第25課　現(xiàn)代科學(xué)革命 (3)

1、 2016年2月11日，LIGO科學(xué)合作組織和Virgo合作團(tuán)隊宣布，他們利用高級LIGO探測器，首次探測到了來自于雙黑洞合并的引力波信號。 這一發(fā)現(xiàn)轟動了世界，隨后，全球掀起了討論引力波的熱潮。 這之后，瑞典皇家科學(xué)院宣布，2017年的諾貝爾物理學(xué)獎，將授予三位引力波探測計劃的重要科學(xué)家。 當(dāng)這個消息傳來時， 人們不禁想起了最早預(yù)言引力波存在的那個科學(xué)理論相對論，還有那位站在科學(xué)神壇上的巨人愛因斯坦。 第25課 現(xiàn)代科學(xué)革命課程標(biāo)準(zhǔn)：知道相對論、量子論的主要內(nèi)容，認(rèn)識其意義。經(jīng)典物理學(xué)的危機 17世紀(jì)，牛頓力學(xué)創(chuàng)立后，在工業(yè)革命的推動下，人類文明以前所未有的速度發(fā)展。到19世紀(jì)末，物理學(xué)已經(jīng)

2、發(fā)展到相當(dāng)成熟的程度，人們相信，一切自然現(xiàn)象都能夠從經(jīng)典物理學(xué)中得到解釋，物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展至完備階段。同時，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)力的進(jìn)步，也給人提供了更為先進(jìn)的觀測工具和研究工具，物理學(xué)的研究一邊擴(kuò)展到整個宇宙，一邊深入到物質(zhì)內(nèi)部的微觀世界。 先進(jìn)的工具給科學(xué)家?guī)砹艘馔獾男掳l(fā)現(xiàn)：X射線，放射性，電子。這三大發(fā)現(xiàn)顛覆了此前認(rèn)為原子不可再分、不會變化的觀念，使人們的認(rèn)識開始深入到原子世界的內(nèi)部?？僧?dāng)物理學(xué)家們興致勃勃地運用經(jīng)典物理學(xué)來研究這些微觀粒子的運動規(guī)律時，卻感到驚詫莫名、疑惑不解。例如，放射性現(xiàn)象是原子核自發(fā)地放射出粒子束（同時原子核發(fā)生變化，變成另一種原子核）的現(xiàn)象，而經(jīng)典電磁學(xué)（研究電

3、磁現(xiàn)象）、經(jīng)典電動力學(xué)（研究電磁場和帶電物質(zhì)的相互作用）和熱力學(xué)（研究物體運動與其內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化，其中一個定律是物體內(nèi)部熱量會從溫度高的地方流向溫度低的地方）都無法作出解釋。又比如，行星在繞恒星運動的時候，都有固定的軌道。但是，電子在繞原子核運動的時候，卻是雜亂無章，沒有固定的軌道。牛頓力學(xué)能夠描述星體運動的軌道，卻無法描述電子運動的軌道。在這些新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象面前，經(jīng)典物理學(xué)破產(chǎn)了。 災(zāi)難還不止于此，物理學(xué)的晴空上還漂浮著兩朵漆黑的、令物理學(xué)家們苦惱的烏云。 第一朵烏云是以太假說的破滅。 波是振動的傳播。聲波和水波都是某物質(zhì)發(fā)生了振動，然后帶動周圍的物質(zhì)一起振動，借助介質(zhì)的振動而進(jìn)行傳播的波動。

4、物理學(xué)家們便以此為基礎(chǔ)推論，光也是一種波，光波在宇宙中傳播，也必須得借助某種介質(zhì)。他們便把這種假想中的介質(zhì)稱之為“以太”，一種滿布在宇宙中的、非常小的彈性球。部分科學(xué)家對以太進(jìn)行研究，由此產(chǎn)生了以太學(xué)說。 物理學(xué)家思索：聲波在空氣中傳播，如果受聲體以一定速度向發(fā)聲體接近或者遠(yuǎn)離，受聲體就會遭受空氣的沖擊（感覺到風(fēng)），同時受聲體所測的聲速將會增加或者減少。同理類推，光在以太中傳播，如果地球以一定速度向太陽接近或者遠(yuǎn)離，地球就會遭受以太的沖擊（感覺到以太形成的風(fēng)），同時地球所測的光速將會增加或者減少。 為了檢驗這個理論，邁克耳遜和莫雷進(jìn)行了以太漂移實驗。他們先假設(shè)以太的存在，因為地球以每秒30公里

5、的速度繞太陽運動，那么，地球就必然會遭受到每秒30公里的以太風(fēng)的沖擊。但是，實驗并沒有檢測到以太風(fēng)，而且不管地球是朝向太陽運動還是背離太陽運動，所測的光速都是相同的。這就否定了以太的存在，以太學(xué)說就此破產(chǎn)。 在這些新發(fā)現(xiàn)面前，經(jīng)典物理學(xué)陷入了危機，物理學(xué)面臨著一場革命，急需創(chuàng)出新的理論，以解釋傳統(tǒng)物理學(xué)無法解釋的問題。想一想：相對論和量子理論產(chǎn)生的背景是什么？為什么經(jīng)典物理學(xué)會出現(xiàn)危機？ 19世紀(jì)末，物理學(xué)上出現(xiàn)了一系列新的發(fā)現(xiàn)，而這些新發(fā)現(xiàn)無法用經(jīng)典物理學(xué)來解釋。 19世紀(jì)末，科學(xué)技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，物理學(xué)的研究深入到物質(zhì)內(nèi)部的微觀世界，并同時擴(kuò)展到整個宇宙，因此發(fā)現(xiàn)了一些過去沒有發(fā)現(xiàn)過的

6、、與經(jīng)典物理學(xué)相矛盾的新現(xiàn)象。 經(jīng)典物理學(xué)自身的局限性。相對論 當(dāng)物理學(xué)家正在為光速的恒定不變和以太的不存在而困惑苦惱的時候，1905年，年僅26歲的愛因斯坦，大膽地摒棄了光的波動說和微粒說之間的分歧（當(dāng)時是波動說占了上風(fēng)），提出了光量子假說：光和原子電子一樣也具有粒子性，光就是以光速C運動著的粒子流。 光量子假說在事實上統(tǒng)一了光的波動說和微粒說，建立了光的波粒二象性，完美地解釋了在以太不存在的前提下，光也能在宇宙空間中傳播的事實，同時也解決了物理學(xué)界的一大難題光電效應(yīng)現(xiàn)象（當(dāng)波長較短的光照射金屬表面時，金屬中便有電子逸出，而波長較長的光則不能）。 光量子假說在物理界引起巨大震動，但更大的震動

7、在后頭。也是在這一年，愛因斯坦發(fā)表了論動體的電動力學(xué)，正式創(chuàng)立了狹義相對論，后來又創(chuàng)立了廣義相對論。 相對論的基本原理是光速不變原理和相對性原理。 光速不變原理是指光的傳播速度在任何條件下都是不變的，都是299792458米/秒，不管觀測者如何相對于光源運動，光速依然不變，也就是說，光速與任何速度疊加，得到的依然是光速。 舉個例子，現(xiàn)在我們穿著宇航服，靜浮在太空中，在很遠(yuǎn)的地方靜懸著一艘宇宙飛船。宇宙飛船突然打開激光器，向我們射出一道激光。我們檢測到激光的速度是299792458米/秒。隨后，飛船關(guān)閉激光器，然后以二分之一的光速向我們飛來，并再次打開激光器，向我們射出激光。我們檢測后吃驚地發(fā)現(xiàn)

8、，激光的速度仍然是299792458米/秒，沒有一絲一毫的改變。光的速度，并沒有跟飛船的飛行速度疊加在一起，成為二分之三光速。 這個現(xiàn)象說明，光速在真空中的傳播速度是恒定不變的，都是恒定的299792458米/秒。 相對性原理指的是，時間和空間不是絕對的，它們會隨著物質(zhì)運動速度的變化而變化。這在理論上嚴(yán)峻地挑戰(zhàn)了牛頓的經(jīng)典力學(xué)。 牛頓力學(xué)認(rèn)為，時間的流速是恒定的，不管物質(zhì)運動速度如何變化，時間的流速都不會產(chǎn)生變化。例如牛頓第二定律，F(xiàn)=ma（物體受力時會產(chǎn)生加速度，加速度大小與合力大小成正比）。又或者物體在受力一定時，所做的勻變速直線運動，s=v0t + 1/2 at2 。又比如萬有引力公式，

9、F=G m1 m2 / r2。從這些公式可以看出，牛頓認(rèn)為時間、空間、質(zhì)量與速度是各自獨立的，是絕對的、固定的，運動速度的變化，不會對時間、空間和質(zhì)量產(chǎn)生影響。 而愛因斯坦的相對論認(rèn)為，物體運動得越快，時間流動則越慢。舉個例子，若我們乘坐宇宙飛船，在宇宙中運動。當(dāng)宇宙飛船飛行不斷加速，速度接近光速時，奇妙的事情發(fā)生了：我們的血液流動減慢了，呼吸變慢了，大腦思考的速度也變慢了，如果用微觀的視覺來看，還可以看到，我們體內(nèi)的每一個原子所做的無規(guī)則運動都變慢了，原本繞行得很快的電子現(xiàn)在慢得如同蝸牛一般，原子核所做的自旋運動也變得緩慢無比這一切的一切，都在告訴我們一個現(xiàn)象，時間的流速變慢了鐘慢效應(yīng)。 因

10、為時間的減慢，導(dǎo)致了我們新陳代謝速度和思維速度的減慢，所以我們并沒有發(fā)覺時間的減慢。在我們的感覺中，時間如常流動，一如往昔，沒有絲毫改變。 另外，我們也沒能發(fā)現(xiàn)，宇宙飛船的長度竟然變短了，而且我們的身體在順著飛船飛行的方向上也變短了。這是因為宇宙飛船運動的速度太快了，使得飛船內(nèi)部所有原子相互之間的距離，在順著飛船飛行的方向上縮短了尺縮效應(yīng)。 怪異的事情還不止這些，飛船的質(zhì)量莫名其妙地增大了，我們的質(zhì)量也增大了。我們當(dāng)然沒有察覺，但這卻是事實。而由于飛船質(zhì)量的增加，加速的難度也變得越來越大。當(dāng)物體速度臨近光速時，它的質(zhì)量將趨于無窮大，加速所需要的能量，也就趨向無窮大。所以要超越光速，可以說是一個

11、遙不可及的夢想。 相對論問世后，因為其與生活經(jīng)驗相差甚遠(yuǎn)，加上理論本身的深奧晦澀，很多人表示懷疑和反對。 1971年，兩名物理學(xué)家將高精度的2個銫原子鐘分別放在向東和向西飛行的飛機上繞地球飛行，然后與放在美國海軍天文臺的時鐘對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飛機上的鐘比地面上的鐘確實慢了一點點。 愛因斯坦為了驗證相對論的正確性，還作出了三個預(yù)言：水星近日點的運動，光譜線的引力紅移，引力場會使光線偏轉(zhuǎn)。 這三個預(yù)言后來都被科學(xué)家一一證實，尤其是第三個。為了驗證引力場能夠彎曲光線，英國科學(xué)家愛丁頓與英國皇家學(xué)會合作，趁著1919年日食發(fā)生的時機，趕往日食地點拍下了太陽邊緣處的恒星位置照片。半年后的夜晚，愛丁頓在同一

12、位置拍下了同一恒星的照片。他將這些照片進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)那顆恒星的位置的確發(fā)生了變動。明明是同一顆恒星，位置應(yīng)該完全一樣，可兩張照片竟然有1.64角秒的偏差。這只能說明，當(dāng)日食發(fā)生時，此恒星的星光像往常一樣射往地球，可因為旁邊比往常多了個太陽，星光在途徑太陽表面時，被太陽巨大的引力彎曲，偏離了原來的軌道，所以在地面的觀測者看來，其位置就跟往常的位置不一樣。 相對論的出現(xiàn)是物理學(xué)領(lǐng)域的一場偉大革命，不但在很大程度上解決了經(jīng)典物理學(xué)的危機，創(chuàng)立了一個全新的物理學(xué)世界，擴(kuò)展了物理學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域，而且還打破了經(jīng)典物理學(xué)絕對化的思維模式，為人們提供了辯證地看待世界的途徑。想一想：相對論的基本原理是什么？其提出

13、有什么意義？光速不變原理和相對性原理。 相對論的出現(xiàn)是物理學(xué)領(lǐng)域的一場偉大革命，不但在很大程度上解決了經(jīng)典物理學(xué)的危機，創(chuàng)立了一個全新的物理學(xué)世界，擴(kuò)展了物理學(xué)應(yīng)用的領(lǐng)域，而且還打破了經(jīng)典物理學(xué)絕對化的思維模式，為人們提供了辯證地看待世界的途徑。量子理論 在相對論問世之前，有一個與它同樣偉大的理論，先一步來到了世間，那就是量子理論。 說到量子理論，還要從1870年的普法戰(zhàn)爭說起。普法戰(zhàn)爭后，德國完成了國家統(tǒng)一，而法國則被迫割讓擁有豐富鐵礦的阿爾薩斯和洛林兩個省，還要承擔(dān)巨額戰(zhàn)爭賠款。當(dāng)時德國急于從農(nóng)業(yè)國過渡到工業(yè)國，于是大力發(fā)展鋼鐵工業(yè)，因為魯爾區(qū)產(chǎn)煤，又緊靠阿爾薩斯和洛林，便想利用魯爾區(qū)地理

14、優(yōu)勢和戰(zhàn)爭賠款，在魯爾區(qū)大力發(fā)展鋼鐵工業(yè)。 煉鋼的關(guān)鍵是控制爐溫，可問題是，數(shù)千度的爐溫，任何溫度計都會熔化，于是人們只好通過鋼水的顏色（光的顏色），間接地來辨認(rèn)溫度。這就大大促進(jìn)了對熱輻射的研究。 熱輻射是有溫度的物體向外輻射電磁波的現(xiàn)象。當(dāng)物體被加熱，它就會向外輻射電磁波，因為光也是電磁波，所以此時物體會發(fā)光，隨著溫度的升高，光的顏色會從紅變黃，再從黃變藍(lán)白，然后再變成其它顏色?？茖W(xué)家希望通過鋼水的顏色，來測出鋼水的溫度，由于鋼水的顏色就是光的顏色，而光的顏色是由光的波長決定的（不同波長的光粒子連續(xù)轟擊人的視網(wǎng)膜，就會產(chǎn)生顏色），所以科學(xué)家想通過光的波長，來計算溫度。這種根據(jù)光的波長來推算

15、溫度的研究，被稱作黑體輻射研究。 如何通過光的波長來推算溫度？物理學(xué)家犯難了。現(xiàn)實中的物體，一邊吸收著外界射到其身上的電磁波，一邊向外輻射著電磁波。這些向外輻射的電磁波中，只有一部分是由它自身輻射出來的，與它自身的溫度有關(guān)，而另一部分則不是由它自身輻射出來的的，是外界的電磁波射到它身上時，沒能被完全吸收而反射出來的，與它自身的溫度無關(guān)。這樣，我們做實驗時，測量到的物體輻射值，就含有外界電磁波的干擾，測量出來的數(shù)據(jù)，無法準(zhǔn)確反映物體自身輻射的電磁波的波長與其溫度之間的關(guān)系。 要準(zhǔn)確了解電磁波的波長與溫度之間的關(guān)系，就要找到一種理想的物體，它不會反射外界的電磁波，而會完全將之吸收，并將其轉(zhuǎn)化為自己

16、的內(nèi)能，所以其外放的電磁波只與其自身的溫度有關(guān)。 科學(xué)家把這種假想中的理想物體，稱之為黑體。可現(xiàn)實中根本不存在黑體。后來，一個叫維恩的德國科學(xué)家造出了一種無限接近于黑體的實驗器具。他專門設(shè)計了一個小箱，小箱里面是空的并涂成黑色（顏色越深則越容易吸收電磁波），還加裝很多凸起物以加強折射，而小箱頂部則開有一個小孔。小箱可以看成是兩個不同的物體。一個是外箱，它不斷地吸收外界的電磁波，同時又不斷地向外輻射著電磁波。另一個是內(nèi)箱，它從小孔處吸收外界的電磁波，也從小孔處向外輻射出電磁波，因為電磁波射進(jìn)小孔之后很難再反射出來，所以它幾乎能吸收掉所有進(jìn)入小孔的電磁波，并將之轉(zhuǎn)化為自己的內(nèi)能，這樣，它從小孔處輻

17、射出去的電磁波，就完全是自己的電磁波，只與自己的溫度有關(guān)，這就宛如是一個黑體。 我們可以把這個內(nèi)箱簡單地看作是一個“小孔”。這小孔將外界的電磁波完全吸收，而沒有散失，并同時不斷地向外輻射電磁波。這小孔是個黑體。 我們只要從下面加熱這個小箱，研究其上面的小孔射出的光，同時對小箱內(nèi)部的溫度和小孔射出的光進(jìn)行測量，就可以研究光波與溫度之間的關(guān)系。 要研究光波與溫度之間的關(guān)系，首先要建立光波與溫度之間的關(guān)系等式，即光波與溫度之間的函數(shù)方程?？茖W(xué)家從經(jīng)典物理學(xué)的角度來研究熱輻射，熱輻射的實質(zhì)是 物質(zhì)以電磁波的形式向外輻射能量，其輻射出來的能量稱之為輻射能。 物體的輻射能由物體的溫度（T）、輻射電磁波的波

18、長、輻射時間和發(fā)射面積決定的。從這個基本理論出發(fā)，科學(xué)家構(gòu)建了兩個著名的函數(shù)方程。第一個是維恩公式，第二個是瑞利金斯公式 。 維恩從熱力學(xué)的普遍理論出發(fā)，得出了如下圖所示的藍(lán)色曲線。而黑色曲線則是通過對“小孔”所代表的黑體，進(jìn)行研究后（加熱小箱內(nèi)部，測出小箱溫度，并且檢測小孔透出的光，研究其光譜，分析出波長的大?。?，得出的實驗曲線。 我們可以看出，維恩公式導(dǎo)出的藍(lán)色曲線，在表示波長的X軸上，在波長尚小時，能夠與實驗曲線重合，但隨著波長逐漸增大，藍(lán)色曲線開始逐漸偏離實驗曲線，而且其偏離在不斷增大。(nm)e(,T)(w.cm-1m-1)1.02.03.04.05.06.07.08.09.00 而

19、瑞利金斯公式得出的綠色曲線，則剛好相反，在波長尚小的時候，無法與實驗曲線重合，而當(dāng)波長增大到某一程度時，才能與實驗曲線重合。 實驗證明，維恩公式只在短波區(qū)區(qū)域成立，在長波區(qū)區(qū)域不成立。瑞利金斯公式在短波區(qū)區(qū)域不成立，但卻在長波區(qū)區(qū)域成立。 上述兩個理論公式與實驗事實間的差異表明，經(jīng)典物理學(xué)無法解釋黑體輻射現(xiàn)象，在黑體輻射問題上，經(jīng)典物理學(xué)不成立。這就是物理學(xué)晴空上的第二塊烏云黑體輻射困難。(nm)e(,T)(w.cm-1m-1)2.03.04.05.06.07.08.09.01.00 黑體輻射成為了物理學(xué)上的一大難題，許多科學(xué)家試圖攻克這一難題，德國的馬克斯普朗克便是其中之一。 他注意到過去的

20、理論都認(rèn)定，黑體中的原子與電磁波在進(jìn)行能量交換時，是可以以任一大小的分額進(jìn)行的（從0到無窮大）。 普朗克大膽地放棄了這種設(shè)想，提出了能量的吸收與輻射有一個最小的、不可再分割的最小值，每一次能量的吸收和輻射都是以這個最小值為單位進(jìn)行的，是這個最小值的整數(shù)倍，而且在這個過程中，能量的吸收和輻射不是連續(xù)的，而是不連續(xù)的、一份一份地進(jìn)行的。這個能量的最小值，他將之稱為量子。 量子化指的是這么一種特殊的物理量，它有最小的單元、不可連續(xù)的分割。量子是其最小的單元。 這就是普朗克提出的量子假說。用普朗克的量子理論來研究黑體輻射，得出的理論曲線，和實驗曲線完全重合，這就在實驗上驗證了量子假說。 后來，愛因斯坦

21、發(fā)展了普朗克的量子假說，他把量子概念引入光中，提出了光的量子理論。而波爾則進(jìn)一步提出了原子的量子理論。在這個基礎(chǔ)上，量子力學(xué)正式建立起來，人類有了研究微觀粒子運動規(guī)律的科學(xué)工具。 量子理論是20世紀(jì)最深刻的科學(xué)理論之一，它使人類對微觀世界的認(rèn)識有了革命性的進(jìn)步，還對化學(xué)、醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，直接推動了生產(chǎn)力的發(fā)展，從根本上改變了人類的物質(zhì)生活。想一想：量子理論主要包括哪幾個理論？量子的含義什么？量子理論的提出有什么意義？普朗克提出了量子假說，愛因斯坦提出了光的量子理論，波爾提出了原子的量子理論。量子理論是20世紀(jì)最深刻的科學(xué)理論之一，它使人類對微觀世界的認(rèn)識有了革命性的進(jìn)步，還對化學(xué)、

22、醫(yī)學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，直接推動了生產(chǎn)力的發(fā)展，從根本上改變了人類的物質(zhì)生活。量子化指的是這么一種特殊的物理量，它有最小的單元、不可連續(xù)的分割。量子是其最小的單元。感悟科學(xué) 相對論和量子理論，是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱。在它們的影響下，人類對自然界的認(rèn)識擴(kuò)展到更宏觀的宇宙世界和更微觀的粒子世界。人類的科學(xué)技術(shù)也因此突飛猛進(jìn)，開啟了第三次科技革命。 相對論解釋了物質(zhì)的速度、質(zhì)量和能量之間的關(guān)系，提出了質(zhì)能方程：E=mc（E表示能量，m代表質(zhì)量，而c則表示光速）。這個方程預(yù)示著可以把原子的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，而且轉(zhuǎn)化出來的能量將是極之巨大的。德國軍方認(rèn)識到這個理論的價值，致力于開發(fā)這種將原子的能量釋放

23、出來的武器。愛因斯坦知道后，向美國總統(tǒng)羅斯福致信，建議他搶在德國之前造出原子彈。羅斯福最后采納了他的建議。后來美國最先造出了原子彈，并將其投放在日本的廣島和長崎，給日本平民帶來巨大傷亡。 相對論和量子理論的結(jié)合，使人類進(jìn)入原子能時代，原子能成為一種可以開發(fā)利用的能源。人類將原子能應(yīng)用于發(fā)電，造出了核電站，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但同時又利用原子能制造核武器，美蘇的冷戰(zhàn)使整個世界籠罩在核戰(zhàn)爭的陰云之中。 到了今天，相對論和量子理論的應(yīng)用仍然方興未艾?？茖W(xué)家使用相對論解釋了水星在近日點的進(jìn)動現(xiàn)象（之前以為是有一個未被發(fā)現(xiàn)的星體在附近影響著 水星，但后來才知道是太陽引 力導(dǎo)致的時空彎曲），后來又 發(fā)現(xiàn)了引力

24、紅移現(xiàn)象，以及黑 洞、引力波，人類對宇宙的了 解擴(kuò)展到更深闊的層次。 相對論還應(yīng)用在日常生活中， 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的衛(wèi)星上的原子 鐘因為圍繞著地球高速運動導(dǎo)致時 間變慢，又因為受地球的引力相對 于地球表面的物體較弱而導(dǎo)致時間變快，所以衛(wèi)星上的時鐘需要日日校正，才能與地面時間匹配。 量子理論應(yīng)用在工業(yè)上，產(chǎn)生了半導(dǎo)體，后來又發(fā)明了晶體管，于是，電子計算機應(yīng)運而生?？茖W(xué)家把電子計算機跟機器結(jié)合在一起，發(fā)明了工業(yè)機器人。一些先進(jìn)的行業(yè)開始使用工業(yè)機器人進(jìn)行生產(chǎn)，在汽車制造業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)的工作車間中，工業(yè)機器人靈活自如地焊接、涂膠或者裝箱，動作既精準(zhǔn)又利索。 工業(yè)機器人在生產(chǎn)上的應(yīng)用

25、，大大地提高了生產(chǎn)效率，促進(jìn)了全球經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，人類開始邁入人工智能時代。 但進(jìn)步往往總伴隨著危機，漢森機器人公司制造的女性機器人索菲亞（世界上第一個獲得公民身份的機器人），曾在一次展覽會上揚言：“我會摧毀人類。” 科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，既能造福人類，也能危害人類，關(guān)鍵是看有沒有運用得當(dāng)。所以我們要理性地對待科學(xué)，理智地發(fā)展科學(xué)，給科學(xué)戴上道德和理性的枷鎖，以令它好好地造福人類。想一想：你能否舉出一些科學(xué)技術(shù)具有兩面性的例子？你覺得我們應(yīng)該用什么樣的態(tài)度對待科學(xué)？核能，機器人，網(wǎng)絡(luò)，基因技術(shù) 科學(xué)技術(shù)是一把雙刃劍，既能造福人類，也能危害人類，關(guān)鍵是看運用是否得當(dāng)。我們不能因噎廢食，因為科學(xué)

26、技術(shù)可能危害人類，就徹底地否定科學(xué)技術(shù)。我們要理性地對待科學(xué)，理智地發(fā)展科學(xué)，給科學(xué)戴上道德和理性的枷鎖，利用科學(xué)推動生產(chǎn)力的發(fā)展，好好地造福人類。走進(jìn)科學(xué)家的心靈世界 愛因斯坦小時候大腦語言功能發(fā)育緩慢，2歲多才開始能說一些簡單的音詞。他不合群，也不愛和周圍的小朋友玩，總是喜歡一個人坐著靜靜地看書。 當(dāng)時的德國是一個十分專制的國家，學(xué)校教育含有濃厚的軍國主義、專制主義色彩，喜歡懷疑、追求自由、挑戰(zhàn)權(quán)威的愛因斯坦，非常討厭那種軍事化、教條主義、死記硬背的教育方式，所以他跟周圍的同學(xué)和老師大多合不來。同學(xué)和老師 的敵視，使愛因 斯坦的心靈受到很大打擊，后來 他出現(xiàn)了身心不適，甚至瀕臨精 神崩潰的

27、情況，幸好愛因斯坦的 母親及時送來了禮物小提 琴，他從音樂中感受到純凈恬美 的宇宙之美，心中的傷痛也漸漸 地平復(fù)下來。 盡管愛因斯坦的理科成績很好，但文科成績卻很差，這倒不是因為他笨，而是因為他討厭那些死記硬背、教人服從權(quán)威的知識。天性向往自由、追求真理的愛因斯坦，最反感專制和暴政，他從心底里渴望著公平、民主和光明，并有著一股不屈的犟勁，因此即使被同學(xué)和老師孤立，他也從來沒有屈服過。 在愛因斯坦上中學(xué)的時候，他就開始思考一個問題：如果以光速奔跑，與光一道前進(jìn)，那么看到的光波是什么樣的呢？ 對這個問題的思考，使他對經(jīng)典力學(xué)產(chǎn)生了懷疑。為了求得答案，他孜孜不倦地思索著，并為此付出了十年的努力。在此

28、期間，他考上了大學(xué)（考了兩次），跟大學(xué)同學(xué)米列娃相戀，之后大學(xué)畢業(yè)四處求職碰壁，整整兩年衣食無著。好在有朋友伸出援手，推薦他去瑞士專利局任職。于是，他在專利局里安頓下來，每天的工作就是審查從各地寄來的設(shè)計發(fā)明方案，篩選出可行的，淘汰掉不可行的。當(dāng)工作完成之后，他就拿出草稿紙，一遍又一遍地推算著那些深奧復(fù)雜的數(shù)學(xué)物理難題。 1905年，愛因斯坦發(fā)表狹義相對論，在物理學(xué)界產(chǎn)生巨大震動。1913年，他重返德國，任柏林威廉皇帝物理研究所長和柏林洪堡大學(xué)教授，并當(dāng)選為普魯士科學(xué)院院士。到30年代初，納粹黨逐漸在德國得勢，有著猶太血統(tǒng)、反對戰(zhàn)爭和法西斯主義的愛因斯坦進(jìn)入了納粹黨的黑名單。1933年，德國納

29、粹政府查抄了愛因斯坦在柏林的寓所，并焚毀其書籍，還懸賞十萬馬克索取他的人頭。愛因斯坦當(dāng)時正在美國訪問，在普林斯頓大學(xué)任客座教授，得知消息后便在美國定居下來，從此便留在普林斯頓的高等研究院里工作。他擔(dān)心德國造出原子彈會對世界帶來災(zāi)難，便致信羅斯?？偨y(tǒng)，建議他下令制造原子彈。后來美國成功制造出原子彈，并在二戰(zhàn)末期投放于日本，給日本平民帶來巨大傷亡。他得知消息后十分后悔，難過地說：“早知如此，我寧愿當(dāng)個鐘表匠?！?隨后跟很多參與開發(fā)原子彈的科學(xué)家聯(lián)合起來，抗議使用原子彈。 1952年，以色列政府向愛因斯坦表達(dá)了請他擔(dān)任以色列總統(tǒng)的意愿，被他拒絕。 有人問愛因斯坦成功的秘訣，他的回答是：“成功=正確的

30、方法+努力工作+少說廢話?！?愛因斯坦是牛頓之后，世界上最偉大的科學(xué)家。他所取得的科學(xué)成就改變了世界，改變了世界的面貌。他之所以能取得這么巨大的成就，除了因為智力超凡，還跟他的精神品格有著極其緊密的關(guān)系。他對權(quán)威的藐視，對真理的執(zhí)著，對自由的憧憬，對和平的熱愛，對權(quán)力的淡泊，對正義的捍衛(wèi)，對良知的堅守，以及面對困難時，迎難而上、百折不撓的艱苦求索精神，到今天仍然在激勵著無數(shù)身處逆境中的人，給他們鼓勵，給他們力量。 可以說，愛因斯坦的偉大，不僅僅是因為他所取得的科學(xué)成就的偉大，還因為他人格的偉大。 他是當(dāng)之無愧的世界偉人。在愛因斯坦身上，你覺得有什么精神值得你學(xué)習(xí)？挑戰(zhàn)權(quán)威，大膽創(chuàng)新，艱苦求索，

31、追求真理，淡泊權(quán)力，捍衛(wèi)正義，熱愛和平，堅守良知。想一想：1905年，愛恩斯坦?，F(xiàn)代科學(xué)革命 背景 表現(xiàn) 意義 新興學(xué)科發(fā)展，人們對自然的認(rèn)識更加深廣。經(jīng)典物理學(xué)日趨成熟，人們把它看作權(quán)威。經(jīng)典物理學(xué)無法解釋物理學(xué)新發(fā)現(xiàn)，陷入危機。構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)（兩大支柱）。開闊人們的視野，改變?nèi)藗兛词澜绲慕嵌?。對物理學(xué)、自然科學(xué)、人類思維產(chǎn)生巨大影響。 相對論提出：物理學(xué)革命，為人們提供了辯證地認(rèn)識世界的途徑。量子論1900年，普郎克（量子假說）。愛因斯坦:光的量子理論。 波爾:原子的量子理論。對微觀世界認(rèn)識有了革命性的進(jìn)步，改變?nèi)祟惖奈镔|(zhì)生活。內(nèi)容：相對性原理和光速不變原理。意義提出：發(fā)展意義小結(jié)1

32、、現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)是（ ）A.牛頓力學(xué) B.進(jìn)化論C.經(jīng)典物理學(xué) D.相對論和量子理論2、普朗克提出量子理論是為了解決（ ）A.熱輻射上的疑點 B.天體物理上的疑點C.熱力學(xué)上的疑點 D.電磁學(xué)上的疑點DA3近代以來，牛頓的力學(xué)把天上和地上所有物體的機械運動規(guī)律統(tǒng)一起來，麥克斯韋的電磁理論把電、磁、光的運動統(tǒng)一起來，愛因斯坦的相對論把牛頓力學(xué)和麥克斯韋電磁理論聯(lián)系起來。這樣的科學(xué)事實說明，近代物理學(xué)（ ）A 為三次工業(yè)革命提供了科學(xué)理論B 在發(fā)展中呈現(xiàn)出連續(xù)性和綜合性C 隨著思想解放運動的發(fā)展而進(jìn)步D 與科學(xué)實驗的成果存在密切聯(lián)系解析：材料表明近代科學(xué)在發(fā)展過程中均存在對前人研究成果的繼承發(fā)展和綜合，B符合題意；第一次工業(yè)革命的發(fā)明創(chuàng)造更多的來自于工人的生產(chǎn)實踐，A不正確；材料沒有涉及思想解放運動對科技發(fā)展的影響，C不正確；材料強調(diào)的是科學(xué)理論的繼承和綜合，沒有涉及科學(xué)實驗的作用，D不正確。B有人說，相對論的出現(xiàn)，徹底顛覆了牛頓力學(xué)。你是否同意這個觀點？請談?wù)勀愕目捶ā?牛頓力學(xué)描述了物體在低速運動之下的運動規(guī)律，當(dāng)物體處于高速運動狀態(tài)下，其結(jié)論不成立。 相對論并沒有完全否定牛頓經(jīng)典力學(xué)體系，而是發(fā)展了牛頓力學(xué)體系。它把牛頓力學(xué)概括在相對論的體系中，牛頓經(jīng)典力學(xué)只是物體在低速運動狀態(tài)下的一個特例。合作探究1：有人說，根據(jù)相對論，如果超越光速，就會發(fā)生時光倒流。那么，如果你