《新自然观的发展》PPT课件

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1、四、20世纪自然观的发展20世纪初，相对论、量子理论以及物质结构理论的产生，导致了物理学领域的深刻革命，这场革命动摇了形而上学自然观的基础即经典力学。与19世纪相比，20世纪自然科学的发展有两个特点：A科学向纵深发展，揭示了小至微观，大至宇观的层次结构。B科学向横向发展，出现了既高度分化又高度综合的整体化趋势。与此相应，以新能源、新材料、生物工程、航天技术、海洋技术、信息技术为主要内容的世界新科技革命迅速发展起来，这些技术与计算机技术相结合造成了一种崭新的技术体系，以此为手段，人工自然的疆界迅速扩大，其社会效应和环境效应成为引人注目的问题，也必须从自然观和方法论的高度进行研讨。当代自

2、然观的新发展的概括1、时空的绝对性和相对性何谓同时性的相对性？不同地点的两个事件我们何以知道它是同时发生的呢？这个问题看似平常，却至关重要。同时性不是绝对的，而取决于观察者的运动状态。这一结论否定了牛顿力学所引以为基础的绝对时间和绝对空间框架。狭义相对论的提出：两大假设（基本出发点）：⑴狭义相对性原理在一切惯性坐标系内不能通过物理试验来判断该惯性系是静止的还是。或者说，物理规律的数学表示在一切惯性系表示不变；⑵光速不变原理在所有的相互作匀速直线运动的坐标系中，光在真空中的速度都是不变的。狭义相对论的五大推论：⑴同时性是相对的；⑵运动物体的长度在运动方向要收缩；⑶运动时钟要变慢；⑷物

3、体质量将随速度增加而增加；⑸在光速运动条件下，物体的质量与能量可以相互转化。相对效应产生于两个相对运动的惯性系，且速度与光速比拟，不同惯性系看到的同一事件的时间延缓量和运动的尺缩量是不同的尺缩钟慢效应说的是：对于两个相互运动的参照系来说，处在某参照系中的观察者将会发现另一参照系中的物体，其运动方向缩短了，其时钟走慢了。这两个效应都只是相对论效应。在本参照系中的观察者将看不出这种效应。而且相对论效应是相互的，你看见我的尺缩钟慢，我也看见你的尺缩钟慢。时间和空间随着物质运动速度的变化而变化尺缩钟慢效应狭义相对论揭示了空间、时间、质量和物质运动之间的联系否定了牛顿的绝对时空观，空间和时间不

4、再是与物质及其运动无关的独立实体，经典物理学中的基本常数如物体长度、时间间隔、惯性质量等都不再是绝对的，而与参考系的选择有关。物体的运动状态、时空特性、惯性质量等基本属性是相对于一定的参考系而言的，因而对它们的测量和认识依赖于参考系的选择。广义相对论：基本原理：1广义相对性原理—所有参考系，无论惯性系还是非惯性系，都同样适合表达自然定律2等效原理—一个存在引力场的惯性系和另一个有加速度的非惯性系比较，并无本质的区别广义相对论的理论体系几个推论：1、引力的实质=时空弯曲2、引力场方程——宇宙学方程爱因斯坦广义相对论认为，重力场的时间空间特性是依赖于物质的质量分布的，物质的质量愈大、分布

5、愈密、重力场愈强，则空间的“曲率”就愈大、时间的流逝就愈慢。银河系正面图广义相对论指出，由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，引力场实际上是一个弯曲的时空。也就是说，牛顿提出了万有引力，而爱因斯坦事实上取消了它：引力的本质是没有引力，宇宙中无处不在的引力其实不是引力，而是时空的弯曲！在弯曲的宇宙时空中，天体只能沿路程最短的短程线运动，投射到欧几里的空间中，就呈现出椭圆形的运动轨道。广义相对论指出，时间与空间不能离开物质而独立存在，时空的结构和性质取决于物质的分布，物质存在的空间不是平坦而是弯曲的，物质的密度越大，其周围的空间越是弯曲。揭示了空间与时间之间，空间时间与物质及其运动之间

6、存在的辩证联系。2、从存在到演化无时间性如牛顿力学、相对论、量子力学F=md²r/dt²把t–t，方程形式不变，对时间反演对称，意味时间无方向性时间的重新发现热力学第二定律：汤姆逊：不能从单一热源取热全部转化为功而不产生其它影响。克劳修斯：热不可能从低温物体流向高温物体而不产生其它影响用熵表述为：一个孤立系统的熵总趋于增大（熵增定律）在动力学框架内的新的时间之矢也出现了相对论为基础的宇宙学指出宇宙膨胀量子力学：测量在20世纪，演化的观念进一步发扬耗散结构理论、协同学、突变论，勾画了自然从存在到演化的画面，展示了自然演化的不可逆性的序向，提出了“内部时间”的新概念，使时间从一个外部参量

7、转变为自然演化的内在尺度，展示了自然界演化的分叉、突现方式。3、自然的简单性与复杂性统一自然界不作无用之事，只要少做一点就成了，多做了却是无用；因为自然喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因夸耀自己-----------牛顿自然规律的简单性也是一种客观事实，而且真正的概念体系必须使这种简单性的主观方面和客观方面保持平衡。————爱因斯坦自然的规律性：表明自然具有机械性的确定性、固有的秩序、决定性、必然性、和单一因果关联等还原性自然的外在分离性自然的祛魅对称性可