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同位素并测量其质量及丰度的新仪器，这就是质谱仪。该仪器对于测量的结果精度达到千分之一。他用这一新的仪器对氖作重新测定，证明氖的确存在20Ne和22Ne两种同位素，又因它们在氖气中的比例约为10：1所以氖元素的平均原子量约为20。2（后来的研究又发现氖存在第三种同位素21Ne，氖元素的平均原子量为20。18）。随后，阿斯顿使用质谱仪测定了几乎所有元素的同位素。阿斯顿在71种元素中发现了202种同位素。
阿斯顿运用质谱仪对众多元素所作的同位素研究，不仅指出几乎所有的元素都存在同位素，而且还证实自然界中的某元素实际上是该元素的几种同位素的混合体，因此该元素的原子量也是依据这些同位素在自然界占据不同比例而得到的平均原子量。
在他荣获1922年的诺贝尔化学奖后，他仍然坚持工作在实验室，对质谱仪作进一步的改进和完善，从而使他后来又制成了3台质谱仪，其倍率达两千倍，精度达十万分之一。
4、理论物理学家举例：爱因斯坦、杨振宁和霍金
20世纪3个最伟大的理论物理学家可能是爱因斯坦、杨振宁和霍金。
爱因斯坦一生中最重要的贡献是相对论。1905年他发表了题为《论动体的电动力学》的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，建立了狭义相对论。这一理论把牛顿力学作为低速运动理论的特殊情形包括在内。它揭示了作为物质存在形式的空间和时间在本质上的统一性，深刻揭露了力学运动和电磁运动在运动学上的统一性，而且还进一步揭示了物质和运动的统一性（质量和能量的相当性），发展了物质和运动不可分割原理，并且为原子能的利用奠定了理论基础。随后，经过多年的艰苦努力，1915年他又建立了广义相对论，进一步揭示了四维空时同物质的统一关系，指出时空不可能离开物质而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布，它并不是平坦的欧几里得空间，而是弯曲的黎曼空间。根据广义相对论的引力论，他推断光在引力场中不沿着直线而会沿着曲线传播。这一理论预见，在1919年由英国天文学家在日蚀观察中得到证实，当时全世界都为之轰动。1938年，他在广义相对论的运动问题上取得重大进展，即从场方程推导出物体运动方程，由此更深一步地揭示了空时、物质、运动和引力之间的统一性。广义相对论和引力论的研究，20世纪60年代以来，由于实验技术和天文学的巨大发展受到重视。另外，爱因斯坦对宇宙学、用引力和电磁的统一场论、量子论的研究都为物理学的发展作出了贡献。
杨振宁原本想做个实验物理学家，但他的实验能力很差，动手时总是显得笨手笨脚的。在芝加哥大学艾里逊实验室进行加速器实验时，哪里炸得乒乓作响，哪里就有杨振宁。他羡慕那些实验能力强的同学的天赋，“实验室里的一些同学具有神秘莫测令我惊愕的第六感觉，他们知道在什么地方可以找到漏气孔；当定标电路失常时他们知道应该在什么地方踢一脚。”但是他能现场解决同学们遇到的理论方面的难题。在泰勒的建议下，杨振宁最终选择了理论物理学作为自己一生的研究对象。
杨振宁在理论物理学上有3项重要成就。1954年与米尔斯发表了《同位旋守恒和一种广义规范不变性》和《同位旋守恒合同位旋规范不变性》两篇论文，建立了杨—米尔斯规范场，规范场是关于包括引力作用在内的四种相互作用的理论。1956年杨振宁和李政道合作发表了《弱相互作用中的宇称守恒问题》，打破了曾被物理学家奉为金科玉律的宇称守恒原理，他们因此获得1957年的诺贝尔物理学奖。1967年和1968年，杨振宁发表了两篇论文，建立了一个方程，后来被称为杨—巴克斯特方程。后来，物理学家发现此方程也是一个最基本的数学结构。
理论科学家更多地使用脑子进行思考，身体的好坏不会影响其科学成就。史蒂芬·霍金是一个典型的例子。史蒂芬在17岁时进入牛津大学学习物理，21岁时诊断患了卢伽雷病，即运动神经细胞病，医生宣判他活不了多久了。霍金只能顽强地与疾病对抗。与此同时，霍金开始沉入对世界的思索中，向爱因斯坦这位前辈伟人的相对论迈出批判的第一步。不过，霍金身体状况的确越来越糟糕，他渐渐失去了行动的能力，在1985年因肺炎造成的手术中，甚至失去了讲话的能力。在一段时间中，他飞驰的思想只能被封闭在自己的大脑中。无法与人交流，这使他觉得生不如死。所幸的是，科技的发达最终使他得以借助电脑和语言合成器，重新表达自己的思想，甚至能够在众人面前演讲。
在这期间，他的思想在广阔的宇宙中遨游—他指出爱因斯坦的广义相对论将在所谓“大爆炸奇点”失效，因此将量子力学引入对宇宙诞生的探索，最终得到宇宙无始无终的结论，并创造出“虚时间”这一概念；他指出“黑洞”事实上一直都在发“光”，只是极其微弱而已；他以幽默的方式证明了上帝的虚无……
霍金这个名字渐渐在人类科学的世界显露出自己的光彩：1975年，教皇在梵蒂冈步下圣坛，将嘉奖“有杰出成就的年轻科学家”的勋章授与霍金，而他的前任在多年前曾经严酷地迫害过布鲁诺、伽利略；1985年霍金英国皇家学会吸纳为有史以来最年轻的院士；他在剑桥大学担任着牛顿曾经就位多年的重要教职，被世界公认为是继爱因斯坦后最杰出的理论物理学家之一，是对20世纪人类观念产生了重大影响的人物。
5、理论实验双料物理学家举例：牛顿与费米
在整个科学史上，牛顿被认为是最伟大的科学家，因为他是一个真正集实验科学家、理论科学家和数学家三位一体的人物。
牛顿的理论贡献最辉煌的成就是万有引力定律的发现。他认为太阳吸引行星，行星吸引行星，以及吸引地面上一切物体的力都是具有相同性质的力，还用微积分证明了开普勒定律中太阳对行星的作用力是吸引力，证明了任何一曲线运动的质点，若是半径指向静止或匀速直线运动的点，且绕此点扫过与时间成正比的面积，则此质点必受指向该点的向心力的作用，如果环绕的周期之平方与半径的立方成正比，则向心力与半径的平方成反比。牛顿还通过了大量实验，证明了任何两物体之间都存在着吸引力，总结出了万有引力定律。牛顿的理论贡献得益于数学。在同一时期哈雷和胡克等科学家都在探索天体运动奥秘，其中以胡克较为突出，他早就意识到引力的平方反比定律，但他缺乏象牛顿那样的数学才能，不能得出定量的表示。
1687年，牛顿出版了代表作《自然哲学的数学原理》，这是一部力学的经典着作。牛顿在这部书中，从力学的基本概念（质量、动量、惯性、力）和基本定律（运动三定律）出发，运用他所发明的微积分这一锐利的数学工具，建立了经典力学的完整而严密的体系，把天体力学和地面上的物体力学统一起来，实现了物理学史上第一次大的综合。
牛顿的实验才能表现在光学方面。他利用三棱镜试验了白光分解为的有颜色的光，最早发现了白光的组成。他对各色光的折射率进行了精确分析，说明了色散现象的本质。牛顿还提出了光的“微粒说”，认为光是由微粒形成的。他的“微粒说”与后来惠更斯的“波动说”构成了关于光的两大基本理论。此外，他还制作了牛顿色盘和反射式望远镜等多种光学仪器。
牛顿的研究领域非常广泛，他在几乎每个他所涉足的科学领域都做出了重要的成绩。他研究过计温学，观测水沸腾或凝固时的固定温度，研究热物体的冷却律，以及其他一些只有在与他自己的主要成就想比较时，才显得逊色的课题。
在现代科学史上，费米则是理论与实验俱佳的着名科学家，他在现代物理理论和实验物理学方面都有重大贡献。
1925～1926年，费米根据泡利不相容原理，与英国物理学家狄拉克各自导出量子统计中的“费米…狄拉克统计”。1934年，费米开始了史无前例的关于中子引起的核反应的研究，提出热中子的扩散理论。他在用中子轰击铀原子的核反应实验中，得到了一种“新元素”。当时他把这种元素起名为“超铀”元素，首创了β衰变的定量理论，为原子能研究�