚焦的论文，指出电子束通过轴对称电磁场时可以聚焦，如同光线通过透镜时可以聚焦一样，因此可以利用电子成像。这为电子显微镜做了理论上的准备。限制光学显微镜分辨率的主要因素是光的波长。由于电子束波长比光波波长短得多，可以预期运用电子束成像的电子显微镜得到比光学显微镜高得多的分辨率。
恩斯特鲁斯卡1906年12月25日生于德国巴登市海德堡。他的父亲是柏林大学历史学教授。1925～1927年，鲁斯卡上中学时就喜欢工程，并在慕尼黑两家公司学习电机工程。后随父到了柏林，1928年夏进入柏林恰洛廷堡的柏林技术大学学习，在大学期间参加过高压实验室工作，从事阴极射线示波管的研究。从1929年开始，鲁斯卡在组长克诺尔（M。Knoll）的指导下进行电子透镜实验。这对鲁斯卡的成长很有益处。
1928～1929年期间，鲁斯卡在参与示波管技术研究工作的基础上，进行了利用磁透镜和静电透镜使电子束聚焦成像的实验研究，证实电子束照射下直径为0.3毫米的光缆可以产生低倍（1.3倍）的像，并验证了透镜成像公式。这就为创制电子显微镜奠定了基础。1931年，克诺尔和鲁斯卡开始研制电子显微镜，他们用实验证明了为要获得同样的焦距，使用包铁壳的线圈，其安装的线圈匝数要比不包铁壳的线圈小得多。1931年4～6月，他们采用二级磁透镜放大的电子显微镜获得了16倍的放大率。通过计算他们认识到，根据德布罗意的物质波理论，电子波长比光波波长短5个数量级，电子显微镜可能实现更高的分辨率。他们预测未来的电子显微镜，当加速电压为7.5万伏，孔径角为2×10-2弧度时，衍射限制的分辨率将是0.22纳米。
1932～1933年间，鲁斯卡和合作者波里斯（Borries）进一步研制了全金属镜体的电子显微镜，采用包有铁壳的磁线圈作为磁透镜。为了使磁场更加集中，他们在磁线圈铁壳空气间隙中镶嵌非磁导体铜环，并将铁磁上、下壳体内腔的端部做成漏斗形（磁极靴），使极靴孔径和间隙均减小到2毫米，而且焦距减小到3毫米。1932年3月，波里斯和鲁斯卡将此项磁透镜成果申请了德国专利。
1933年，鲁斯卡在加速电压7.5万伏下，运用焦距为3毫米的磁透镜获得12000倍放大率，还安装了聚光镜可以在高放大率下调节电子束亮度。他拍摄了分辨率优于光学显微镜的铝箔和棉丝的照片，并试验采用薄试样使电子束透射而形成电子放大像。
1934年鲁斯卡以题为《电子显微镜的磁物镜》的学位论文获得柏林技术大学工学博士学位。1934～1936年，鲁斯卡继续进行改进电子显微镜的实验研究。他采用了聚光镜以产生高电流密度电子束来实现高倍放大率成像，采用物镜和投影镜二级放大成像系统。可是，当时他们的发明并未立即获得学术界和有关部门承认，鲁斯卡和波里斯努力地说服人们，使他们相信可以研制出性能超过光学显微镜的电子显微镜。他们多次到政府和工业研究部门以争取财政支持。经过3年的奔走，1937年春西门子-哈斯克公司终于同意出资建立电子光学和电子显微学实验室。许多青年学者纷纷前来参加研究工作。
恩斯特鲁斯卡从1937年开始着手研制商品电子显微镜，1938年制成两台电子显微镜，且带有聚光镜，配以具有极靴的物镜及投影镜，备有更换样品、底片的装置，可获得30000倍放大率的图像。恩斯特鲁斯卡的弟弟哈尔墨特鲁斯卡（Helmut Ruska）和其他医学家立刻用来研究噬菌体等，获得很大的成功。1939年西门子公司制造的第一台商品电子显微镜终于问世。同年，电子显微镜首次在莱比锡国际博览会上展出，引起广泛注意。1940年，在恩斯特鲁斯卡提议下，西门子-哈斯克公司将上述实验室发展为第一个电子显微镜开放实验室，由哈尔墨特鲁斯卡任主任。实验室装备了4台电子显微镜，接纳各国学者前来做研究工作，推动了电子显微镜在金属、生物、医学等各个领域的应用与发展。在鲁斯卡工作的影响下，欧洲各国科学家先后也开始了电子显微镜的研究和制造工作。
恩斯特鲁斯卡及其合作者几十年来孜孜不倦地为改进电子显微镜辛勤工作，为现代科学的发展做出了重要贡献。电子显微镜为人们观察物质微观世界开辟了新的途径。在50年代中期制成的中、高分辨率电子显微镜，能够观察晶体缺陷，促进了固体物理、金属物理和材料科学的发展。在70年代出现的超高分辨率电子显微镜使人们能够直接观察原子。这对于固体物理、固体化学、固体电子学、材料科学、地质矿物学和分子生物学的发展起了巨大的推动作用。
恩斯特鲁斯卡在1986年获诺贝尔物理学奖一年多后于1988年5月27日在德国柏林去世，他的一生完全贡献于电子显微镜事业。继他之后，不仅有高压电镜和扫描电镜问世，而且还出现了另一种原理完全不同的显微镜，这就是1982年发明的扫描隧道显微镜。扫描隧道显微镜是通向微观世界的又一项有力武器。
回旋加速器的发明
粒子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变革自然、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粒子物理学的发展起了很大的促进作用，美国物理学家劳伦斯（E。Lawrence）顺应这一形势，走在时代的前列。他以天才的设计思想、惊人的毅力和高超的组织才能，为加速器的发展作出了重大贡献。
劳伦斯1901年出生于美国南达科他州南部的坎顿，父母都是教师，早年就对科学有浓厚兴趣，喜欢做无线电通讯实验，在活动中表现出非凡的才能。他聪慧博学，善于思考，原想学医，却于1922年以化学学士学位毕业于南达科他大学，后转明尼苏达大学当研究生。导师斯旺对劳伦斯有很深影响，使他对电磁场理论进行了深入的学习。
劳伦斯在耶鲁大学继续研究两年之后，于1927年当了助理教授。1928年转到伯克利加州大学任副教授。两年后晋升，是最年轻的教授。在这里他一直工作到晚年，使伯克利加州大学由一所新学校成为粒子物理的研究基地。
1928年前后，人们纷纷在寻找加速粒子的方法。当时实验室中用于加速粒子的主要设备是变压器、整流器、冲击发生器、静电发生器和特斯拉线圈，等等。这些方法全都要靠高电压。可是电压越高，对绝缘的要求也越高，否则仪器就会被击穿。正当劳伦斯苦思解决方案之际，一篇文献引起了他的注意，使他领悟到用一种巧妙的方法来解决这个矛盾。他后来在诺贝尔物理学奖的领奖演说中讲到：
“1929年初的一个晚上，当我正在大学图书馆浏览期刊时，我无意中发现在一本德文电气工程杂志上有一篇维德罗的论文，讨论正离子的多级加速问题。我读德文不太容易，只是看看插图和仪器照片。从文章中列出的各项数据，我就明确了他处理这个问题的一般方法……在连成一条线的圆柱形电极上加一适当的无线电频率振荡电压，以使正离子得到多次加速。这一新思想立即使我感到找着了真正的答案，解答了我一直在寻找的加速正离子的技术问题。我没有更进一步地阅读这篇文章，就停下来估算把质子加速到一百万电子伏的直线加速器一般特性该是怎样的。简单的计算表明，加速器的管道要好几米长，这样的长度在当时作为实验室之用已是过于庞大了。于是我就问自己这样的问题：不用直线上那许多圆柱形电极，可不可以靠适当的磁场装置，只用两个电极，让正离子一次一次地来往于两电极之间？再稍加分析，证明均匀磁场恰好有合适的特性，在磁场中转圈的离子，其角速度与能量无关。这样它们就可以以某一频率与一振荡电场谐振，在适当的空心电极之间来回转圈。这个频率后来叫做‘回旋频率’。”
劳伦斯不仅提出了切实可行的方案，更重要的是以不懈的努力实现了自己的方案。
1930年春，劳伦斯让他的一名研究生爱德勒夫森（N。Edleson）做了两个结构简陋的回旋加速器模型。真空室的直径大约只有10厘米。其中的一个还真的显示了能工作的迹象。随后，劳伦斯又让另一名研究生利文斯顿（M。S。Livingston）用黄铜和封蜡作真空室，直径也只有11.43厘米，但这个“小玩意”已具有正式回旋加速器的一切主要特征。1931年1月2日，在这微型回旋加速器上加不到1000伏的电压，可使质子加速到80000电子伏，也就是说，不到1000伏的电压达到了8万伏的加速效果。
1932年，劳伦斯又做了22.86厘米和27.94厘米的同类仪器，可把质子加速到1.25兆电子伏（Me V）。正好这时，英国卡文迪什实验室的科克饶夫（J。D。Cockcroft）和瓦尔顿（E。T。S。Walton）用高压倍加器做出了锂（Li）蜕变实验。消息传来，人心振奋，劳伦斯看到了加速器的光明前景，更加紧工作。不久他就用27.94厘米回旋加速器轻而易举地实现了锂蜕变实验，验证了科克饶夫和瓦尔顿的结果。这次实验的成功，显示了回旋加速器的优越性，使科学界认识到它的意义，同时也大大增强了劳伦斯等人对工作的信心。
于是他和利文斯顿以更大的规模设计了一台D形电极、直径为68.58厘米的机器，准备把质子加速到5Me V能量。这时氘已经被尤里（Urey）发现了，劳伦斯可以用氘核作为轰击粒子，以获得更佳效果。因为氘核是由一个质子和一个中子组成的复合核，氘核在静电场作用下有可能解体，变成质子和中子。而中子的穿透能力特别强，这样就可以利用回旋加速器产生许多重要的人工核反应。
68.58厘米回旋加速器的运行带来了丰硕成果。许多放射性同位素陆续在伯克利发现。伯克利加州大学成了核物理的研究中心，他们把生产出来的放射性同位素提供给医生、生物化学家、农业和工程科学家，广泛应用在医疗、生物、农业等领域。
1936年，在劳伦斯主持下，他们将68.58厘米回旋加速器改装成93.98厘米的，使粒子能量达到6Me V。用它测量了中子的磁矩，并且产生出了第一个人造元素——锝（Tc）。
为了表彰劳伦斯发明的回旋加速器的功绩，1939年诺贝尔物理学奖授给了劳伦斯。
然而，劳伦斯仍不愿加速器停留在这个水平。他认为，在这个水平上工作，还远不足以发现微观世界的奥秘。所以新的一代回旋加速器又在设计之中。
一台大型的回旋加速器，从设计、制作、安装、调试直到进行各项实验活动，都需要各种人才的分工协作、互相配合。劳伦斯在诺贝尔奖颁奖会上的演说词中讲到：“从工作一开始就要靠许多实验室的众多能干而积极的合作者的集体努力”，“各方面的人才都参加到这项工作中来，不论从哪个方面来衡量，取得的成功都依赖于密切和有效的合作。”
1958年劳伦斯因病去世，终年57岁。为了纪念他，伯克利加州大学辐射实验室改名为劳伦斯辐射实验室。他的一生为回旋加速器奋斗不息，虽然他自己没有直接做出科学发现或者创立科学理论，但是在他的领导和培养下或者在跟他协作的过程中，许多人做出了重大贡献。在他的实验室里，先后有8人获得诺贝尔奖。由于加速器的应用，物理学进入了一个新阶段，“大科学”从此开始了。
核乳胶的发明
1950年诺贝尔物理学奖授予英国布里斯托尔大学的鲍威尔（C。F。Powell），表彰他发展了研究核过程的光学方法，和他用这一方法做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做核乳胶。
鲍威尔1903年12月5日生于英格兰肯特（Kent）的汤布里奇（Tonbridge）。他父亲是一位枪炮制造商，长期从事这方面的贸易。他的祖父曾创建一所私立学校。家庭的影响使他从小就有崇尚实践和重视学术的素养。他11岁时就在当地的学校取得了奖学金，后来又在社会上赢得了公开奖学金到剑桥大学的西尼塞索克斯（Sidney Sussex）学院学习。1924～1925年以头等成绩通过了自然科学学位考试，1925年毕业。1925～1927年鲍威尔作为卢瑟福和C。T。R。威尔逊的研究生在卡文迪什实验室做研究工作，1927年获博士学位。他的第一项研究是与云室有关的凝聚现象，其结果间接地解释了经喷嘴的蒸汽会产生高度电离这一反常现象。他证明了这是由于在快速膨胀的蒸汽中存在过饱和现象。他的结论关系到蒸汽涡轮机的设计和运转。1928年鲍威尔去布里斯托尔大学威尔斯物理实验室工作，当丁铎尔（A。M。Tyndall）的助手，后来晋升为讲师。1936年他参加地震考察队访问西印度群岛，研究火山活动。第二年回以布里斯托尔，1948年升任教授。他在这里长年耐心地工作于发展一种测量正离子迁移率的精确技术，从而掌握了大多数普通气体中的离子特性。在旅居加勒比海之后，他又回过来从事建造一台用于加速质子和氘核的科克饶夫高压加速器，把加速器与威尔逊云室结合起来，可以研究中子-质子散射。1938年他在从事宇宙射线实验中采用各种照相乳胶直接记录粒子的径迹。当科克饶夫高压加速器开始运转时，鲍威尔用同样的方法观测反冲质子的径迹，测量中子的能量，他和合作者发现乳胶中带电粒子的径迹长度可以对带电粒子的射程给出精确的计量，不久就明确这一方法在核物理实验中有非常大的好处。这一发现把他引向研究高能氘核束所产生的散射和蜕变过程。
后来鲍威尔又回过来从事宇宙射线的研究并研制出了灵敏度更高的照相乳胶。1947年他和奥恰利尼在海拔3000米的山顶上，用这种新乳胶直接记录宇宙射线的辐射，并通过分析乳胶中射线的径迹，证实了π±介子的存在，并且观测到了π介子衰变成μ介子和中微子的过程。1949年鲍威尔又用这种方法发现了K介子的衰变方式。
鲍威尔所用的照相法是基于这样的原理：带电粒子穿过照相乳胶时，所经之处溴化银颗粒会被带电粒子电离，因而留下轨迹；一系列变黑的颗粒以一定间隔分布，其距离视粒子速率而定；粒子速率越大，则间距也越大。这是因为快速粒子比慢速粒子具有更小的电离能力。
这一方法其实并不新颖，早在20世纪初期就已用做显示放射性辐射的手段。因为要在核过程的研究中运用这一方法，首先需要有一种对各种带电粒子特别是快速粒子都很灵敏的乳胶。在30年代初期，这个问题似乎已经接近于解决，因为有人发现，可以用敏化乳胶片的办法使之能对快速质子发生作用。不过这一方法用起来很困难，所以未能广泛使用。
不需要事先敏化的乳胶在1935年就由列宁格勒的兹达诺夫和依尔福德（ILFORD）实验室各自独立地生产出来了。但是在核物理研究中，即使到了30年代照相法仍未得到普遍采用，只有在宇宙射线的研究上还有一些人用到这种方法。许多核物理学家对这种方法还持怀疑态度，因为从测量到的径迹长度计算粒子能量往往会得到很分散的结果。大家那个时候更相信的是威尔逊云室。
鲍威尔的功绩就在于驱散了对照相法的怀疑，他使照相法不仅对宇宙射线和结合核现象，而且在研究某些核过程中也能成为非常有效的手段。鲍威尔用新的依尔福德中间色调底片，研究了在核过程研究中照相法的用途和可靠性。从1939年至1945年他和他的合作者一方面做了各种试验，另一方面不断地改进材料的处理方法，研究有关技术，创制分析粒子径迹的光学设备。他们的工作令人信服地证明了：在核物理的研究中，照相法和云室及计数器是同样有效的，有时照相法比云室和计数器更为有效。照相法节省时间，节省材料。例如，用威尔逊云室在20000张立体照片中可供测量的粒子径迹只有1600条，而鲍威尔和他的合作者在3平方厘米的照相底片中就找到了3000条可用的粒子径迹。1946年在他们为改进和发展照相法的努力中作出了重要的一步，这就是他们用到了一种新型的名叫“C2”的乳胶，其特性在各方面都超过了原来的乳胶。粒子的径迹更为清晰，看不到干扰本底，这就大大地提高测量的可靠性。后来还可以用照相法来发现罕见过程，可以在乳胶中掺某种原子以供特殊研究。改进的照相法对宇宙射线的研究就更为有效。乳胶可以连续记录，而威尔逊云室只能记录仪器操作的短暂时间间隙里所通过的粒子和所发生的过程，因而显得十分局限。可见，照相法在这些研究中大大优越于云室法。在法国南部有一个高于海平面2800米的观测站用到了这种新型乳胶。后来又在高5500米处进行测量，测量结果在乳胶中找到了大量的孤立粒子径迹，同时也有记录蜕变的分叉，这些分叉就像一颗一颗的星。在乳胶中可以找到分叉数各不相等的“星”，从这些星可以判定，有一些是小质量的粒子闯进了乳胶，打到乳胶中的某些原子核上，引起这些原子核发生蜕变。然而是宇宙射线的什么成分引起了原子核的蜕变？经过深入的研究，他们证明，这一活跃的粒子是介子，其质量比电子大几百倍，带的是负电。有些蜕变还可以观察到慢速介子从原子核里抛出来。1947年鲍威尔和他的合作者报告说，发现了一种介子，在其运动过程中又产生了另一介子。分析初始介子和二次介子的径迹表明有可能存在两类具有不同质量的介子。后来的实验证实了这一理论。初始介子叫做π介子，二次介子叫做μ介子。初步测量表明π介子的质量大于μ介子的质量，而它们的电荷都等于基本电荷。
鲍威尔在进一步的实验中确定π介子的质量是μ介子的1.35倍。这个关系与美国伯克利辐射实验室的研究者们用467.36厘米的回旋加速器所测定的结果——1.33倍符合甚好。他们还确定，π介子的质量比电子大285倍，而μ介子的质量比电子大216倍。两种介子都可带正电，也可带负电。μ介子的寿命约为百万分之一秒，而π介子还要短百倍。π介子是不稳定的，会自发地蜕变为μ介子。负π介子易于和原子核相互作用，所以在乳胶中它们在径迹末端被原子俘获，既可引起轻原子核的蜕变，也可引起重原子核的蜕变。由于鲍威尔用上一种对电子敏感的乳胶，他在1949年证明了μ介子会在其路程的末端蜕变为一个带电的轻粒子和两个以上的中性粒子。接着，鲍威尔又研究了π介子（现在叫做π子），其质量为电子的1000倍。这一介子是别人发现的，但鲍威尔对之做了更加详尽的探讨。
鲍威尔研究核乳胶的成功使布里斯托尔大学成了核物理研究的重要基地。他在1949年当选为英国皇家学会会员，1950年，也即核乳胶诞生的几年之后就获得了诺贝尔物理学奖。
晶体管的发明
首先要指出，晶体管的发明不是哪一位科学家拍脑袋想出来的，而是固体物理学理论指导实践的产物，是科学家长期探索的结果。
早在19世纪中叶，半导体的某些特性就受到科学家们的注意。法拉第观察到硫化银的电阻具有负的温度系数，与金属正好相反。史密斯用光照射在硒的表面，发现硒的电阻变小。1874年，布劳恩第一次在金属和硫化物的接触处观察到整流特性。1876年，亚当斯和戴依发现硒的表面会产生光生电动势。1879年，霍耳发现霍耳效应。对于金属，载流子是带负电的电子，这从金属中的电流方向、所加磁场的方向以及霍耳电势差的正负可以作出判断。可是，也有一些材料显示出正载流子而且其迁移率远大于正离子，这正是某些半导体的特性。可是，所有这些特性——电阻的负温度系数、光电导、整流、光生电动势以及正电荷载流子，都无法做出合理的解释。在19世纪物理学家面前，半导体的各种特性都是一些难解之谜。然而，在没有揭示其导电机理之前，半导体的某些应用却已经开始了，而且应用得还相当广泛。1883年，弗立兹制成了第一个实用的硒整流器。无线电报出现后，天然矿石被广泛用作检波器。1911年，梅里特制成了硅检波器，用于无线电检波。1926年左右，锗也用于制作半导体整流器件。这时，半导体整流器和光电池都已成为商品。人们迫切要求掌握这些器件的机理。然而，作为微观机制理论基础的量子力学，这时才刚刚诞生。
电子管问世之后，获得了广泛的应用。但是电子管体积大、耗电多、价格昂贵、寿命短、易破碎等缺点，促使人们设法寻找能代替它的新器件。早在1925年前后，已经有人在积极试探有没有可能做成像电子管一样，在电路中起放大作用和振荡作用的固体器件。
人们设想，如果在半导体整流器内“插入”栅极，岂不就能跟三极真空管一样，做成三极半导体管了吗？可是，如何在只有万分之几厘米的表面层内安放栅极呢？1938年，德国的希尔胥和R。W。玻尔在一片溴化钾晶体内成功地安放了一个栅极。可惜，他们的“晶体三极管”工作频率极低，只能对周期长达1秒以上的信号起作用。
在美国贝尔实验室工作的布拉坦（W。H。Brattain）和贝克尔（J。A。Becker）于1939年和1940年也曾多次试探实现固体三极管的可能性，都以失败告终。成功的希望在哪里呢？有远见的人们指望固体物理学给予理论指导。
正好在这期间，量子力学诞生了，A。H。威尔逊在1931年提出了固体导电的量子力学模型，用能带理论能够解释绝缘体、半导体和导体之间的导电性能的差别。接着，他在1932年，又在这一基础上提出杂质（及缺陷）能级的概念，这是认识掺杂半导体导电机理的重大突破。1939年，苏联的达维多夫、英国的莫特、德国的肖特基各自独立地提出了解释金属—半导体接触整流作用的理论。达维多夫首先认识到半导体中少数载流子的作用，而肖特基和莫特提出了著名的“扩散理论”。
至此，晶体管的理论基础已经准备就绪，关键在于如何把理论和实践结合在一起。1945年1月在美国贝尔实验室成立的固体物理研究组出色地做到了这一点。上面提到的布拉坦就是这个组的成员之一。他是实验专家，从1929年起就在贝尔实验室工作。另有一位叫肖克利（B。Shockley），是理论物理学家，1936年进入贝尔实验室。
1945年夏，贝尔实验室决定成立固体物理研究组，其宗旨就是要在固体物理理论的指导下，“寻找物理和化学方法，以控制构成固体的原子和电子的排列和行为，以产生新的有用的性质”。这个组共有7人，组长是肖克利，另外还有半导体专家皮尔逊（G。L。Pearson）、物理化学专家吉布尼（R。B。Gibney）、电子线路专家摩尔（H。R。Moore）。最关键的一位是巴丁（J。Bardeen），他也是理论物理学家，1945年刚来到贝尔实验室，是他提出的半导体表面态和表面能级的概念，把半导体理论又提高了一步，使半导体器件的试制工作得以走上正确的方向。
贝尔实验室的另外几位专家：欧尔和蒂尔等致力于硅和锗的提纯并研究成功生长大单晶锗的工艺，使固体物理研究组有可能利用新的半导体材料进行实验。肖克利根据莫特-肖特基的整流理论，并且在自己的实验结果之基础上，做出了重要的预言。他认为，假如半导体片的厚度与表面空间电荷层厚度相差不多，就有可能用垂直于表面的电场来调制薄膜的电阻率，从而使平行于表面的电流也受到调制。这就是所谓的“场效应”，是以后的场效应管的理论基础。
可是，当人们按照肖克利的理论设想进行实验时，却得不到明显的效果。后来才认识到，除了材料的备制还有缺陷之外，肖克利的场效应理论也还不够成熟。表面态的引入，使固体物理研究组的工作登上了一个新的台阶。他们测量了一系列杂质浓度不同的p型和n型硅的表面接触电势，发现经过不同表面处理或在不同的气氛中，接触电势也不同，还发现当光照射硅的表面时，其接触电势会发生变化。接着，他们准备进一步测量锗、硅的接触电势跟温度的关系。就在为了避免水汽凝结在半导体表面造成的影响，他们把样品和参考电极浸在液体（例如可导电的水）中时意外的情况出现了。他们发现，光生电动势大大增加，改变电压的大小和极性，光生电动势也随之改变大小和符号。经过讨论，他们认识到，这正是肖克利预言的“场效应”。
巴丁提出了一个新方案。他们用薄薄的一层石蜡封住金属针尖，再把针尖压进已经处理成n型和p型硅的表面，在针尖周围加一滴水，水与硅表面接触。带有蜡层的针同水是绝缘的。正如他们所预期的那样，加在水和硅之间的电压，会改变从硅流向针尖的电流。这一实验使他们第一次实现了功率放大。后来，他们改用n型锗做实验，效果更好。然而，这样的装置没有实用价值，因为水滴会很快蒸发掉。由于电解液的动作太慢，这种装置只能在8赫以下的频率才能有效地工作。
他们发现，在电解液下面的锗表面会形成氧化膜，如果在氧化膜上蒸镀一个金点作为电极，有可能达到同样的目的，然而，这一方案实现起来也有困难。
最后，他们决定在锗表面安置两个靠得非常近的触点，近到大约5×10——3厘米的样子，而最细的导线直径都有10×10——3厘米。实验能手布拉坦想出一条妙计。他剪了一片三角形塑料片，并在其狭窄而平坦的侧面上牢固地粘上金箔，然后用刀片从三角形塑料片的顶端把金箔割成两半。再用弹簧加压的办法，把塑料片和金箔一起压在锗片上。于是，他做成了世界上第一只能用于音频的固体放大器。他们命名为晶体管（transistor）。这一天是1947年12月23日。接触型晶体管诞生了。
接着，肖克利又想出了一个方案。他把n型半导体夹在两层p型半导体之间。1950年4月他们根据这一方案做成了结型晶体管。
亲爱的朋友们，以上讲了晶体管的发明经过，从这段史实中，你能否指出，是谁发明了晶体管？谁又是最主要的发明者？是巴丁？是肖克利？还是布拉坦？应该说，他们都是。功劳应归于他们这个集体，他们所在的固体物理学小组。晶体管是他们的集体创造。我们不必纠缠于争论谁的功劳大，但至少可以由此得到一条信念：科学是人类集体的事业，是人们以各种方式，包括有形的和无形的，进行协作的产物。
原子钟的发明
大家知道，在计量单位制中，除了长度和质量外，还有一个基本物理量，那就是时间。
微波激射器发明后，人们已经认识到可以利用其极为精确的计时功能制造原子钟。原子钟的发明是在新长度基准之外又一件量子计量技术的成果。它使计时技术发生了革命性的变化。要知道，时间的计量对人类的生活有着不可估量的意义。
日出而作，日入而息，铜壶滴漏，日晷影移，这是原始的时间计量。古人就据此建立了各种可靠的计时标准。
在人类观察到的自然现象中，以天空中发生的现象为最明显，也最有规律，所以很自然地自古以来人们就以地球自转周期作为时间的量度基准，这就是所谓的太阳日。最初秒的定义就是1秒=1/86400平均太阳日。但是由于地球自转并不均匀也不稳定，1960年国际计量大会确认，把时间基准改为以地球围绕太阳公转为依据，即：把秒定义在1900年地球绕太阳沿轨道运行一周所需时间的1/31556925.9747.这一数据之所以有如此之高的精确度，是因为这个结果是通过为期数年的一系列天文观测获得的。
然而根据这个定义很难对秒本身进行直接比较。正好在这期间，时间和频率的测量技术有了很大发展，1967年第十三届国际计量大会重新规定了时间单位的定义：“秒是铯133原子基态的两超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。”
这么精确的数据是从哪里来的？应该说：这是原子物理学工作者长期研究的成果，是40年代、50年代发明原子钟的重大收获。
大家知道，对于一个周期性系统来说，其周期与频率是互为倒数的。以周期作为时间计量单位实际上就是以频率作为计算时间的依据。原子在能量差为ΔE的两个能级之间跃迁时，将会放出或吸收电磁波，其频率ν=ΔE/h（h即普朗克常数）。如果能够控制原子只在某两个特定能级之间跃迁，就有可能获得与之相对应的特定跃迁频率。如果这一频率非常稳定，就有可能被选定充当原子频率标准。
我们从光谱仪就可以测出原子光谱每一根谱线的频率，不过，原子光谱的谱线往往不是一根线，而是由若干更细的线组成。只要光谱仪的分辨率提高就可以观察到，这叫做光谱的精细结构。实际上精细结构还可以再分解，如果有分辨率更高的光谱仪，特别是在磁场的作用下，可以进一步观察到精细结构里还有更精细的结构，这叫做超精细结构。原子光谱的超精细结构早在1928年就有人观察到了。实验表明，基态的超精细结构跃迁频率不易受外界磁场的影响，相当稳定，以之作为频率标准是适宜的。
早在1940年，美国物理学家拉比就预见到铯133的超精细结构有可能作为频率计量的基准。铯133有三个特点：一是超精细结构的裂距量大，达9.2GHz，测量的精确度也很高，可达10——5.二是碱金属原子结构都很简单，属于单电子原子，和氢原子有类似性质，原子光谱的规律最明显，而铯是碱金属稳定元素中最重要的一员，原子质量大，则多谱勒频移小，谱线宽度随之减小，因此可得更高的精确度。三是铯在自然界中仅有一种同位素，即铯133（133Cs），这是最有利的条件。所以拉比首选铯作为原子钟的工作物质。
美国物理学家拉姆齐（N。F。Ramsey）当时正好在哥伦比亚大学随拉比做博士论文，题目是《用原子束方法研究分子的旋转磁矩》。他记得在拉比小组中曾讨论过用铯133的超精细结构测量频率的可能性。拉比还建议美国国家标准技术局研制原子钟，后因条件尚不成熟而搁置。
第二次世界大战中，由于雷达的广泛应用，微波电子技术有了长足进展，用感应法和吸收法相继发现了核磁共振，人们认识到，用原子钟来计时的时代已经不远了。
原子束实验装置素以结构复杂、设备庞大著称，因为它既需要加热，又需抽高真空，还要有强大的射频场和特殊要求的磁场，使分子束或原子束发射，聚焦、选场、激发和检测。怎样才能简化这些设备呢？这是物理学家大伤脑筋的问题。特别是为了减小谱线宽度，还必须采取某些特殊的措施，使事情更复杂化。根据理论分析，得知谱线宽度与振荡场区的长度成反比。这个振荡场区要求保持均匀的微波场和磁场。振荡场区的长度越长，谱线宽度就越窄，频率计量的精度就越高。但是，实践的结果并不尽如人意。振荡场区加长，又会遇到新的问题，射程长了，原子束的强度大减，而且难以保证磁场均匀，所以加大长度，谱线反而增宽。
拉姆齐和大家一样，也在为这个问题做各种探讨。他当时正在哈佛大学教物理光学课，正当他在为谱线增宽的问题苦思之际，迈克耳逊的测星干涉仪的设计思想启发他找到了一条绝妙的方法。
迈克耳逊的测星干涉仪是20世纪20年代初颇引人注目的一项成果。他在加州威尔逊山天文台的2.54米天文望远镜上加了两道反射镜，形成两翼，相距6米，利用两翼的光束互相干涉，从而测星体的角直径，结果把望远镜的角分辨率加大了几十倍，第一次测出了星体的角直径，解决了过去用望远镜一直没有解决的问题。相距6米的反射镜相当于把望远镜的口径加大6米，实际上即使成了这样庞大的望远镜，也可能无法保证干涉条纹的清晰度。后来，迈克耳逊的设计方案被人们写进了教科书，拉姆齐在教光学时当然会涉及这个问题。
可不可以也用类似的办法来改造原子束的振荡场呢？经过计算，证明在振荡场的两端用两条狭窄的振荡区即可代替整个振荡场，只要两端的驱动微波同相位，整个场的不均匀性就不会影响共振曲线的宽度，反而可以使宽度窄40%。这一设计思想立即使铯原子钟获得了成功的希望。1952年第一台应用分离振荡场方法的铯原子钟在美国国家标准技术局问世，频率宽度是原来的方法的十分之一，接着，英国国家物理实验室也于1955年建立了原子钟，3年后他们发表了精确的结果：铯133原子基态两个超精细能级间跃迁辐射频率为9192.631770MHz。这一频率后来在1967年被第十三届国际计量大会正式用来定义时间的基准。秒的新定义就是这样产生的。
激光器的发明
这里指的是20世纪的一项重要发明——微波激射器。另一个新名词大家也许早就熟悉，所谓镭射，就是我们常常说到的激光。
晶体管的发明，它是第二次世界大战后最激动人心的科技产物，对20世纪后半叶人类社会的发展和物质文明的进步有极大的推进作用。然而，无独有偶，就在这个时期，又孕育了另一项重大的科技发明，那就是脉泽和激光。在脉泽和激光的发明中，运用了20世纪量子理论、无线电电子学、微波波谱学和固体物理学的丰硕成果，也凝聚了一大批物理学家的心血。这些物理学家很多是在贝尔实验室工作的，其中最为突出的一位是美国的物理学家汤斯（C。H。Townes）。
汤斯是美国南卡罗林纳人，1939年在加州理工学院获博士学位后进入贝尔实验室。二次大战期间从事雷达工作。他非常喜爱理论物理，但军事需要强制他置身于实验工作之中，使他对微波等技术逐渐熟悉。当时，人们力图提高雷达的工作频率以改善测量精度。美国空军要求他所在的贝尔实验室研制频率为24000MHz的雷达，实验室把这个任务交给了汤斯。
汤斯对这项工作有自己的看法，他认为这样高的频率对雷达是不适宜的，因为他观察的这一频率的辐射极易被大气中的水蒸气吸收，因此雷达信号无法在空间传播，但是美国空军当局坚持要他做下去。结果仪器做出来了，军事上毫无价值，却成了汤斯手中极为有利的实验装置，达到当时从未有过的高频率和高分辨率，汤斯从此对微波波谱学产生了兴趣，成了这方面的专家。他用这台设备积极地研究微波和分子之间的相互作用，取得了一些成果。
1948年汤斯遇到哥伦比亚大学教授拉比（I。I。Rabi）。拉比建议他去哥伦比亚大学。这正合汤斯的心愿，遂进入哥伦比亚大学物理系。1950年起在那里就任正教授。雷达技术涉及到微波的发射和接收，而微波是指频谱介于红外和无线电波之间的电磁波。在哥伦比亚大学，汤斯继续孜孜不倦地致力于微波和分子相互作用这一重要课题。
汤斯渴望有一种能产生高强度微波的器件。通常的器件只能产生波长较长的无线电波，若打算用这种器件来产生微波，器件结构的尺寸就必需极小，以至于实际上没有实现的可能性。
1951年的一个早晨，汤斯坐在华盛顿市一个公园的长凳上，等待饭店开门，以便去进早餐。这时他突然想到，如果用分子，而不用电子线路，不是就可以得到波长足够小的无线电波吗？分子具有各种不同的振动形式，有些分子的振动正好和微波波段范围的辐射相同。问题是如何将这些振动转变为辐射。就氨分子来说，在适当的条件下，它每秒振动2.4×1010次，因此有可能发射波长为114厘米的微波。
他设想通过热或电的方法，把能量送进氨分子中，使氨分子处于“激发”状态。然后，再设想使这些受激的分子处于具有和氨分子的固有频率相同的微波束中，氨分子受到这一微波束的作用，以同样波长的微波形式放出它的能量，这一能量又继而作用于另一个氨分子，使它也放出能量。这个很微弱的入射微波束相当于起着对一场雪崩的触发作用，最后就会产生一个很强的微波束。这样就有可能实现微波束的放大。
汤斯在公园的长凳上思考了所有这一切，并把一些要点记录在一只用过的信封的反面。汤斯小组历经两年的试验，花费了近3万美元。1953年的一天，汤斯正在出席波谱学会议，他的助手戈登急切地奔入会议室，大声呼叫道
