建筑电气毕业论文

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1、第八章探深入微堪与评说––––物质结构综论引言:为了探索自然的对称与和谐大自然包含丰富多彩的对称性，爱因斯坦称这为“先定的和谐”；他并认为，探索自然的对称与和谐，乃是科学实践中“无穷的毅力和耐心的源泉”。在物质世界的宇观、宏观、微观各层面以及物质微观结构各层次上，形形色色的物质形态及其运动方式、引起物质运动的种种相互作用，均蕴有一统化的趋势；物理学的不断发展正反映了这种趋势。爱因斯坦为建立体现物质世界最高对称性的统一场论，呕心沥血、坚持不懈，前后达三、四十年之久。尽管没有成功，但其艰苦卓绝的探索实践，为后辈树立起努力

2、目标和工作准则；那就是说，对物质运动之理论描述的对称与和谐，已成为众多物理学家所执着追求的最高目标，同时也是其有效创新的方法论准则。值得庆幸的是，60年代以后在统一场论的探索道路上已经结出硕果，从弱作用–电磁作用统一理论到涉及强作用、弱–电作用之“大统一”、且全面反映亚核粒子层次的对称性质之粒子物理的标准模型，以至试图进一步包容引力作用、具有更高对称性的超弦、超膜理论等，都是对物质世界之对称与和谐的绝妙写照。参见拙撰《为了探索自然的对称与和谐》（载《世界科学》1989年第8、9期）。物质微观结构探索已经深入到亚核层次

3、：通常所谓的基本粒子层次以及更下一层次——夸克–轻子层次。亚核层次更显得五彩纷呈、美妙无比；与尺度较大的物质结构层次相比，具有许多独特的内禀对称性。反复考查对称性和对称性破缺，从而使物质结构理论愈益对称与和谐。因此，粒子物理具有明显的美学意义。尤其是夸克模型，恰是从美学意义探究亚核层次的结果；甚至寻觅新粒子，亦往往出于对审美价值的思考。诚然，探求自然科学的审美价值，乃是科学哲学之最高发展阶段的主要任务。而粒子物理的标准模型，作为物理学的两个最优美的理论——相对论和量子理论相结合之最精巧的产品，必然达到相当高的美学水准

4、。宇观层面和微观层面的物质运动会趋于一致，即在宇宙演化极早期的极高能条件下原始物质粒子及其相互作用正会展露微观层面上的统一趋势，所以粒子物理的标准模型与宇宙学的标准模型可在共同描绘极早期宇宙面貌时达到最高程度的统一。这就是为了探索自然的对称与和谐，才导致物理理论的建立和完善。§1物质层层分割：分子原子原子核核子有人说，探索物质微观结构，宛若剥洋葱头，剥掉一层又一层，最后有个尽头，剥到中心为止。这当然只是一个譬喻。物质是否可层层分割、不断地向深层次挺进呢？原子可分，谁都知道原子由原子核和电子构成；原子核可分，其构成粒子

5、——169核子、即质子和中子会发生变化；核子也有内部结构，是否也可分割？这是一个复杂问题。20世纪上半世纪，原子物理、原子核物理的理论和实验研究已基本探明原子、原子核这两个物质层次的状况，并且为释放原子核能而作出多方面努力。人类已在利用原子能；或可认为，人类已进入原子能时代，这当然是就能源开发而言的。再则，原子物理、核物理（连同分子物理、凝聚态物理以及化学等学科）的发展，促使材料科学、信息科学及其技术应用遍地开花，前景看好。当然，原子物理和核物理在披露原子层次、原子核层次的运动变化规律的同时，也展示了在宏观尺度上不露

6、面的一些重要的物质相互作用；物质微观结构探索的动力学意义于此可见。1.1分割原子——物质微观结构探索的起始物质由分子组成，分子是物质中能独立存在并保持物质物理、化学性质的最小单元。分子之间的相互作用力就叫分子力，或称作范德瓦尔斯力；它实为其内部荷电粒子之间电磁相互作用的残余。分子由原子构成；分子有单原子分子和多原子分子之别，单原子分子当然就是单个原子本身。而原子一词，倒并不像分子一词那样用得较晚，分子是近代科学中的术语；绪论中已提及原子系由古希腊思想家提出，按希腊文“atomos”所指不可再分的意思，原子为物质元素的

7、不可再分的最小单元。显然，原子的定义与分子不同；严格地说，分子与原子是物质的两个结构层次。19世纪，某些物理学家已意识到原子有内部结构，例如洛伦兹于1892年预言电子存在。至1897后，J.J.汤姆逊发现电子，这是原子具有内部结构的可靠证据。原子的结构到底如何？电子发现后，有不少原子结构模型面世。汤姆逊本人提出一种所谓被喻作“西瓜”或“葡萄干面包”的模型。该模型乃指：正电荷均匀地分布在整个原子球体内，而电子像西瓜籽或葡萄干那样嵌在其中。长冈“太阳系”模型是由长冈半太郎提出的，乃指正电荷均集中于原子的中心，电子像行星绕

8、太阳运行那样绕着中心运动。图8–1卢瑟福模型受到公众肯定的是卢瑟福的核式结构模型（见图8–1），与长冈模型有相似之处（故也可称作“太阳系”模型），但比其完善得多。1911年卢瑟福提出：全部正电荷Ze（Z为元素的原子序数，e为电子电荷的绝对值）集中在原子球体中心、约占原子大小万分之一的小范围内，构成原子核，原子的几乎全部质量（占99.9%以上）也