物理学与科学方法论

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1、物理学与人类文明盛正卯浙江大学物理系2012年11月zmsheng@zju.edu.cn1本课程说明:国家精品课程网站:http://jpkc.zju.edu.cn/k/411/index.html本课程与叶高翔教授共同开设,叶教授主讲经典物理和量子物理部分,由我主讲相对论、物质结构、宇宙学等等。叶高翔教授:凝聚态物理专业,从事实验研究为主盛正卯教授:理论物理和等离子体物理专业,主要从事量子场论和聚变理论与模拟的研究,承担了多项国家自然科学基金、国家重大专项,"973"项目和高技术"863"项目等的研究.聚变理论与模拟中心：http://ifts.zju.edu.cn办公地点：玉泉校区

2、教11-412课程的目标：通过本课程的学习，使同学们对现代科学的基础——物理学（包括经典物理学、量子物理学、相对论、物质结构、现代宇宙学、非线性物理学等以及由此而产生的现代高科技的重大突破）总体上有初步而宏观的了解；通过具体实际例子和讨论，使同学们了解科学发展规律、哲学观念、思维方式及研究方法；培养同学们严谨的逻辑和推演等理性思维能力；包括用物理学的原理来理解社会科学领域的问题的方法介绍在人类长期科学实践活动中所逐渐形成的一种文化----科学精神；培养同学们的科学精神。什么是LHC?ITER?LargeHadronCollider建造的目标是什么?进展如何？时空是几维的?是否存在黑洞?

3、黑洞是否只长大,不会变小?距离地球最近的黑洞在2.4万光年以外。是V4641Sagitarii双星之一，它正在慢慢吞噬一颗伴星。当它在1999年喷射狂暴的X射线时，无意中泄露了自己的藏身之地。天文学家原以为这个双星系统距地球只有1600光年远，但在2001年的后续观测中，发现它其实距地球2.4万光年之遥。第四章相对论与现代时空观第五章物质结构宇宙之砖第六章宇宙的起源及演化第七章非线性物理、科学认识论第八章物理学的未来及其与社会的关系8AlbertEinsteinin19169第四章相对论与现代时空观什么是相对论？什么是空间和时间？什么是参照系？什么惯性参照系？相对论有哪些主要结论？相对

4、论有实际应用吗？10第九讲狭义相对论的基本原理及主要结论114.1狭义相对论的创立牛顿认为光是由微粒构成的，18世纪人们普遍接受了他的结论。19世纪却积累了大量的证据支持光是一种波的说法。1873年麦克斯韦建立的电磁理论指出光是一种电磁波。光波是靠什么作为传播媒介的呢？它是无孔不入、无处不在的传播媒质──“以太”吗？12速度迭加13“以太”的漂移A点接收到的光速为B点接收到的光速为迈克尔逊-莫雷实验始终得到否定的结论14迈克尔逊-莫雷实验154.2狭义相对论的基本原理4.2.1光速不变原理光在真空中的传播速度，在所有惯性参照系中均相同。但光在不同介质中的传播速度是可以不一样的164.2

5、狭义相对论的基本原理4.2.2相对性原理所有的物理规律在不同的惯性参照系中均一样乘坐的火车仃在车站上时，有一列原仃靠在相邻铁轨上的火车向后驶离车站，您却觉得自己所乘坐的列车向前开动了17相对性原理伽利略在《关于两个世界体系的对话》一书中，借主人翁塞尔维亚蒂之口阐述道：“你和你的朋友被关进大船甲板下的主舱里，里面还有几只苍蝇、蝴蝶和其他小飞虫，鱼缸里还有几条鱼。然后，将一只水瓶倒挂，让瓶里的水一滴一滴地滴进下边的水罐里。船不动时，小飞虫向着舱内各个方向自由飞行，鱼向各个方向自由游动，水滴滴进罐子。你扔东西给你的朋友，只要18距离相等，向这个方向不比向另外一个方向用更多的力。你双脚齐跳，不

6、论向哪个方向跳的距离都一样。当船以任何速度向任何方向匀速前进，你会发现，上述现象没有丝毫变化。你无法从其中任何一个现象来确定，船是在运动还是静止不动。即使船开得很快，你向船尾跳也不会比向船头跳得更远；不论你的朋友在船尾还是在船头，扔东西给他所用的力还是相同；水滴仍然进下面的罐子，尽管水滴在空中时，船已向前运动了……”194.3狭义相对论的主要结论4.3.1同时的相对性在车厢上同时发生的两件事，在地面上看来并不同时发生。同时性具有相对性。204.3.2时间延缓既然同时性是相对的，为什么时间一定是绝对的呢？斜边为214.3.2时间延缓民间有一种说法，天上一天人间一年乘坐0.99996247

7、倍光速宇宙飞船航行,则宇航员的一天,在地球上的人们看来就相当于一年。为什么我们在乘坐飞机、火车时没有感觉到时间延缓？因为速度相对于光速来说太小了乘3倍声速的超音速飞机，一百年后，时间也只延长了0.015秒224.3.3长度缩短2324表明空间也是相对的，在不同参照系有不同的空间结构。在一个参照系看物体是一个正方体，在另一个参照系可能是长方体；在一个参照系是球形，在另一个参照系却是扁球形的。表明物体的形状是相对的。25SPF所化时间为，FD所化时