二十世纪物理学回眸

《二十世纪物理学回眸》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、二十世纪物理学回眸19世纪是化学世纪，20世纪是物理学世纪，21世纪是什么世纪……20世纪初，相对论和量子力学的建立标志着现代物理学的诞生，物理学不仅深入探讨物质的本质，而且促进了技术的飞速发展，电视、激光、电脑、半导体、集成电路、无线电通讯，原子能、航空及航天技术……无一不是建筑在物理学成果基础之上。20世纪是物理学世纪，当之无愧。一、辉煌的发展1、时空理论的革新------相对论2、经典力学的突破------量子力学3、宇宙之谜的破译------现代宇宙学二、物理思想的讨论1、时空是形而上还是形而下？2、决定性与概率性？3、科学原理的逆命题的表述4、基础理论与应用科学三、21

2、世纪物理学展望1、宇宙学------引力的量子化及宇宙起源2、生物物理------把生物学提高到分子生物学水平3、纳米科学------纳米材料性质的理论解释“我们所见的固然美好，我们明了的愈加美妙，我们尚未彻悟的更是不胜其美，美不可言。”尼尔斯·斯坦森（丹麦自然学者）（NielsSteensen）结语谢谢Ⅰ爱因斯坦及其相对论爱因斯坦（A.Einstein1978-1955）“我们全都获益匪浅，全世界都要感谢他的教诲，那专属于他个人的东西，早已传遍广大人群。他象行将陨灭的慧星，光华四射，把无限的光芒同他的光芒永相连结”。——歌德为席勒的葬礼而写的诗“在我们这一时代的物理学家中，爱因

3、斯坦将位于最前列。他现在是，将来也是人类宇宙中有头等光辉的一颗巨星。很难说，他究竟是同牛顿一样伟大，还是比牛顿更伟大；不过可以肯定地说他的伟大是可以同牛顿相比拟的。按照我的见解，他也许比牛顿更伟大，因为他对于科学的贡献更加深入到人类思想基本概念的结构中去了。”——朗之万在不久之前，加拿大《环球时报》约请世界各地读者评选“从公元1001年起，迄今1000年内对环球最有影响的100位伟人”荣登榜首的正是爱因斯坦。瑞典科学院颁发1921年诺贝尔物理学奖的措词是：“由于爱因斯坦发现光电效应定律以及他在理论物理领域的其它工作，特授予奖金。”Ⅱ狭义相对论（1905年）问题以太之谜迈克尔逊一莫

4、雷实验光速不变与牛顿时空观的矛盾爱因斯坦的方案光速不变原理相对性原理构建新的时空理论改造经典力学两种时空理论的比较：两个重要的动力学结论质速关系E=mc2质能关系存在问题光速为什么是不变的？光速为什么是不可超越的？超光速现象存在吗？Ⅲ广义相对论（1915年）问题：惯性的特殊地位；牛顿引力论的困难；引力如何纳入相对论。爱因斯坦解决方案：广义协变原理——一切参考系平等——任何参考系表达的物理方程形式不变等效原理——mI=mG——引力与惯性力等效——引力与参考系相联系——把引力与时空相联系广义相对论的新时空观：时空几何及度量由引力场强弱分布决定——由物质的分布及其运动决定；引力场越强，

5、空间弯曲得越厉害，时间进程就越慢；地球的引力场很弱，太阳附近的引力场也不强，这里的时空可近似看作平直时空，即欧几里得性质的。实验验证：1）太阳光谱线的引力红移2）水星近日点剩余进动（42″/百年）3）星光在太阳附近的偏折（1.75″）（1919年）4）利用穆斯堡尔效应测定引力频移（1960年）5）利用雷达回波在引力场中的时间延迟（1968，1977）存在问题：变化引力场中的时间问题，量子化问题Ⅰ量子论a）黑体辐射的紫外灾难与普朗克的量子论（1900年）经典理论的连续性信条的第一次挫败，普朗克引入的不连续的能量子ε=hv突破了经典物理的连续性原理，从此标志了量子物理的诞生，普朗克被

6、称为量子论之父。量子化——物理量的分立化——微观世界的基本特征之一。b）光电效应对经典物理的发难与爱因斯坦的光量子假设（1905年）光的波动学说难以解释光电效应，经典连续性理论的又一次失败，爱因斯坦把普朗克的能量子假设推广到光辐射问题上，简单引入光量子ε=hv假设，光电效应很快解决了理论解释，爱因斯坦因此而获得了1921年的诺贝尔物理奖。c）经典原子模型的困难及玻尔的量子化假设1911年卢琵福实验确立了原子有核模型的地位，但原子有核模型却存在着原子稳定性的困难。玻尔于1913年提出了原子模型的新理论，在他的新理论中，主要是两条假设：定态与跃迁。定态：原子中的电子只能在确定的几个状

7、态上存在，而原子保持稳定；跃迁：原子中的电子在不同定态间的跃迁，发射出单一频率的申磁波，其频率由普朗克公式确定。普朗克的量子论打开了量子世界的一扇窗户，玻尔的原子理论则打开了量子世界的大门。Ⅱ量子力学a）1924年德布罗意在他的博士论文中提出了一切实物粒子亦具有波动性的假设，他把实物粒子的波性质与粒子的能量与动量相联系。E=hv，P=h/λ德布罗意认为“一束电了穿过非常小的孔，可能产生冲射现象，这也许是实验上证实我们想法的方向。”1927年戴维逊和革末利用电子在晶体表面上的反射产