00科技之本-物理学(绪论) [兼容模式]

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1、理学院物理系陈强理学院物理系陈强联合国大会于2004年6月通过了2005年为“国际物理年”的决议。决议全文如下：科学技术之本—联合国大会，¢承认物理学为了解自然界提供了重要基础物理学¢注意到物理学及其应用是当今众多技术进步的基石¢确信物理教育提供了提供了建设人类发展所必需的科学基础科学基础设施的工具¢意识到2005年是爱因斯坦关键性科学发现一百周年，物理学院这些发现为现代物理学奠定了基础陈子瑜1.欢迎联合国教科文组织宣布2005年为国际物理年；2.邀请联合国教科文组织，与世界各国，包括发展中国Offic

2、e：220(Mainbuilding,XueyuanRdcampus)家的物理学会和团体一道，组织活动庆祝2005年国际Tel.8233-8289物理年；3.宣告2005年为国际物理年。Email:chenzy@buaa.edu.cn1该决议在2004年6月10日的联合国(58th)大会上鼓掌通过2理学院物理系陈强理学院物理系陈强一.物理学与物质世界一.物理学与物质世界一.物理学与物质世界物质是什么？现代观点：粒子⇔场(具有质量,动量和能量)什么是物理学？场与粒子是统一体的两种表现形式早期：自然哲学（P

3、hysics=希腊:φνσικα⇔自然）¾粒子是场的激发态形式现在：研究物质结构、相互作用及其基本运动规律。¾粒子间的相互作用来自场之间的相互作用¾是整个自然科学的基础。¾场之间的相互作用是粒子转化的原因为什么物理学很“基础”？粒子种类：¾其它自然学科的基本概念建立在物理概念的基础上自由状态存在的:约452种¾其它自然学科的定律不得违反物理定律其中，规范玻色子4种，轻子12种¾不依赖于其他自然学科自成体系强子436种34理学院物理系陈强理学院物理系陈强一.物理学与物质世界一.物理学与物质世界物质的状态基

4、本相互作用是自然界一切现象的终极原因粒子（固态：（晶态/非晶态）相互凝聚态强电磁弱引力液态：（液晶/非晶液态）作用实气态相对2物）10110-1010-38等离子态强度玻色−爱因斯坦凝聚质范围短程:长程短程:<10-17长程(m)~10-15致密态(恒星晚年):白矮星中子星黑洞作用胶子光子中间玻色子待发现粒子56理学院物理系陈强理学院物理系陈强一.物理学与物质世界一.物理学与物质世界物质世界的层次宇观运动形式（最简单、最基本、最普遍）：机械、电磁（光）、热、微观粒子的运动等宇观－宏观－（介观）－微观是更

5、高级运动(生命、遗传、思维等)形式的基础.宏观复杂如何描述缤纷复杂的物质世界？¾空间尺度(相差1045－1046)高速微观物理学家：1026m(约150亿光年)(宇宙)∼10－20m(夸克)¾物质世界是分层次的；¾时间尺度(相差1045)1018s(150亿年)(宇宙年龄)∼10-27s(硬γ射线周期)¾自然界是一个内部存在普遍规律的统一体.¾速率范围理想：探索整个物质世界统一自洽的基本规律.0(静止)∼3×108m/s(光速)¾粒子数目1(单粒子系统)∼6.02×1023以上(复杂系统)78理学院物理

6、系陈强理学院物理系陈强一.物理学与物质世界一.物理学与物质世界不断寻求统一理论的历史:哈勃半径分层次¾牛顿：力学超星系团但统一E+27¾麦克斯韦：电学、磁学与光学基本粒子星系团E+24天体物E−15¾温伯格等：弱电统一理论原子核E+21银河系理和粒E−12弱+电⇒弱电(70年代)子物理原子E−09E+18最近恒¾大统一理论(GUT):弱+电+强已成为E+15星的距离E−06最小密不可E+12¾超弦理论(?)弱+电+强+引力的细胞E−03E+09太阳系分的姊1mE+06E+03“TheoryofEvery

7、thing”?妹学科DNA长度仙女座大星云人太阳山910理学院物理系陈强理学院物理系陈强一.物理学与物质世界二.物理学与科学思维物理学的本质：二.物理学与科学思维“猜”物质世界之谜物理学家的科学态度⇒实验科学⇒理论与实验高度结合的精确科学1/3激奋在于建立理论特点：1/3激奋在于证实理论范围广⇒需要用不同的理论研究方法活⇒涉及各种科研方法1/3激奋在于突破理论难度大⇒数学化程度最高、抽象思维+逻辑推理爱因斯坦是典范：跳跃多⇒创新思维、大胆假设、超越日常经验--最令人惊讶的是没有出现令人惊讶的事—实验结果

8、与已有理论不符合预示着重大突破1112理学院物理系陈强理学院物理系陈强三.物理学与科学技术三.物理学与科学技术三.物理学与科学技术¾卢瑟福α粒子散射实验(1909)¾物理学为其他学科创立技术和原理－核能利用(40年代以后)¾重大新技术领域的创立总是经历长期的物理酝酿¾爱因斯坦受激辐射理论(1917)(物理)－第第光一台激光器(1960)(技术)(如微电子技术的发展）¾信息技术的发生和发展的硬件部分(技术)物理学满足人类从能认识到的最根本的程