E从牛顿到爱因斯坦PPT课件

.,Page1,2005国际物理年,1905年，爱因斯坦先后发表了5篇具有划时代意义的论文，为相对论、量子论等物理学领域奠定了基础，为纪念这一奇迹年100周年，全球物理学界一致呼吁将2005年定为“国际物理年”。,.,Page2,2005国际物理年,该倡议首先由欧洲物理学会（EPS）在2000年“第三届世界物理学会年会”上提出；2002年，得到国际纯粹与应用物理联合会（IUPAP）第24次全体大会的一致通过；在2003年召开的联合国教科文组织（UNESCO）全体会议第32次会议上，表决通过了支持2005年为国际物理年的决议；2004年6月10日，联合国大会召开第58次会议，会议鼓掌通过了2005年为“国际物理年”的决议。,.,Page3,AlbertEinstein(18791955),爱因斯坦是现代物理学的开创者和奠基人。1879年3月14日生于德国的乌尔姆，1955年4月18日卒于美国的普林斯顿。爱因斯坦1900年毕业于瑞士苏黎世联邦工业大学，毕业后即失业。在朋友的帮助下，才在瑞士联邦专利局找到工作。1905年获苏黎世大学博士学位。1909年任苏黎世大学理论物理学副教授，1911年任布拉格大学教授，两年后任德国威廉皇家物理研究所所长、柏林大学教授，当选为普鲁士科学院院士。1932年受希特勒迫害离开德国，1933年10月定居美国。爱因斯坦在物理学的许多领域都有贡献，比如研究毛细现象、阐明布朗运动、建立狭义相对论并推广为广义相对论、提出光的量子概念，并以量子理论完满地解释光电效应、辐射过程、固体比热，发展了量子统计。并于1921年获诺贝尔物理学奖。,.,Page4,因为爱因斯坦在我们小小的地球上生活过，我们这颗蓝色的地球就比宇宙的其他部分有特色、有智慧、有人的道德。李政道,.,Page5,爱因斯坦照片,.,Page6,爱因斯坦的幸运年,对于爱因斯坦来说，1905年是不寻常的一年；而对于科学的历史与未来而言，1905年也是不可思议的年份。从6月到12月，在这短短6个月间，26岁的爱因斯坦以五篇论文改变了人们对自然的理解，也一举奠定了其作为20世纪最伟大科学家的地位。,.,Page7,爱因斯坦的5篇论文,关于光的产生和转化的一个启发性观点：讨论光量子以及光电效应。（6月）分子大小的新测定：推导出计算扩散速度的数学公式。关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动：提供了原子确实存在的证明。（7月）论动体的电动力学：提出时空关系新理论，被称为“狭义相对论”。（9月）物体的惯性是否决定其内能：建立在狭义相对论基础上，表明质量和能量可互换，后来推出最著名的科学方程：E=mc2。（11月）,.,Page8,19世纪末的物理学状况,物理学发展到19世纪末期，可以说是达到相当完美、相当成熟的程度。一切物理现象似乎都能够从相应的理论中得到满意的回答。力学一切力学现象原则上都能够从经典力学得到解释，牛顿力学以及分析力学已成为解决力学问题的有效的工具。,.,Page9,19世纪末的物理学状况,光学波动说替代微粒说热学热质说被推翻气体定律被建立热力学定律被建立能量守恒定律,.,Page10,19世纪末的物理学状况,电磁学19世纪被称为电的世纪1799年伏打发明电池1819年奥斯特发现电流能够产生磁场（标志着电磁学的开端）1826年欧姆定律被建立1831年法拉第发现电磁感应定律1873年麦克斯韦发表著作论电和磁，建立了电动力学,.,Page11,19世纪末的物理学状况,以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理大厦在19世纪已经建成，而且基础牢固，宏伟壮观！“物理学已经无所作为，往后无非在已知规律的小数点后面加上几个数字而已。”GR基尔霍夫,.,Page12,“物理学的晴空上出现了两朵乌云”,19世纪的最后一天，欧洲著名的科学家欢聚一堂。会上，英国著名物理学家W汤姆生（即开尔文勋爵）发表了新年祝词。他在回顾物理学所取得的伟大成就时说，物理大厦已经落成，所剩只是一些修饰工作。,.,Page13,“物理学的晴空上出现了两朵乌云”,同时，他在展望20世纪物理学前景时，却若有所思地讲道：“动力理论肯定了热和光是运动的两种方式，现在，它的美丽而晴朗的天空却被两朵乌云笼罩了，”“第一朵乌云出现在光的波动理论上，”“第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上。”,.,Page14,第一朵乌云迈克耳逊莫雷实验与“以太”说破灭,人们知道，水波的传播要有水做媒介，声波的传播要有空气做媒介，它们离开了介质都不能传播。太阳光穿过真空传到地球上，几十亿光年以外的星系发出的光，也穿过宇宙空间传到地球上。光波为什么能在真空中传播？它的传播介质是什么？物理学家给光找了个传播介质“以太”。,.,Page15,但是，肯定了“以太”的存在，新的问题又产生了：地球以每秒30公里的速度绕太阳运动，就必须会遇到每秒30公里的“以太风”迎面吹来，同时，它也必须对光的传播产生影响。这个问题的产生，引起人们去探讨“以太风”存在与否。,.,Page16,为了观测“以太风”是否存在，1887年，迈克耳逊（AAMichalson，18521931）与美国化学家、物理学家莫雷（EWMorley,18381923）合作，在克利夫兰进行了一个著名的实验：“迈克耳逊莫雷实验”，即“以太漂移”实验。实验结果证明，不论地球运动的方向同光的射向一致或相反，测出的光速都相同，在地球同设想的“以太”之间没有相对运动。因而，根本找不到“以太”或“绝对静止的空间”。由于这个实验在理论上简单易懂，方法上精确可靠，所以，实验结果否定“以太”之存在是勿庸置疑的。,.,Page17,迈克耳逊一莫雷实验使科学家处于左右为难的境地。他们或者须放弃曾经说明电磁及光的许多现象的以太理论。如果他们不敢放弃以太，那末，他们必须放弃比“以太学”更古老的哥白尼的地动说。经典物理学在这个著名实验面前，真是一筹莫展。,.,Page18,第二朵乌云黑体辐射与“紫外灾难”,在同样的温度下，不同物体的发光亮度和颜色（波长）不同。颜色深的物体吸收辐射的本领比较强，比如煤炭对电磁波的吸收率可达到80左右。所谓“黑体”是指能够全部吸收外来的辐射而毫无任何反射和透射，吸收率是100的理想物体。真正的黑体并不存在，但是，一个表面开有一个小孔的空腔，则可以看作是一个近似的黑体。因为通过小孔进入空腔的辐射，在腔里经过多次反射和吸收以后，不会再从小孔透出。,.,Page19,19世纪末，卢梅尔（Lummer18601925）等人的著名实验黑体辐射实验，发现黑体辐射的能量不是连续的，它按波长的分布仅与黑体的温度有关。从经典物理学的角度看来，这个实验的结果是不可思议的。,.,Page20,怎样解释黑体辐射实验的结果呢？当时，人们都从经典物理学出发寻找实验的规律。前提和出发点不正确，最后都导致了失败的结果。例如，德国物理学家维恩建立起黑体辐射能量按波长分布的公式，但这个公式只在波长比较短、温度比较低的时候才和实验事实符合。,.,Page21,英国物理学家瑞利和物理学家、天文学家金斯认为能量是一种连续变化的物理量，建立起在波长比较长、温度比较高的时候和实验事实比较符合的黑体辐射公式。,.,Page22,但是，从瑞利一金斯公式推出，在短波区（紫外光区）随着波长的变短，辐射强度可以无止境地增加，这和实验数据相差十万八千里，是根本不可能的。所以这个失败被埃伦菲斯特称为“紫外灾难”。它的失败无可怀疑地表明经典物理学理论在黑体辐射问题上的失败，所以这也是整个经典物理学的“灾难”。,.,Page23,爱因斯坦的假设,相对性原理所有惯性系都是平权的，在它们之中所有的物理规律都一样。光速不变原理在所有的惯性系中测量到的真空光速c都是一样的。,.,Page24,同时性的相对性,同一对事件，在某