物理与艺术第10讲：量子风云录（课堂PPT）

物理与艺术(Art&Physics),南京航空航天大学理学院,施大宁,shi,1,物质结构量子图像波粒两重性不确定原理抽象派艺术,第十讲量子风云录：量子图景/抽象主义,2,对量子理论不感到吃惊的人根本就没有真正理解它。玻尔（NielsBohr，1885-1962）,艺术并不描绘可见的东西，而是把不可见的东西创造出来。克利（PaulKlee，1879-1940）,3,“一尺之捶，日取其半，万世不竭”庄子,1830年道尔顿（JohnDalton，1766-1844）的科学原子论对微观世界科学认识的开端,德漠克利特(Democritus）的哲学原子论古希腊哲学第一个伟大时期的最高峰。,1867年门捷列夫（D.I.Mendeleev1836-1907）的元素周期律,一、物质结构,门捷列夫,4,世纪之交三大发现：,X射线（1895）,第一位诺贝尔奖获得者伦琴（W.K.Roentgen,18451923),一、物质结构,5,死与火（克利，1940）,“我们四周的客观世界并不是惟一可能的世界，还有其他的世界，潜在着。”,一、物质结构,6,放射性（1896）,一、物质结构,7,“建造一切化学元素的物质。”,电子的发现（1897）,e/m=1011,图像：一个带电的微小粒子,汤姆逊（J.J.Thomson，1856-1940）,一、物质结构,8,下一个待解决的问题是原子结构：,经典的蛋糕葡萄干模型:,卢瑟福散射实验,矛盾！,一、物质结构,9,卢瑟福（ErnestRutherford，1871-1937）,氢原子线状光谱:,一、物质结构,10,1913年玻尔的氢原子量子理论：电子运动轨道的“量子化”,玻尔（N.Bohr,1885-1962）亲自设计的家徽,一、物质结构,11,纽曼（BarnettNewman，1905-1970）的“Zip”风格绘画纽曼绘画的标示物。,一、物质结构,12,不知道纽曼自己是否理解他的“拉链”，至少他的表现形式受到了艺术界和观赏者的认同。,在艺术评论家那里，这道“拉链”经常被比作上帝原初的创造行为；被比作光明与黑暗的分离；被比作亚当的形体等等,崇高的半人半神（VirHeroicusSublimus）（1951),一、物质结构,13,红、黄、蓝(1957),第三(1962),一、物质结构,纽曼的绘画让人感受到色彩的张力，试图通过对色彩的分析来表现对自然和精神的敬畏。,14,天堂(1951),亚当(1951),夏娃(1950),第一天(1970),一、物质结构,15,物质的波粒二重性,光辐射的量子化,光传播的量子化,不确定原理,物质波的方程,物质波的解释,原子结构的量子化,二、量子图像,16,德布罗意大胆假设：任何实物粒子都具有波粒二重性。,二、量子图像,德布罗意（LouisdeBroglie,1892-1987）,17,圆柱就是“圆柱”,二、量子图像,18,粒子性,波动性,光子就是“光子”,二、量子图像,19,二、量子图像,人们经常使用“双重影象”来帮助理解微观粒子波粒二重性,少女？,老妇？,20,巨人时代（马格里特，1928）,二、量子图像,矛盾的组合体：男人还是女人？遭袭还是被袭？是躯体还是头颅？,马格里特在许多作品中惯用的表现手法“矛盾的组合体”,21,二、量子图像,浮现在海岸边的面孔与水果盘（达利，1938）,达利在许多作品中惯用的表现手法“双重影象”,22,戴维孙-革末实验,二、量子图像,戴维森与革末(C.J.Davisson,1881-1958)(L.H.Germer,1896-1971),23,汤姆逊（G.P.Thomson，1892-1975）,二、量子图像,24,二、量子图像,歌（诺兰，1958）,靶子和四张脸（约翰斯，1955）,25,二、量子图像,靶子（约翰斯，1955）,26,二、量子图像,方块上的同心圆（康定斯基，1913）,27,二、量子图像,方块上的同心圆（康定斯基，1913）,28,波粒二重性导致粒子轨道不确定性,不确定原理：,二、量子图像,海森伯（WernerKarlHeisenberg，1901-1976）,29,二、量子图像,颜色？,数目？,30,庄园（局部，康斯特布尔，1816）,康斯特布尔（J.Constable，1776-1837)和透纳（J.M.W.Turner,1775-1851)是英国同时代、最具有创造力的风景画大师。,这是一个确定的世界,二、量子图像,31,船抵威尼斯（透纳，1843）,无视的现实莫测的变化光色的魅力模糊的世界,二、量子图像,32,量子方程最终确定粒子在空间出现的几率,二、量子图像,薛定谔(ErwinSchrodinger,1887-1961),玻恩(M.Born1882-1970),微观粒子满足的波动方程薛定谔方程,隧道效应,33,二、量子图像,隧道效应的视觉想象：,34,二、量子图像,ScanningTunnelingMicroscopy（STM）技术,35,二、量子图像,不可视的世界可视化,用STM针尖将48个铁原子排成圆圈，电子无法逃出围栏，从而在栏内形成同心圆状的驻波。,36,二、量子图像,量子艺术（QuantumArt）艾立克赫勒（EricHeller）,哈佛大学著名的量子论专家,Thisimageshowselectronwavesresonatinginacavityformedbythecurvedandstraightbarriers,37,二、量子图像,TheflowofelectronsthroughasemiconductorgateformthebasisforthisprintbyEricHeller,ElectronsflowintwodimensionsformthebasisforthisprintbyEricHeller,38,二、量子图像,玻尔与爱因斯坦的论战：1927年第五次索尔维会议,爱因斯坦,洛伦兹,居里夫人,普郎克,郎之万,狄拉克,薛定谔,德布罗意,泡利,海森伯,玻恩,玻尔,德拜,布拉格,埃仑费斯特,布里渊,康普顿,39,二、量子图像,1905年，爱因斯坦，26岁（光量子理论）,1913年，玻尔，28岁（氢原子理论）,1923年，德布罗意，31岁（相波）,1925年，海森伯，24岁（不确定关系）,1925年，泡利，25岁（不相容原理）,1927年，狄拉克，25岁（相对论量子力学）,1925年，薛定谔，36岁（薛定谔方程）,1925年，乌仑贝克25岁古兹密特，23岁（电子自旋）,1926年，费米，25岁（量子统计）,光阴迅逝风华难驻转瞬即过而立年空悲切,狄拉克（PaulDirac1902-1984）,40,1930年爱因斯坦第六次索尔维会议上提出著名著名的光子箱实验，使玻尔大吃一惊。,二、量子图像,41,二、量子图像,玻尔经过一个不眠之夜的思考，找出了爱因斯坦的破绽,以其人之道还治其人之身,忽略引力红移,42,1866出生1896开始作画1910第一幅抽象派作品1922包豪斯美术学院1939获法国美术界承认194478岁病逝于法国。,今天，作为抽象绘画最伟大创始者而得到广泛认可的康定斯基（W.Kandinsky，1866-1944），以新的绘画语言概念，在20世纪掀起了立体主义之后的一场艺术上的革命。二十世纪美术词典对抽象主义的定义：“举凡艺术都是一种抽象，许多抽象的艺术必然在观众的眼中和心灵中造成具体物象的联想。20世纪抽象艺术的概念，乃是指不造成具体物象联想的艺术，它不探求其他视觉经验。”,三、抽象主义艺术,43,第一幅抽象水彩（康定斯基,1910）标志着欧洲美术发展史上对客观形象的最后突破，以及一种取而代之的非具象形式的诞生。,三、抽象主义艺术,44,三、抽象主义艺术,即兴21a（康定斯基,1911）从具象走向抽象不是一夜之间的事情,即兴是指突然间、无意识的发自于精神内部的图像。,45,构造4（康定斯基,1911）,“构造”主要是将从精神内部而来的东西有意识、经过深入思考的图像。,三、抽象主义艺术,46,构造X（康定斯基,1938）,三、抽象主义艺术,47,三、抽象主义艺术,震动（康定斯基，1925）,构造8（康定斯基，1923）,康定斯基的著作点、线、面的艺术实践,48,三、抽象主义艺术,“热抽象”色彩的抽象；“冷抽象”几何的抽象,红、黄、蓝构图（蒙德里安，1925）,红、黄、蓝正方形构图（蒙德里安，1930）,49,百老汇爵士乐（蒙德里安，1942）,三、抽象主义艺术,“只有抽象形式，才能避免个别性和特殊性，获得人类公通的纯粹精神表现”,50,三、抽象主义艺术,观鱼乐有余，方知我非鱼。自然