物理学发展与人类文明.ppt

物理学与人类文明,威远县龙会中学余晓东,物理学的定义,物理（Physics）全称物理学。欧洲“物理”一词的最先出自古希腊文，原意是指自然，古希腊时期出现了阿基米德、苏格拉底等一批早期科学家。古代时的欧洲人称呼物理学作“自然哲学”。从最广泛的意义上来说即是研究大自然现象及规律的学问。汉语、日语中“物理”一词起自于明末清初科学家方以智的百科全书式著作物理小识。,物理学（英语：Physics）是一种自然科学，主要研究的是物质，在时空中物质的运动，和所有相关概念，包括能量和作用力。更广义地说，物理学是对于大自然的研究分析，目的是为了要明白宇宙的行为。,物理学是最古老的学术之一。在过去两千年，物理学与哲学，化学等等经常被混淆在一起，相提并论。直到十六世纪科学革命之后，才单独成为一门现代科学。 现在，物理学已成为自然科学中最基础的学科之一。物理理论通常是以数学的形式表达出来。经过大量严格的实验验证的物理学规律被称为物理定律。然而如同其他很多自然科学理论一样，这些定律不能被证明，其正确性只能靠着反复的实验来检验。,物理学研究领域,1.凝聚态物理 2.原子，分子和光学物理 3.高能/粒子物理 4.天体物理,核心理论,1经典物理学 2现代物理学,经典物理学,由伽利略(15641642)和牛顿(16421727)等人于17世纪创立的经典物理学，经过18世纪在各个基础部门的拓展，到19世纪得到了全面、系统和迅速的发展，达到了它辉煌的顶峰。到19世纪末，已建成了一个包括力、热、声、光、电诸学科在内的、宏伟完整的理论体系。特别是它的三大支柱经典力学、经典电动力学、经典热力学和统计力学已臻于成熟和完善，不仅在理论的表述和结构上已十分严谨和完美，而且它们所蕴涵的十分明晰和深刻的物理学基本观念，对人类的科学认识也产生了深远的影响。,伽利略（经典物理学的代表人物）,出生日期： 公历1564年2月 25日 逝世日期： 1642年1月8日 职业： 天文学家，物理学家， 数学家 毕业院校： 比萨大学,牛顿,牛顿（经典物理学代表人物）,现代物理学的建立,在十九世纪末二十世纪初，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观念受到巨大的冲击，经典物理发生了“严重的危机”。由此引起了物理学的一场伟大的革命。爱因斯坦创立了相对论；海森堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。现代物理学诞生了！,1927年索尔维会议 （现代物理学杰出人物） 摄影：Benjamin Couprie于比利时布鲁塞尔索尔维国际物理研究所,物理学与数学,物理与数学相辅相成数学是研读物理必备的工具，这包括几何、代数、微积分等等。应用这些数学工具，物理学者可以从物理定律推导与演算出很多有意思的结果。例如，1912年，图利奥勒维奇维塔（Tullio Levi-Civita）获知阿尔伯特爱因斯坦在探索引力的相对性理论中，遇到一些挫折，他力劝爱因斯坦学习张量微积分。爱因斯坦采纳了勒维奇维塔的建议，勤学张量微积分，他成功地于1915年创建了广义相对论。,物理学与数学,成为推导与演算的优良工具并不是数学在物理学裏的主要角色，数学还扮演了一个更关键的角色：数学是一种抽象语言，能够精准的表述物理定律。实际而言，物理定律必须先用数学语言来表述，然后才能将数学工具的功能发挥至极。伽利略在1622年著作分析者（Il Saggiatore）裏提到，数学是大自然表达其内涵所用的语言，假若弃之不用，则无法了解大自然的任何一句话。物理学依赖数学来给出准确的公式、准确或近似的解答、定量的结果或预测。理查费曼在著作物理之美（The Character of Physical Law）裏也有类似地表示，不知道数学的人很难真正地理解大自然的美，尤其是最深刻的自然之美假如你想知道任何有关大自然的事物，或者想鉴赏大自然，就必须了解大自然所用的语言。,物理学与人类文明,1、 在牛顿力学和万有引力定律的基础上发展起来的空间物理，能把宇宙飞船送上太空，使人类实现了飞天的梦想。也使中国人“九天揽月”成为可能。（20015年我们国家要登月，那时就是神州7号）（登陆火星）,中国酒泉 卫星发射,中国神舟发射,天宫一号发射,1997年10月，重六吨的“卡西尼”号星际探测器发射到飞往土星的轨道,“卡西尼”探测器11月27日拍摄的土星北极地区神秘六边形风暴,物理学与人类文明,2、 带电粒子在电场磁场中的偏转的规律在科学技术中的应用。电视机显像管等。（学完带电粒子在电场磁场中的偏转会了解）,欧洲加速器,物 理 学 应 用 科 学 技 术,物理学与航天,物理学与医学,物理学与军事,物理学与交通,物理学与纳米技术,物理学与生命技术,1、航天与空间技术 在牛顿力学和万有引力定律的基础上发展起来的空间物理，能把宇宙飞船送上太空，使人类实现了飞天的梦想。,航天飞机,宇宙空间站,1969,人类登上月球,1969年7月20日，阿姆斯特朗与奥尔德林成为了首次踏上月球的人类。阿姆斯特朗扶着登月舱的阶梯踏上了月球，说道：“这是我个人的一小步，但却是全人类的一大步(Thats one small step for a man, one giant leap for mankind.),嫦娥一号于2007年10月24日，在西昌卫星发射中心由“长征三号甲”运载火箭发射升空。嫦娥一号发射成功，中国成为世界上第五个发射月球探测器的国家。,嫦娥一号,嫦娥奔月,2、带电粒子在电场磁场中的偏转在科技中的应用。 电视机显像管,3、放射线的应用 医疗上的放疗。在医疗上还有很多，如用于治疗脑瘤的刀。如核磁共振，超声波，X光机等。,X线摄片、CT、磁共振成像可称为三驾马车，三者有机地结合，使当前影像学检查既扩大了检查范围，又提高了诊断水平。,4、微电子技术:半导体芯片、电子计算机。,半导体芯片,5、激光。激光物理的进展使激光在制造业、医疗技术和国防工业中的得到了广泛的应用。大家熟悉的微机光盘就是用激光读的。光导纤维等。,现代通信,光导纤维,6、超导。磁悬浮列车等。,纳米机器人只有细胞般大,8、生命科学的发展也离不开物理学。 利用X射线衍射的方法成功地测定了DNA的双螺旋结构。,1951年，沃森到克里克所在的卡文迪什实验室，在威尔金斯等的X射线衍射分析资料的基础上，于1953年提出DNA双螺旋分子结构模型,二 物 理 学 与 社 会 进 步,第一次产业革命,第二次产业革命,第三次产业革命,18世纪到19世纪,物理学家建立了热力学理论和分子物理，发现了能量转换和能量守恒定律后，开始探索用内能转化为机械能的方法来代替人力和畜力。 这一伟大的发现，是以瓦特发明蒸汽机为代表的。蒸汽动力的应用，使许多大型厂矿应运而生。 蒸汽机的发明，直接推动了第一次工业革命。,瓦特改良的蒸汽机,19世纪中期欧洲 农业化机械已普遍使用,1807年 克莱蒙特号 蒸汽船,19世纪，以库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯韦等为代表的物理学家建立了电磁学理论。 电磁技术的应用，引发了第二次工业革命。使人类进入电气时代。现在，电已经深入到人们的生产、生活的方方面面。,20世纪70年代，微观物理方面取得重大突破，开创了微电子工业，使世界开始进入了以电子计算机应用为特征的信息时代。这是第三次产业革命。 可以说社会的每一次巨大的进步都是在物理学发展的基础上完成的。没有物理学的发展就没有人类社会和文明的巨大进步。,原子弹爆炸,氢弹爆炸,物理学的发展引发了一次又一次的产业革命，推动着社会和人类文明的发展。可以说社会的每一次大的进步都与物理学的发展紧密相连。,18世纪中叶，在热学发展的基础上发明并改进了蒸汽机蒸汽机的使用是第一次产业革命。 1840年，法