現(xiàn)代物理學(xué)革命

當(dāng)代物理學(xué)當(dāng)代物理學(xué)革命1世紀(jì)之交科學(xué)家眼中的物理學(xué)19世紀(jì)的最終一天，歐洲著名的科學(xué)家歡聚一堂。會(huì)上湯姆森（W.Thomson,1824-1907）刊登新年祝詞。他在回憶物理學(xué)所取得的偉大成就時(shí)說，物理大廈已經(jīng)落成，所剩只是某些修飾工作。當(dāng)代物理學(xué)革命2世紀(jì)之交科學(xué)家眼中的物理學(xué)開爾文的世紀(jì)回憶：1923年4月27日開爾文（LordKelvin）在皇家研究所（RI）刊登了《在熱和光動(dòng)力理論上空的19世紀(jì)烏云》的演講。其中說道“動(dòng)力學(xué)理論斷言，熱和光都是運(yùn)動(dòng)的方式。在展望20世紀(jì)物理學(xué)前景時(shí)，開爾文若有所思地講道：動(dòng)力理論肯定了熱和光是運(yùn)動(dòng)的兩種方式，但目前這一理論的優(yōu)美性和明晰性卻被兩朵烏云遮蔽，顯得黯然失色了……第一朵烏云出目前光的波動(dòng)理論上，第二朵烏云出目前有關(guān)能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上。正是這“兩朵烏云”和“三大試驗(yàn)發(fā)覺”引起了“物理學(xué)革命”。當(dāng)代物理學(xué)革命3第一節(jié)19、20世紀(jì)之交物理學(xué)三大發(fā)覺X射線的發(fā)覺放射性的發(fā)覺電子的發(fā)覺當(dāng)代物理學(xué)革命4當(dāng)代物理學(xué)革命的開始1895年，物理學(xué)已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，幾種主要部門--牛頓力學(xué)、熱力學(xué)和分子運(yùn)動(dòng)論、電磁學(xué)和光學(xué)，都已經(jīng)建立了完整的理論，在應(yīng)用上也取得了巨大成果。這時(shí)物理學(xué)家普遍覺得，物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頂了，后來的任務(wù)無(wú)非是在細(xì)節(jié)上作些補(bǔ)充和修正而已，沒有太多的事好做了。X射線的發(fā)覺喚醒了沉睡的物理學(xué)界。它像一聲春雷，引起了一系列重大發(fā)覺，把人們的注意力引向更進(jìn)一步、更廣闊的天地，從而揭開了當(dāng)代物理學(xué)革命的序幕。當(dāng)代物理學(xué)革命5有關(guān)陰極射線本性的爭(zhēng)論1.X射線的發(fā)覺起源于對(duì)陰極射線的研究，1856年德國(guó)蓋斯勒放電管的發(fā)明為研究真空放電現(xiàn)象提供了試驗(yàn)手段；1859年德國(guó)普呂克發(fā)覺了放電管陰極發(fā)出的綠色輝光，1876年德國(guó)戈?duì)柎奶怪赋鼍G色輝光是由陰極的某種射線引起的，命名為“陰極射線”。2.圍繞陰極射線的本性究竟是光波還是粒子，德國(guó)和英國(guó)科學(xué)家展開了爭(zhēng)論，最終造成了物理學(xué)的三大試驗(yàn)發(fā)覺。當(dāng)代物理學(xué)革命6一、X射線的發(fā)覺1895年11月10日，德國(guó)物理學(xué)家倫琴（Rontgen，1854-1923）在做陰極射線試驗(yàn)時(shí)，偶爾發(fā)覺了一種新的輻射，它能輕易穿透某些如紙張之類不透明的物質(zhì)。倫琴把它叫做X射線。當(dāng)代物理學(xué)革命7偶爾性？X射線的發(fā)覺過程在物理學(xué)史上是一種必然性經(jīng)過偶爾性開辟道路的經(jīng)典例證。在倫琴之前，英國(guó)克魯克斯等人曾遇見過它，但均因疏忽而與重大發(fā)覺擦肩而過。倫琴因發(fā)覺X射線榮獲1923年的首次頒發(fā)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。當(dāng)代物理學(xué)革命8二、放射性的發(fā)覺倫琴發(fā)覺的X射線引起法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾（A.H.Becquerel,1852-1908）的愛好。因?yàn)閭惽偈墙?jīng)過熒光材料所發(fā)出的熒光而發(fā)覺X射線的，所以貝克勒爾想懂得是否有熒光材料放出X射線。當(dāng)代物理學(xué)革命9太陽(yáng)光下試驗(yàn)1896年2月，貝克勒爾把感光片包在黑紙里放到太陽(yáng)下，再把熒光物質(zhì)的晶體壓在上面。他的設(shè)想是：太陽(yáng)光照射晶體產(chǎn)生熒光，假如熒光中有X射線，那么它就能穿透黑紙使底片暴光。成果：底片沖洗后，上面有了陰影。這證明有放射線穿透了黑紙，貝克勒爾斷定熒光確實(shí)放出X射線。當(dāng)代物理學(xué)革命10陰天的試驗(yàn)貝克勒爾只好把包好的底片放進(jìn)抽屜，上面還是壓著那塊熒光物質(zhì)的晶體。成果：底片上有諸多的陰影。顯然，這陰影與太陽(yáng)無(wú)關(guān)、與熒光無(wú)關(guān)，而與晶體本身有關(guān)。貝克勒爾用的晶體是一種鈾的化合物——硫酸雙氧鈾鉀，這么他便發(fā)覺了鈾能自發(fā)輻射出能量。居里夫人在1898年把這種現(xiàn)象命名為放射性。當(dāng)代物理學(xué)革命11X射線和鈾的放射性激發(fā)了居里夫人（MarieCurie，1867-1934）對(duì)放射線的研究愛好。居里夫人首先證明了貝克勒爾有關(guān)鈾鹽輻射的強(qiáng)度與化合物中鈾的含量成正比的結(jié)論，但她不滿足于局限在鈾鹽，決定對(duì)已知的多種元素進(jìn)行普查。當(dāng)代物理學(xué)革命12釙和鐳的發(fā)覺1898年7月居里夫婦從鈾礦中分離出放射性比鈾強(qiáng)數(shù)百倍的物質(zhì)。向巴黎科學(xué)院提交“論瀝青鈾礦中的一種新物質(zhì)”，命名為“釙”Polonium（Poland)1898年12月居里夫婦檢測(cè)出了放射性更強(qiáng)的物質(zhì)，并把它命名為鐳。1923年他們經(jīng)過了無(wú)屢次的結(jié)晶處理，終于成功地制出0.1克的鐳。當(dāng)代物理學(xué)革命13因?qū)Ψ派渚€的研究，1923年居里夫人和她的丈夫、貝克勒爾分享了該年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)；1923年她又因發(fā)覺兩種新元素而取得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。當(dāng)代物理學(xué)革命14放射性物質(zhì)發(fā)覺的主要意義一是要判明放出的射線是什么？二是查清物質(zhì)放出射線后來變成了什么？當(dāng)代物理學(xué)革命15放射性物質(zhì)發(fā)覺的主要意義1898年，盧瑟福(E.Rutherford)經(jīng)過吸收試驗(yàn)證明鈾輻射穿透力弱的稱為α射線，穿透力強(qiáng)的稱為β射線。1899年，貝克勒爾證明ρ射線能被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，其行為與陰極射線相同。1923年，法國(guó)化學(xué)家維拉德(P.Villard)發(fā)目前鈾輻射中還有另一種成份，穿透力更強(qiáng)，稱為γ射線。從1923年起，盧瑟福和索第(F．Soddy)等人研究。射線和放射性物質(zhì)的規(guī)律，終于造成原子核嬗變規(guī)律和原子核的發(fā)覺。當(dāng)代物理學(xué)革命16三、電子的發(fā)覺陰極射線：大的波動(dòng)還是帶電粒子流？J.J.湯姆生(J.J.Thomson)直接測(cè)陰極射線攜帶的電荷使陰極射線受靜電偏轉(zhuǎn)用不同措施測(cè)陰極射線的荷質(zhì)比證明電子存在的普遍性當(dāng)代物理學(xué)革命17當(dāng)代物理學(xué)革命18J．J．湯姆生把聯(lián)到靜電計(jì)的電荷接受器(法拉第圓桶)安裝在真空管的一側(cè)，平時(shí)沒有電荷進(jìn)入接受器。用磁場(chǎng)使射線偏折，當(dāng)磁場(chǎng)達(dá)成某一值時(shí)，接受器接受到的電荷猛增，闡明電荷來自陰極射線。直接測(cè)陰極射線攜帶的電荷當(dāng)代物理學(xué)革命19使陰極射線受靜電偏轉(zhuǎn)

湯姆生反復(fù)了赫茲的靜電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)試驗(yàn)，注意到在剛加上電壓的瞬間，射束輕微擺動(dòng)。這是因?yàn)闅堄鄽怏w分子在電場(chǎng)的作用下發(fā)生了電離，正負(fù)離子把電極上射線所帶電荷的試驗(yàn)裝置的電壓抵消掉了。顯然這是因?yàn)檎婵斩炔粔蚋叩脑?。他在試?yàn)室技師的幫助下努力改善真空條件，而且減小極間電壓，終于取得了穩(wěn)定的靜電偏轉(zhuǎn)。用不同措施測(cè)陰極射線的荷質(zhì)比測(cè)量陽(yáng)極的溫升，因?yàn)殛帢O射線撞擊到陽(yáng)極，會(huì)引起陽(yáng)極的溫度升高。J．J．湯姆生把熱電偶接到陽(yáng)極，測(cè)量它的溫度變化。根據(jù)溫升和陽(yáng)極的熱容量能夠計(jì)算粒子的動(dòng)能，再?gòu)年帢O射線在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的曲率半徑，推算出陰極射線的荷質(zhì)比與速度。當(dāng)代物理學(xué)革命20當(dāng)代物理學(xué)革命21湯姆生還用不同的陰極和不同的氣體做試驗(yàn)，所得荷質(zhì)比數(shù)量級(jí)相同，證明多種條件下的粒子流都是相同的，不因電極材料和氣體成份而異。Thomson被覺得是電子的發(fā)覺者，并所以取得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。今后他的七個(gè)助手先后都取得過諾貝爾獎(jiǎng)。證明電子存在的普遍性三大試驗(yàn)發(fā)覺誘發(fā)了經(jīng)典物理學(xué)危機(jī)三大試驗(yàn)發(fā)覺打開了經(jīng)典物理學(xué)的缺口原來覺得原子是不可分割的最小質(zhì)點(diǎn)目前從原子里發(fā)覺了電子、X射線和γ射線；原來覺得元素是固定不變的，但放射現(xiàn)象表白一種元素可蛻變?yōu)榱硪环N元素；原來覺得物質(zhì)的質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，現(xiàn)今電子的質(zhì)量隨運(yùn)動(dòng)速度變化而變化，質(zhì)量似乎不守恒了；當(dāng)代物理學(xué)革命22三大試驗(yàn)發(fā)覺誘發(fā)了經(jīng)典物理學(xué)危機(jī)三大試驗(yàn)發(fā)覺打開了經(jīng)典物理學(xué)的缺口原來覺得能量守恒只存在于機(jī)械能、熱能和電能相互轉(zhuǎn)化之中，目前一塊靜止的放射物質(zhì)本身就是熱源，即便沒有外力作用，能量也源源不斷地向外界釋放，能量好像也不守恒了；原來覺得質(zhì)量和能量不搭界，目前放射性物質(zhì)因能量不斷釋放，質(zhì)量也不斷減小。當(dāng)代物理學(xué)革命23三大試驗(yàn)發(fā)覺誘發(fā)了經(jīng)典物理學(xué)危機(jī)三大試驗(yàn)發(fā)覺劇烈地沖擊著牛頓力學(xué)的物質(zhì)質(zhì)量、能量、動(dòng)量等基本概念，經(jīng)典物理學(xué)中質(zhì)量守恒、能量守恒、運(yùn)動(dòng)定律等基本定律也面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。面對(duì)物理學(xué)危機(jī)，某些抱殘守缺的物理學(xué)家悲觀失望，唯心主義趁虛而入。當(dāng)代物理學(xué)革命24第二節(jié)量子物理學(xué)的研究量子理論（扎扎實(shí)實(shí)的科學(xué)作風(fēng)）量子力學(xué)（當(dāng)代高科技的基石之一）當(dāng)代物理學(xué)革命25原子模型湯姆遜原子模型＝正電荷背景＋電子（正電荷背景（正電荷均勻分布），電子鑲嵌）盧瑟福原子模型（行星模型或核式模型）

當(dāng)代物理學(xué)革命26一、原子模型與量子理論原子模型玻爾原子模型(玻爾假說)：原子核外電子各自在固定軌道上繞核轉(zhuǎn)動(dòng)，且無(wú)電磁輻射；當(dāng)電子從一軌道躍遷到另一軌道時(shí)，放出（或吸出）能量為的光子,其中ν為光子頻率。當(dāng)代物理學(xué)革命27h=6.63×10-34焦耳·秒

——普朗克常數(shù)二、量子論的發(fā)展過程

普朗克黑體輻射假說：電磁輻射的能量互換是量子化的，即，n=1，2，3，…光電效應(yīng)（愛因斯坦,1923年）：光是由無(wú)靜止質(zhì)量的微粒（光子）構(gòu)成的。德布羅意波粒二象性假說：任何微觀粒子既是一種粒子，又是一種波動(dòng)。當(dāng)代物理學(xué)革命28（一）量子論的早期

1、普朗克能量子假說1923年普朗克為了克服經(jīng)典理論解釋黑體輻射規(guī)律的困難，引入了能量子概念，為量子理論奠下了基石。“紫外劫難”：科學(xué)家們致力于建立輻射強(qiáng)度與光波長(zhǎng)之間的函數(shù)關(guān)系。但在長(zhǎng)波區(qū)和試驗(yàn)成果符合，而當(dāng)波長(zhǎng)接近紫外時(shí)，計(jì)算出的能量為無(wú)限大!普朗克覺得物體在發(fā)射輻射和吸收輻射時(shí)，能量是不連續(xù)的，這種分離變化不是隨意的，它有最小的能量單元，該單元稱為能量子或者量子。物體發(fā)射和吸收的能量只能是能量子的整數(shù)倍。當(dāng)代物理學(xué)革命292、愛因斯坦光量子論愛因斯坦針對(duì)光電效應(yīng)試驗(yàn)與經(jīng)典理論的矛盾，提出了光量子假說，并在固體比熱問題上成功地利用了能量子概念，為量子理論的發(fā)展打開了局面。愛因斯坦覺得，能量的不連續(xù)性能夠推廣到輻射的空間傳播過程。光在傳播時(shí)，能量不連續(xù)地分布于空間，由分離的能量子構(gòu)成，這些能量子稱為光量子。愛因斯坦覺得他的光量子理論是波動(dòng)及發(fā)射理論的一種融合。1923年他進(jìn)一步指出光不但具有粒子性而且具有波動(dòng)性，即光具有波粒二象性。當(dāng)代物理學(xué)革命303、玻爾的原子理論

1923年，玻爾在盧瑟福有核模型的基礎(chǔ)上利用量子化概念，提出玻爾的原子理論，對(duì)氫光譜作出了滿意的解釋，使量子論取得了初步勝利。隨即，玻爾、索末菲和其他物理學(xué)家為發(fā)展量子理論花了很大力氣，卻遇到了嚴(yán)重困難。舊量子論陷入困境。當(dāng)代物理學(xué)革命31（二）量子論的建立

1923年，德布羅意提出了物質(zhì)波假說，將波粒二象性利用于電子之類的粒子束，把量子論發(fā)展到一種新的高度。1925年-1926年薛定諤率先沿著物質(zhì)波概念成功地確立了電子的波動(dòng)方程，為量子理論找到了一種基本公式，并由此創(chuàng)建了波動(dòng)力學(xué)。幾乎與薛定諤同步，海森伯寫出了以“有關(guān)運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)關(guān)系的量子論的重新解釋”為題的論文，創(chuàng)建了處理量子波動(dòng)理論的矩陣措施。當(dāng)代物理學(xué)革命32當(dāng)代物理學(xué)革命33德布羅意于1924年提出，微觀粒子也具有波動(dòng)性，根據(jù)光波與光子之間的關(guān)系，把微觀粒子的粒子性質(zhì)（能量E和動(dòng)量p）與波動(dòng)性質(zhì)（頻率ν和波長(zhǎng)λ）用所謂德布羅意關(guān)系聯(lián)絡(luò)起來了，即E=hν，p=h/λ。波粒二象性（二）量子論的建立

1925年9月，玻恩與另一位物理學(xué)家約丹合作，將海森伯的思想發(fā)展成為系統(tǒng)的矩陣力學(xué)理論。不久，狄拉克改善了矩陣力學(xué)的數(shù)學(xué)形式，使其成為一種概念完整、邏輯自洽的理論體系。1926年薛定諤發(fā)覺波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué)從數(shù)學(xué)上是完全等價(jià)的，由此統(tǒng)稱為量子力學(xué)，而薛定諤的波動(dòng)方程因?yàn)楸群Ｉ木仃嚫琢私?，成為量子力學(xué)的基本方程。當(dāng)代物理學(xué)革命34三、量子力學(xué)基本方程薛定諤方程當(dāng)代物理學(xué)革命35合用于一切微觀低速物理現(xiàn)象：原子構(gòu)造，元素周期律，分子構(gòu)造，化學(xué)反應(yīng)，原子分子光譜，激光，超導(dǎo)，晶體管，介觀納米物理，原子激光......四、量子理論的科學(xué)思想量子論是當(dāng)代物理學(xué)的兩大基石之一。量子論給我們提供了新的有關(guān)自然界的表述措施和思索措施。量子論揭示了微觀物質(zhì)世界的基本規(guī)律，為原子物理學(xué)、固體物理學(xué)、核物理學(xué)和粒子物理學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。它能很好地解釋原子構(gòu)造、原子光譜的規(guī)律性、化學(xué)元素的性質(zhì)、光的吸收與輻射等。當(dāng)代物理學(xué)革命36四、量子理論的科學(xué)思想扎扎實(shí)實(shí)的科學(xué)作風(fēng)，扎實(shí)基礎(chǔ)，厚積廣積，切莫急功近利！科學(xué)研究有其本身的規(guī)律：先基礎(chǔ)，后突破，成就以基礎(chǔ)為前提，在成就突破過程中完善和豐厚研究者的基礎(chǔ)?；竟υ鷮?shí)的程度直接決定了突破的可能性和成就的分量；反之，從成就的分量也能夠一目了然地看出研究者基本功的扎實(shí)程度。科學(xué)的否定觀：量子力學(xué)在低速微觀領(lǐng)域中對(duì)牛頓力學(xué)的否定，用事實(shí)證明了觀點(diǎn)，客觀、揚(yáng)棄和創(chuàng)新。當(dāng)代物理學(xué)革命37第三節(jié)相對(duì)論與時(shí)空觀當(dāng)代物理學(xué)革命38AlbertEinsteinin1916

1、伽利略相對(duì)性原理1632年伽利略《有關(guān)托勒密和哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》。對(duì)于力學(xué)規(guī)律來說一切慣性系都是等價(jià)的。不可能在慣性系內(nèi)部進(jìn)行任何力學(xué)試驗(yàn)來擬定該系統(tǒng)作勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度。當(dāng)代物理學(xué)革命39一、狹義相對(duì)論2、“以太”概念的消除——光速不變經(jīng)典物理學(xué)絕對(duì)空間的根基：以太1887年邁莫試驗(yàn)出現(xiàn)零成果。1889年，菲茨杰拉德提出物體長(zhǎng)度沿運(yùn)動(dòng)方向收縮。1892年，荷蘭物理學(xué)家洛侖茲也獨(dú)立地提出了類似的假說，并給出了著名的洛侖茲變換。1923年，愛因斯坦：以太概念不必要，光速不變，同步性是相正確。當(dāng)代物理學(xué)革命40狹義相對(duì)論的基本原理

當(dāng)代物理學(xué)革命41光速不變：光在不同介質(zhì)中的傳播速度是能夠不同的相對(duì)性：全部的物理規(guī)律在不同的慣性參照系中是一樣的3、相對(duì)論時(shí)空觀同步的相對(duì)性運(yùn)動(dòng)的鐘變慢運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度縮短當(dāng)代物理學(xué)革命42當(dāng)代物理學(xué)革命43同步的相對(duì)性時(shí)間延緩

4、狹義相對(duì)論的主要推論

4、狹義相對(duì)論主要推論相對(duì)論質(zhì)量在任何慣性系中，物體的運(yùn)動(dòng)速度不能超越光速。光速是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的極限速度。假如物體運(yùn)動(dòng)速度比光速小諸多，相對(duì)論力學(xué)就還原為牛頓力學(xué)。質(zhì)能關(guān)系當(dāng)代物理學(xué)革命44m=gm0

粒子的總能量為：E=mc2粒子的靜止能量為：E0=m0c2質(zhì)能關(guān)系

在化學(xué)反應(yīng)中，例如氫與氧結(jié)合生成水，水的質(zhì)量等于參加反應(yīng)的氫和氧的質(zhì)量之和。在反應(yīng)中放出的熱量，被覺得是氫和氧原子中儲(chǔ)存的化學(xué)能，在整個(gè)反應(yīng)過程中，能量和質(zhì)量分別守恒。愛因斯坦要使物體運(yùn)動(dòng)定律既滿足相對(duì)性原理，又要求低速下與牛頓定律一致，得到了一種令人意外的成果。當(dāng)代物理學(xué)革命45二、廣義相對(duì)論物質(zhì)存在的現(xiàn)實(shí)空間不是平坦的，而是彎曲的，空間彎曲的程度（曲率）取決于物質(zhì)的質(zhì)量及其分布情況；空間曲率體現(xiàn)為引力場(chǎng)的強(qiáng)度。它實(shí)質(zhì)上是一種引力理論，覺得萬(wàn)有引力的產(chǎn)生因?yàn)槲镔|(zhì)的存在和一定的分布情況使時(shí)間和空間的性質(zhì)變得不均（即時(shí)空彎曲）所致。當(dāng)代物理學(xué)革命461、廣義相對(duì)論的基本原理

等效原理——非慣性系與一種引力場(chǎng)等效。（引力場(chǎng)對(duì)物體的引力作用和物體的加速運(yùn)動(dòng)是等效的。）廣義相對(duì)論原理——自然法則（物理學(xué)基本規(guī)律）在全部的參照系中都是相同的。當(dāng)代物理學(xué)革命47當(dāng)代物理學(xué)革命482、廣義相對(duì)論的主要結(jié)論當(dāng)代物理學(xué)革命493、廣義相對(duì)論的驗(yàn)證4、相對(duì)論的實(shí)際應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)（GPS）：GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和顧客設(shè)備。當(dāng)代物理學(xué)革命504、相對(duì)論的實(shí)際應(yīng)用北京時(shí)間2023年5月25日零時(shí)34分，我國(guó)在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭，成功地將第三顆“北斗一號(hào)”導(dǎo)航定位衛(wèi)星送入太空。歐盟于１９９９年提出了旨在建立全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的“伽利略”計(jì)劃。該系統(tǒng)由２７顆運(yùn)營(yíng)衛(wèi)星和３顆預(yù)備衛(wèi)星構(gòu)成，能夠覆蓋全球，估計(jì)將在２００８年投入使用?！百だ浴庇?jì)劃的投資總額估計(jì)高達(dá)３２億歐元。當(dāng)代物理學(xué)革命51三、相對(duì)論的時(shí)空觀

當(dāng)代物理學(xué)革命52牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀覺得時(shí)間和空間是絕正確、均勻的，相互獨(dú)立的。根據(jù)相對(duì)論,時(shí)間和空間是相正確。即在不同的參照系時(shí)間是不同的，物體的形狀，質(zhì)量等都是不同的。“橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高下各不同?！保ㄌK軾《題西林壁》）三、相對(duì)論的時(shí)空觀

當(dāng)代物理學(xué)革命53時(shí)間與空間不但是相正確、相互關(guān)聯(lián)的。而且與物質(zhì)存在有關(guān)，與觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)一種參照系中的全部鐘都校準(zhǔn)了，即相互同步的，在另一參照系看這些不同地點(diǎn)的鐘都不同步了。四、相對(duì)論:演繹法的典范

當(dāng)代物理學(xué)革命54從一般到特殊的邏輯過程。從一般的原理推知某個(gè)附屬于該類事物的特殊事物的新知。相對(duì)論的基本原理是從更高層次的基本理念出發(fā)的假設(shè)，是在極少許的試驗(yàn)事實(shí)的啟發(fā)下，根據(jù)其對(duì)世界、宇宙的認(rèn)識(shí)理念（如世界的可認(rèn)識(shí)性、客觀規(guī)律的簡(jiǎn)樸性、對(duì)稱性或美學(xué)原則等）得出的第四節(jié)物理學(xué)在將來科技和社會(huì)中的作用（1）純物理學(xué)研究物質(zhì)的存在及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。目的：認(rèn)識(shí)世界研究新物質(zhì)、發(fā)覺新現(xiàn)象、發(fā)展新概念、建立新理論->開拓新的學(xué)科領(lǐng)域當(dāng)代物理學(xué)革命55第四節(jié)物理學(xué)在將來科技和社會(huì)中的作用(2)應(yīng)用物理學(xué)已發(fā)覺的規(guī)律->應(yīng)用物理->開發(fā)->工程力學(xué)->機(jī)械學(xué)、構(gòu)造學(xué)（建筑，橋梁設(shè)計(jì)）電學(xué)->電工學(xué)->電氣化光學(xué)->應(yīng)用光學(xué)->光學(xué)工程電子學(xué)->電子工程->信息科學(xué)量子論，相對(duì)論->核物理->原子彈、核能的利用交叉作用、發(fā)展當(dāng)代物理學(xué)革命56當(dāng)代物理學(xué)革命57物理學(xué)

==>應(yīng)用物理學(xué)==>

工程技術(shù)物理學(xué)==>自然科學(xué)==>社會(huì)科學(xué)

20世紀(jì)物理學(xué)的輝煌一、物理學(xué)與核能工程技術(shù)原子核物理學(xué)的新發(fā)覺與核工程技術(shù)當(dāng)代物理學(xué)革命5919世紀(jì)末，相繼發(fā)覺了x射線、放射性和電子1923年盧瑟福提出了原子的核式模型1923年玻爾完善了原子構(gòu)造理論1923年愛因斯坦提出了相對(duì)性理論；提出了四維時(shí)空的新概念;提出了質(zhì)能關(guān)系及其著名體現(xiàn)式E=mc220世紀(jì)初葉，是物理學(xué)革命的年代。原子核物理學(xué)的新發(fā)覺與核工程技術(shù)當(dāng)代物理學(xué)革命601932年，查德威克發(fā)覺中子;海森堡和伊凡寧柯分別獨(dú)立提出了原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成的模型1934年約里奧-居里夫婦成功地用人工措施產(chǎn)生了放射性同位素1939年哈恩和斯特拉斯曼在試驗(yàn)上發(fā)覺中子轟擊下的鈾核裂變以及梅特納和弗里什的理論解釋原子核物理學(xué)的新發(fā)覺與核工程技術(shù)對(duì)核構(gòu)造和質(zhì)量的研究，使人們認(rèn)識(shí)到原子核結(jié)合能隨原子量變化的規(guī)律：一種重核分裂成兩個(gè)中檔質(zhì)量的核時(shí)，會(huì)釋放能量；某些輕核聚合成一種較重的核時(shí)，會(huì)釋放能量；E=ΔMC2ΔM----質(zhì)量虧損，一次核聚變時(shí)放出的能量要比核裂變時(shí)大四倍以上。當(dāng)代物理學(xué)革命61原子核物理學(xué)的新發(fā)覺與核工程技術(shù)原子核物理的發(fā)覺，奠定了裂變核能與聚變核能應(yīng)用的基礎(chǔ)。核能應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)還必須進(jìn)一步處理一系列應(yīng)用物理學(xué)和工程技術(shù)上的問題。當(dāng)代物理學(xué)革命62二、物理學(xué)和激光技術(shù)與工程

光物理的基礎(chǔ)研究孕育了激光器的誕生當(dāng)代物理學(xué)革命6419世紀(jì)的科學(xué)家們進(jìn)行了有關(guān)電磁波的卓越的研究1923年愛因斯坦提出了光量子和光電效應(yīng)的概念，揭示了輻射的波粒二象性1923年愛因斯坦提出了受激輻射的概念1923年普朗克引入的能量量子的概念基礎(chǔ)性、探索性研究光物理的基礎(chǔ)研究孕育了激光器的誕生當(dāng)代物理學(xué)革命65激光走向新技術(shù)的開發(fā)和工程應(yīng)用階段1954年研制成第一臺(tái)微波激射器

1958年美國(guó)的湯斯和蘇聯(lián)的巴索夫及普羅霍洛夫等人提出了激光的概念和理論設(shè)計(jì)1960年美國(guó)的梅曼研制成功第一臺(tái)紅寶石激光器；賈萬(wàn)等人研制成氦氖激光器。我國(guó)的第一臺(tái)激光器于1961年在長(zhǎng)春光機(jī)所創(chuàng)制成功

當(dāng)代物理學(xué)革命66絢麗多彩的激光應(yīng)用：金屬加工、醫(yī)療、武器、通訊、光盤信息存儲(chǔ)、全息技術(shù)、科研……

當(dāng)代物理學(xué)革命67激光的高方向性例：口徑為1mm的激光器，發(fā)散角θ～7.7×10-4弧度，如將其擴(kuò)束到5m，則θ～1.5×10-7弧度。當(dāng)代物理學(xué)革命681960年人類第一支激光器誕生（諧振腔光放大）比太陽(yáng)亮度高8個(gè)數(shù)量級(jí)(幾千萬(wàn)倍）高亮度當(dāng)代物理學(xué)革命69原子發(fā)光的量子理論閃光法（氪燈），氣體放電（氦氖激光器）激光的顏色極純-單色性強(qiáng)四十?dāng)?shù)年來，激光器的品種迅速增長(zhǎng)：半導(dǎo)體激光器固體激光器（半導(dǎo)體激光泵浦）化學(xué)激光器（HF/DF激光、氧碘化學(xué)激光器、CO2激光、燃料激光、氦氖激光）自由電子激光器x射線激光器準(zhǔn)分子激光器金屬蒸氣激光器等。當(dāng)代物理學(xué)革命70激光技術(shù)與工程的迅速發(fā)展及其深刻影響銅蒸氣激光激光器的輸出水平不斷提升：中、小功率器件高功率、高能量激光器；脈沖體制從連續(xù)波、準(zhǔn)連續(xù)波到多種短脈沖、超短脈沖的激光。連續(xù)的高能激光單次輸出能量已達(dá)百萬(wàn)焦耳以上；超短脈沖：納秒皮秒費(fèi)秒阿秒脈沖功率密度則可高達(dá)1020瓦/cm2以上。當(dāng)代物理學(xué)革命71激光技術(shù)與工程的迅速發(fā)展及其深刻影響輸出激光的頻率覆蓋著越來越廣的范圍：長(zhǎng)至亞毫米（太赫茲）短至x射線γ激光也在探索中，分立的激光譜線達(dá)幾千條；輸出激光的光束質(zhì)量，好的可達(dá)近衍射極限。

當(dāng)代物理學(xué)革命72激光技術(shù)與工程的迅速發(fā)展及其深刻影響激光應(yīng)用的開創(chuàng)性表目前：①激光光譜技術(shù)比老式的辨別率提升了百萬(wàn)倍，敏捷度提高了百億倍；②激光為信息技術(shù)開拓了豐富的頻率資源；當(dāng)代物理學(xué)革命73充斥全球的光纖網(wǎng)，加上衛(wèi)星通信網(wǎng)，形成了信息高速公路的基礎(chǔ)；光存儲(chǔ)、激光全息、激光照排、打印及條碼掃描技術(shù)等，提供了全新的多樣化的信息服務(wù)。激光技術(shù)與工程的迅速發(fā)展及其深刻影響③激光可在很小的區(qū)域上聚焦很高的功率密度：在工業(yè)制造中可進(jìn)行精確的切削和表面改性做精密的醫(yī)療手術(shù)作用于微型靶實(shí)現(xiàn)激光核聚變。當(dāng)代物理學(xué)革命74激光技術(shù)與工程的迅速發(fā)展及其深刻影響④激光技術(shù)開辟了嶄新的軍事應(yīng)用，涉及：激光瞄準(zhǔn)、制導(dǎo)、測(cè)距激光雷達(dá)激光陀螺激光引信激光致盲傳感器高能強(qiáng)激光武器等。當(dāng)代物理學(xué)革命75激光技術(shù)與工程的迅速發(fā)展及其深刻影響三、物理學(xué)與宇航工程物理學(xué)為宇航奠定理論基礎(chǔ)

宇航學(xué)的開端與物理學(xué)的進(jìn)展密不可分。正是物理學(xué)的基礎(chǔ)和當(dāng)代技術(shù)的發(fā)展才使“嫦娥奔月”的佳話和“萬(wàn)戶”航天的理想得以變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。當(dāng)代物理學(xué)革命77物理學(xué)為宇航奠定理論基礎(chǔ)

當(dāng)代物理學(xué)革命7817世紀(jì)開普勒經(jīng)過計(jì)算，發(fā)覺行星沿橢圓軌道運(yùn)營(yíng)等開普勒三定律1957年10月蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星，這是人類航天歷史上的一種里程碑17世紀(jì)牛頓力學(xué)形成體系，認(rèn)識(shí)了萬(wàn)有引力定律

20世紀(jì)初葉，齊奧爾科夫斯基給出了三個(gè)宇宙速度的概念并精確計(jì)算了它們的數(shù)值。低溫物理的一種光芒篇章是超導(dǎo)體的研究。當(dāng)代物理學(xué)革命79四、物理學(xué)與其他工程技術(shù)1911年發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象20世紀(jì)的最后十幾年，高溫超導(dǎo)研究取得重要進(jìn)展1957年BCS超導(dǎo)理論問世1、物理學(xué)與超導(dǎo)技術(shù)超導(dǎo)（1923年，K.Onnes）當(dāng)代物理學(xué)革命80當(dāng)溫度T降到一定值如下，經(jīng)過各自和原子的相互作用，電子和電子之間可形成具有吸引力的電子對(duì)（Cooperpairs），導(dǎo)體超導(dǎo)體當(dāng)代物理學(xué)革命81零電阻

當(dāng)代物理學(xué)革命82材料臨界溫度TC

(K)水銀(Hg)

鎢(W)

鋅(Zn)

錫(Sn)

鉛(Pb)

鈮(Nb)

鈮三鍺（Nb3Ge）4.2（1911年）

0.012

0.844

3.72

7.201

9.26

23(1986年）當(dāng)代物理學(xué)革命83邁斯納效應(yīng)（完全抗磁性）

第一類超導(dǎo)體：超導(dǎo)內(nèi)部磁場(chǎng)B＝0

第二類超導(dǎo)體：磁力線在超導(dǎo)體內(nèi)部，呈點(diǎn)陣形式排列當(dāng)代物理學(xué)革命84應(yīng)用：超導(dǎo)線（104—105安培/毫米2）超導(dǎo)電機(jī)（發(fā)電機(jī)，電動(dòng)機(jī)，變壓器等）強(qiáng)磁場(chǎng)～15特斯拉（核磁共振儀，加速器等）磁懸浮～20公斤／厘米2......超導(dǎo)計(jì)算機(jī)—開關(guān)時(shí)間<10-9秒廣泛利用于航天、軍事、生命科學(xué)等領(lǐng)域。

超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用：電能輸送加速器應(yīng)用貯能超導(dǎo)磁懸浮列車生物磁學(xué)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域當(dāng)代物理學(xué)革命851、物理學(xué)與超導(dǎo)技術(shù)2、物理學(xué)與晶體管晶體管：一種固體半導(dǎo)體器件，能夠用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其他功能。晶體：原子按某一規(guī)律周期性地排列半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體（如金、銀、銅等）和絕緣體(如陶瓷、橡膠、塑料等）之間的物質(zhì)。當(dāng)代物理學(xué)革命86四、物理學(xué)與其他工程技術(shù)當(dāng)代物理學(xué)革命873、物理學(xué)與納米技術(shù)納米科技是在物理與技術(shù)緊密結(jié)合的過程中發(fā)展的一種主要領(lǐng)域，而且很經(jīng)典地體現(xiàn)了從量變到質(zhì)變的哲學(xué)。當(dāng)代物理學(xué)革命88物理學(xué)與其他工程技術(shù)介質(zhì)物理學(xué)（納米物理學(xué)）

當(dāng)物理系統(tǒng)（或元器件）的尺寸接近電子波長(zhǎng)時(shí)，電子的波動(dòng)性開始顯現(xiàn)，此時(shí)的電子具有相互干涉、衍射、相位記憶、自旋取向等特征，從而造成明顯的量子效應(yīng)。介觀系統(tǒng):尺寸約10-7—10-9米（可人工制備）當(dāng)代物理學(xué)革命89物理學(xué)同其他學(xué)科的交叉：生物物理學(xué)是一種主要的研究方向。物理學(xué)與計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的交叉結(jié)合，還產(chǎn)生了計(jì)算物理學(xué)。量子理論與信息科學(xué)與技術(shù)的交叉造成量子通信的概念