现代科学技术概论物理学.ppt

1、现代科学技术概论：物理学anintroductiontomodernscienceandtechnology:physics， 19世纪末20世纪初的物理学革命Physics Revolution in 19C-20C经典物理学的顶点和物理学的危机thezenithandcrisisofclassalphysics，量子力学的奠基者平板支撑老师yori平板支撑说：“这个科学中的一切都被研究，需要填补不重要的空白。” 大多数人认为物理大楼是最终完成的，剩下的工作只是更准确地测量物理常数。经典物理学顶点和物理学危机thezenithandcrisisofclassicalphysics，19世纪末

2、建成经典物理学大厦，物理学晴空中的两朵乌云thephysicalskyobscuredlytwoclouds，1886年美国物理学家迈克尔索在人们当时的观念中，以太网代表绝对静止的参考系统，地球通过以太网在空间中运动，相当于船高速行驶，从正面吹来强烈的以太网风。 这也许是当时物理史上进行过最精密的实验，迈克尔森和莫雷连续观测了数日，但没有观测到以太网的漂移速度，以失败告终。 迈克尔逊莫雷实验的零结果迈克尔逊莫雷体验是很难观测到以太网的绝对运动，这动摇了经典物理学观和古典时空观的基础，物理学晴空中的两朵黑云thephysicalskysobscuredbtwoclouds，在相同的温度下颜色深的

3、物体吸收放射性射线的能力强，如煤对电磁波的吸收比在80左右。 所谓“黑体”，是吸收外部辐射，无任何反射和透射，吸收比为100的理想物体。 黑体辐射和紫外灾害blackbodyradiationandtheultravioletcatastrophe，英吉利物理学家瑞利和物理学家、天文学家金斯认为是能量连续变化的物理量，研究了波长长、温度高时和实验事实比较一致的黑体辐射式但是，根据瑞利金斯公式，在短波长带(紫外光带)下，随着波长的缩短，辐射强度无限增加，但实验数据为零，这一部分的较大偏差称为“紫外灾害”。 物理上有两个晴朗的天空乌云：黑体辐射和紫外灾害blackbodyradiation和ult

4、ravioletcatastrophe物理上晴朗的天空中的两个乌云，迈克尔森莫雷实验，相对论，黑体辐射和紫外灾害，量子力学， 世纪之交的物理学Physics at the turn of century x射线：伦琴巴伦放射性：居里夫妇电子：汤姆森原子结构：卢瑟福量子：平板支撑(Max Planck )相对论：世界图的重建theoryofrelativity : reconstruction 以光速旅行的话，他会看到怎样的世界光景呢？ 电磁波不是像凝固了一样静止着吗？ 如果是那样的话，电动力学就结束了。 电动力学的麦克斯韦方程组，似乎只有绝对静止的参考系以太网参考系成立。 但是，这与牛顿力学遵

5、从的惯用语的等价原理不符点。 所有牛顿定律对所有惯性系统都成立，伽利略恰当地称为相对原理。 他的著名实验是，无论坐在船舱里的人使用什么样的物理实验，那艘船是否对河进行着均一的直线运动，即惯性运动还不确定。但是，电动力学为什么不遵循伽利略的相对原理呢？相对论：重建世界地图theoryofrelativity : reconstructingthepictureoftheworld，伯尔尼专利局的岁月，爱因斯坦关注物理学界的最大地面锋动态1905年是值得科学史记录的一年，这一年，爱因斯坦在德意志物理学年鉴上发表了5篇论文，其中3篇都是划时代的成果。 相对论：世界图重建theoryofrelativ

6、ity : reconstructingthepictureoftheworld，最初的论文发表在物理学年鉴第17卷132-148页，是关于光电效应的。 当时已知金属在光的照射下会发射电子。 但奇怪的是，光的强度只与电子的量有关，不能增大电子的发射能量。 关于这一点，经典物理学无法说明。 爱因斯坦大胆地推广了德意志物理学家平板支撑迄今提出的量子观点，指出光是由一定能量的光量子构成的。 这些个的光量子激发金属内部的电子，而且只有一定能量的光量子被金属吸收，激发一定能量的电子。 这说明了光电效应。 在这篇论文中爱因斯坦获得了1921年的诺贝尔物理奖。 相对论：世界图重建theoryofrelati

7、vity : reconstructingthepictureoftheworld，第二篇论文发表在物理学年鉴第17卷549-560页，是关于布朗运动的。 布朗运动是1827年英吉利的植物学家布朗发现的显微镜下花粉粒的不规则运动，不能进行有日子说明。 分子运动论确立后，布朗运动是从许多分子不规则运动的观点来说明的。 爱因斯坦在数学上详细地解决了这个问题。 最伟大的成就是第三篇论文论动体的电动力学，刊登在物理学年鉴第17卷第89l-921页上。 在这篇论文中，爱因斯坦提出了他世界著名的相对理论相对论。 这是他多年来考虑以太网和电动力学问题的结果。 他以并发性的相对论作为突破口，确立新的时间和空间

8、理论。 基于新的时空理论以完整的形式提供运动物体的电动力学。 关于动物的电动力学，记载于物理学年鉴第17卷89l-921页。 狭义相对论(1905，Special Relativity ) :惯性参照系等效：并发性的相对光速为广义相对论(1913，General Relativity ) :引力质量=惯性质量，等价原理火箭试验(升降机实验) 相对论：世界地图重建theoryofrelativity : reconstructingthepictureoftheworld相对论：世界图重建theoryofrelativity : reconstructingthepictureoftheworl

9、 狭义相对论(1905，Special Relativity ) :相对论：世界图的重建theoryofrelativity : reconstructingthepictureoftheworld，狭义相对论(1905，Special Relativity ) :世界图的重建相对论：重建世界地图theoryofrelativity : reconstructingthepictureoftheworld，狭义相对论(1905，Special Relativity ) :3 .孪生兄弟有佯谬的孪生子兄弟，其中一人超越了宇宙飞船结果，旅行者回到地球后，我们发现他比在地球上的兄弟还年轻。 但是，从

10、我们是宇宙飞船的兄弟的立场来看，旅行者在宇宙飞船中看到地球高速离开他，又会出现高速返回的不符点结果。 因为他可以认为地球上的兄弟是移动表，所以他的兄弟受到时间的膨胀而不是自各儿的影响。 相对论：重建世界图theoryofrelativity : reconstructingthepictureoftheworld，狭义相对论(1905，Special Relativity ) :4.4维时空(4D space-time )，经典力学为时间和在相对论中，时间坐标和空间坐标通过洛伦兹变换进行了密切相关，时间和空间实际上构成了密切相关的不可分割的统一。 相对论：世界图的重建theoryofrelat

11、ivity : rconstructingthepictureoftheworld，狭义相对论(1905，Special Relativity ) :6 .质量方程式(Mass-energy equivalence ) 由于物体的质量随其运动速度的增加而增加，质量是动量和速度之比，可以建立质量和能量之间的内在关系， 即质量能源关系式：相对论：世界景观的重建theoryofrelativity : rconstructicronstructingthepictureoftheworld，广义相对论(1913) generalrelativity:1905年以处于自由下落状态的观察者的理想实验为出

12、发点，从1907年开始探索对于引力的相对理论。 经过多次弯路和失误后，1915年11月在普鲁士科学院发言，其内容是著名的爱因斯坦重力场方程。 该方程描述了时空中的物质如何影响周围时空的几何学，成为爱因斯坦广义相对论的核心。 广义相对论是爱因斯坦在1916年发表的几何语言中描述的引力理论，表现了现代物理学中引力理论研究的最高水平。 广义相对论将经典牛顿的万有引力定律纳入狭义相对论的框架，并在此基础上应用等价原理而建立。 在广义相对论中，重力被描述为时空的几何属性(曲率)，并且该时空的曲率与时空中的物质和放射性射线的能量动量张量直接相关，其关联方式是爱因斯坦的引力场方程(一个二阶非线性偏微分方程群

13、)。 相对论：重建世界地图theoryofrelativity : rconstructingthepictureoftheworld，广义相对论(1913，General Relativity ) :正在加速火箭地面(左)和地球(右)其中的观测相对论：重建世界图theoryofrelativity : rconstructingthepictureoftheworld，广义相对论(1913，General Relativity ) :6 .重力质量=惯性质量，等价原理广义相对论是用爱因斯坦1916年发表的几何语言描述的重力理论，代表了现代物理学中重力理论研究的最高水平。 广义相对论将经典牛顿的万有引力定律纳入狭义相对论的框架，并在此基础上应用等价原理而建立。 在广义相对论中，重力被描述为时空的几何属性(曲率)，并且该时空的曲率与时空中的物质和放射性射线的能量动量张量直接相关，其关联方式是爱因斯坦的引力场方程(一个二阶非线性偏微分方程群)。 广义相对论是爱因斯坦在1916年发表的几