量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学28页PPT
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第四部分相对论量子力学PPT(完整版)
• 黑体辐射能量按波长的分布仅与温度有关。
• 19世纪，由于冶金以及照明设备制造等 的需要，人们急需找到黑体辐射强度和 辐射频率的关系。1889年卢默与鲁本斯 通过研究空腔辐射得出了黑体辐射光谱 的实验数据。但是，单使用实验数据找 对应点的方法十分不便，于是，人们开 始了寻找一般的公式。 1900年，瑞利根据经典统计力学推出 了一个公式，1905年，金斯修正了瑞利 辐射公式中的一个数值错误，以后，此 公式被称为瑞利－金斯公式。
的波动学说相联系。 不存在孤立的时间，也不存在孤立的空间。
这个一般人很快就会忽略的现象，却引起了这位学者的注意，使他产生了浓厚的兴趣。
”
内蒙古人民出版社 ——玻为尔，了1929证年 明以太的存在，1887年，迈克耳孙、
人民出版社 莫雷一起设计了迈克耳孙-莫雷干涉实验，他们
设计的实验灵敏度足以探测到地球绕太阳运行
•
• 三大发现：
• 1895年，伦琴（1845-1923）研究阴极射线时 意外发现X射线, X射线是一种波长很短(10-95x10-9cm)的电磁波。由此而获得1901年诺贝尔 物理学奖，是第一个获奖人。
• 1896年，贝克勒耳（1852-1908）意外发现放 射性，发现铀。
• 1897年，汤姆逊证实了电子的存在。
• 实验目的：寻找电动力学规律成立的绝对参考系，即与以 太静止的参照系。
•
实验假设：
•
（1）假定电磁场方程在绝对惯性系中严格成立（地
球上认为近似成立）。
•
（2）在“以太”中光速各项同性，且恒等于C，而
在其它参照系中，光速非各项同性（由伽利略变换可知
（3）假定太阳与以太固连，地球相对于以太的速度就应
• 它标志着力学与物理学的分家。从此力学主要 研究宏观规律，而物理以研究微观世界的规律、 特别是原子内部的规律为主。
• 19世纪，由于冶金以及照明设备制造等 的需要，人们急需找到黑体辐射强度和 辐射频率的关系。1889年卢默与鲁本斯 通过研究空腔辐射得出了黑体辐射光谱 的实验数据。但是，单使用实验数据找 对应点的方法十分不便，于是，人们开 始了寻找一般的公式。 1900年，瑞利根据经典统计力学推出 了一个公式，1905年，金斯修正了瑞利 辐射公式中的一个数值错误，以后，此 公式被称为瑞利－金斯公式。
的波动学说相联系。 不存在孤立的时间，也不存在孤立的空间。
这个一般人很快就会忽略的现象，却引起了这位学者的注意，使他产生了浓厚的兴趣。
”
内蒙古人民出版社 ——玻为尔，了1929证年 明以太的存在，1887年，迈克耳孙、
人民出版社 莫雷一起设计了迈克耳孙-莫雷干涉实验，他们
设计的实验灵敏度足以探测到地球绕太阳运行
•
• 三大发现：
• 1895年，伦琴（1845-1923）研究阴极射线时 意外发现X射线, X射线是一种波长很短(10-95x10-9cm)的电磁波。由此而获得1901年诺贝尔 物理学奖，是第一个获奖人。
• 1896年，贝克勒耳（1852-1908）意外发现放 射性，发现铀。
• 1897年，汤姆逊证实了电子的存在。
• 实验目的：寻找电动力学规律成立的绝对参考系，即与以 太静止的参照系。
•
实验假设：
•
（1）假定电磁场方程在绝对惯性系中严格成立（地
球上认为近似成立）。
•
（2）在“以太”中光速各项同性，且恒等于C，而
在其它参照系中，光速非各项同性（由伽利略变换可知
（3）假定太阳与以太固连，地球相对于以太的速度就应
• 它标志着力学与物理学的分家。从此力学主要 研究宏观规律，而物理以研究微观世界的规律、 特别是原子内部的规律为主。
《量子力学》课件
贝尔不等式实验
总结词
验证量子纠缠的非局域性
详细描述
贝尔不等式实验是用来验证量子纠缠特性的重要实验。通过测量纠缠光子的偏 振状态，实验结果违背了贝尔不等式，证明了量子纠缠的非局域性，即两个纠 缠的粒子之间存在着超光速的相互作用。
原子干涉仪实验
总结词
验证原子波函数的存在
详细描述
原子干涉仪实验通过让原子通过双缝，观察到干涉现象，证明了原子的波函数存在。这个实验进一步 证实了量子力学的预言，也加深了我们对微观世界的理解。
量子力学的意义与价值
推动物理学的发展
量子力学是现代物理学的基础之一，对物理学的发展产生了深远 的影响。
促进科技的创新
量子力学的发展催生了一系列高科技产品，如电子显微镜、晶体 管、激光器等。
拓展人类的认知边界
量子力学揭示了微观世界的奥秘，拓展了人类的认知边界。
量子力学对人类世界观的影响
01 颠覆了经典物理学的观念
量子力学在固体物理中的应用
量子力学解释了固体材料的电子 结构和热学性质，为半导体技术 和超导理论的发现和应用提供了
基础。
量子力学揭示了固体材料的磁性 和光学性质，为磁存储器和光电 子器件的发展提供了理论支持。
量子力学还解释了固体材料的相 变和晶体结构，为材料科学和晶
体学的发展提供了理论基础。
量子力学在光学中的应用
复数与复变函数基础
01
复数
复数是实数的扩展，包含实部和虚部，是量子力 学中描述波函数的必备工具。
02
复变函数
复变函数是定义在复数域上的函数，其性质与实 数域上的函数类似，但更为丰富。
泛函分析基础
函数空间
泛函分析是研究函数空间的数学分支，函数空间中的元素称为函数或算子。
物理第六章狭义相对论基础PPT课件
第18页/共51页
洛仑兹坐标变换式
正变换
逆变换
x
x ut
1
u2 c2
y y
z z
t
t
u c2
x
2
1 u2 c 第19页/共51页
x x' ut '
1
u2 c2
y y
z z
t
t'
u c2
x'
1
u2 c2
令 u
c
正变换
1 1 2
逆变换
x x ut x x ut
y y
第2页/共51页
v ' a'
正变换：
把S′系的各量用S系的各量表示。
y
y’
u
P(x, y, z, t)
ut o
o’ z
z’
坐标变换
x' x ut y' y z' z t' t
x’
x’
x x
速度变换
加速度变换
vx vx u
vy vy
a' a
vz vz
——伽利略变换式
第3页/共51页
o
x1
第14页/共x251页 x
l x2 x1 ut
Δt是B′、A′相继通过 x1这两个事件之间的固有时。
l和l ' 之间有什么关系呢？
在S′系，棒静止，由于S系向左运动，x1这一点相继经过B′和A′端。
y
u
o
y
u
o o′ y′
o′
y′
A’
A′ x1
x1经过A′和B′两事件之间的时间间隔，在S’ 系中测量为：
《狭义相对论》PPT课件
第
十 三
狭义
讲
相对论
运动是相对的，在研究运动相对性问题时，认识到 了参考系的概念。
本章研究的问题:
在两个惯性系中考察同一物理事件
通常： 实验室参考系 定为S系 运动参考系 定为S’系
1.伽利略相对性原理
从“三大守恒定律”到“牛顿运动定 律”，完成了“经典力学”的构建。几 乎可以用来解释所有宏观、低速运动现 象。 正如欧几里德几何建立在几条基本假设 的基础上， “经典力学的大厦”建立在“伽利略时 空观”的假设上。
o
v
vt
P
o' x '
x xx
之t坐时标后刻的质点研在究两参都照是系限下的于应z用这些z ' 基本规
律S解系决具zxy 体zxy问'''v题t 。
S '系
x' x vt y' y z' z
t t'
t't
r＝r vt dr ＝dr v dt dt
u u'v a du dt a' du' dt
界 体
伽利略相对性原理
系
的 对
力学规律对所有惯性系平权——
话
》 力学规律在所有惯性系中有同样的表达形式。
伽经利典略力坐学标规变律换 ：
S S'
建一个立参在照系伽静利止-略---时--空S 观系，上y 的动y力' 学量的
守另v 运一恒动个条-参--照件-系--的沿S’规o系x范，轴。以 实t 施0 方时两法坐：标重合 牛x 顿x'运 0动定律
迈克尔孙-莫雷实验的“零”结果
基本假设：光是波动；光在“以太”中以速度c传播；“以太”
十 三
狭义
讲
相对论
运动是相对的，在研究运动相对性问题时，认识到 了参考系的概念。
本章研究的问题:
在两个惯性系中考察同一物理事件
通常： 实验室参考系 定为S系 运动参考系 定为S’系
1.伽利略相对性原理
从“三大守恒定律”到“牛顿运动定 律”，完成了“经典力学”的构建。几 乎可以用来解释所有宏观、低速运动现 象。 正如欧几里德几何建立在几条基本假设 的基础上， “经典力学的大厦”建立在“伽利略时 空观”的假设上。
o
v
vt
P
o' x '
x xx
之t坐时标后刻的质点研在究两参都照是系限下的于应z用这些z ' 基本规
律S解系决具zxy 体zxy问'''v题t 。
S '系
x' x vt y' y z' z
t t'
t't
r＝r vt dr ＝dr v dt dt
u u'v a du dt a' du' dt
界 体
伽利略相对性原理
系
的 对
力学规律对所有惯性系平权——
话
》 力学规律在所有惯性系中有同样的表达形式。
伽经利典略力坐学标规变律换 ：
S S'
建一个立参在照系伽静利止-略---时--空S 观系，上y 的动y力' 学量的
守另v 运一恒动个条-参--照件-系--的沿S’规o系x范，轴。以 实t 施0 方时两法坐：标重合 牛x 顿x'运 0动定律
迈克尔孙-莫雷实验的“零”结果
基本假设：光是波动；光在“以太”中以速度c传播；“以太”
第6章狭义相对论(完全版1)PPT课件
*
9
a´ = a
经典力学认为,物体的质量与运动无关，于是有 Fm 'am aF
S
S
这就是说, 力学规律(牛顿运动定律)对一切惯性 系来说,都具有相同的形式;或者说, 在研究力学规 律时，一切惯性系都是等价的。力学规律(牛顿运 动定律)在伽利略变换下的这种不变性，叫做力学 相对性原理，或伽利略相对性原理。
绝对空间的传统观点。
飞行，宇船0.8c），那么飞船上测得的长度为
0.6米！！
大家对牛顿经典力学比较熟悉，牛顿经典力学适用
于宏观、低速运动。就是包括航天科技的科学试验也服
从牛顿力学。尽管火箭速度很大，但用经典力学去研究
不会出现偏差。因为火箭的速度和光速比较，还是太小
太小。
*
5
我们来看看牛顿的经典时空观：
1 时间间隔与参考系无关 所有的惯性参考系中对两事件的时间间隔测量
结果相同。时间的长短与参考系无关。 时间间隔是绝对的。
2 空间的长短与参考系无关 所有的惯性参考系中对两事件的空间间隔测量
结果相同。空间间隔的长短与参考系无关。
空间间隔是绝对的。
*
6
3 同时性与参考系无关 如果在一个惯性参照系下看，某两个事件
同时发生；在另一个惯性系下，该二事件仍然
同时发生。 同时性是绝对的。
第6 章
狭义相对论
Einstein (1879—1955)
(special relativity)
(6)
*
1
相对论和量子理论是20世纪物理学的两个最伟 大的科学发现。我们首先介绍相对论，再讨论量子 论。
爱因斯坦的相对论分为狭义相对论和广义相对 论。前者分析时空的相对性,建立高速运动力学方 程;后者论述弯曲时空和引力理论。
大学物理教程讲义狭义相对论基础优秀课件
2.洛伦兹速度变换
15
10.3 爱因斯坦的时空观
10.3.1
1.时间的概念
首先，我们必须明确“时间”的概念。我们所考虑到的时间总是关 于同时事件的判断。例如，当我们说“火车七点钟到站”时，意思是“我 的表指针指向7与火车到站是同时的事件”。表面上看似乎可以通过用“ 表的指针位置”代替“时间”来克服一切伴随着“时间”这个定义带来的 困难，实际上只有时钟的位置和事件发生位置相同时这种定义才适合；而 当我们需要把发生在不同地点的一系列事件用时间联系起来时，由于信号 传递速度的有限性，这种定义方法就不再适用了。
13
10.2 爱因斯坦的两个基本假设 洛伦兹变换
10.2.3
1.洛伦兹坐标变换
洛伦兹变换是荷兰物理学家洛伦兹为了解释迈克尔 。他认为刚体长
度在沿运动的方向会有一定的收缩，称为洛伦兹收缩. 洛伦兹变换的定义如下。若存在两个惯性参考系S、S′ 以及固定在两个参考系上的时钟t、t′。
14
10.2 爱因斯坦的两个基本假设 洛伦兹变换
下面讨论在不同的惯性参考 系中长度的测量是否相同。如图 10.7所示，设在S′参考系中沿x′ 轴静止放置一刚性杆，杆两端的坐 标分别是x′1和x′2，测得杆长为 l0=x′2-x′1。这就是通常所讲的杆 的长度，称为杆的“静长”或“原 长”。
19
图10.7 动杆的收缩
10.4 狭义相对论动力学基础
10.4.1 动量守恒定律的洛伦兹变换
动量守恒定律是力学中最重要的定律之一，其内容为： 当系统所受到的合外力为零时，系统动量守恒。下面我们考 虑一种特例。如图10.8所示。以地面为参考系S，在光滑平面 上有两个完全相同的小球A和B，小球A以速度v与静止在平面 上的小球B发生碰撞后，粘在一起并以速度u运动。
15
10.3 爱因斯坦的时空观
10.3.1
1.时间的概念
首先，我们必须明确“时间”的概念。我们所考虑到的时间总是关 于同时事件的判断。例如，当我们说“火车七点钟到站”时，意思是“我 的表指针指向7与火车到站是同时的事件”。表面上看似乎可以通过用“ 表的指针位置”代替“时间”来克服一切伴随着“时间”这个定义带来的 困难，实际上只有时钟的位置和事件发生位置相同时这种定义才适合；而 当我们需要把发生在不同地点的一系列事件用时间联系起来时，由于信号 传递速度的有限性，这种定义方法就不再适用了。
13
10.2 爱因斯坦的两个基本假设 洛伦兹变换
10.2.3
1.洛伦兹坐标变换
洛伦兹变换是荷兰物理学家洛伦兹为了解释迈克尔 。他认为刚体长
度在沿运动的方向会有一定的收缩，称为洛伦兹收缩. 洛伦兹变换的定义如下。若存在两个惯性参考系S、S′ 以及固定在两个参考系上的时钟t、t′。
14
10.2 爱因斯坦的两个基本假设 洛伦兹变换
下面讨论在不同的惯性参考 系中长度的测量是否相同。如图 10.7所示，设在S′参考系中沿x′ 轴静止放置一刚性杆，杆两端的坐 标分别是x′1和x′2，测得杆长为 l0=x′2-x′1。这就是通常所讲的杆 的长度，称为杆的“静长”或“原 长”。
19
图10.7 动杆的收缩
10.4 狭义相对论动力学基础
10.4.1 动量守恒定律的洛伦兹变换
动量守恒定律是力学中最重要的定律之一，其内容为： 当系统所受到的合外力为零时，系统动量守恒。下面我们考 虑一种特例。如图10.8所示。以地面为参考系S，在光滑平面 上有两个完全相同的小球A和B，小球A以速度v与静止在平面 上的小球B发生碰撞后，粘在一起并以速度u运动。
《狭义相对论》课件
原子能级移动
总结词
狭义相对论预测了原子能级的移动，即原子能级的位 置会因为观察者的参考系而有所不同。
详细描述
根据狭义相对论，原子能级的位置会因为观察者的参 考系而有所不同。这是因为狭义相对论引入了新的物 理概念，如时间和空间的相对性，这导致了原子能级 位置的变化。这种现象被称为原子能级移动。
06
狭义相对论的背景和历史
狭义相对论的产生背景是19世纪末物 理学界出现的一系列实验结果，这些 结果无法用经典物理学解释，如迈克 尔逊-莫雷实验和洛伦兹收缩实验。
狭义相对论的提出者爱因斯坦在1905 年提出了特殊相对论，这是狭义相对 论的早期形式。在特殊相对论中，爱 因斯坦解释了时间和空间并不是绝对 的，而是相对的，并且提出了著名的 质能等价公式E=mc^2。
狭义相对论不仅在物理学领域产生了深远影响，还对哲学 、数学等相关学科产生了影响，促进了跨学科的交流与融 合。
THANKS
感谢观看
这与经典物理学中的绝对时空观念相矛盾，因为在经典物理 学中，时间和空间是绝对的，物理定律在不同的参照系中会 有所不同。
光速是恒定的，与观察者的参考系无关
这一假设表明光在真空中的速度对于 所有观察者都是一样的，无论观察者 的运动状态如何。这是狭义相对论中 最基本、最重要的假设之一。
这个假设与经典物理学中的光速可变 观念相矛盾，因为在经典物理学中， 光速会随着观察者的参考系而有所不 同。
03
时间膨胀和长度收缩
时间膨胀
总结词
时间膨胀是狭义相对论中的一个重要概念，指在高速运动的参考系中，时间相对于静止参考系会变慢 。
详细描述
根据狭义相对论，当物体以接近光速运动时，其内部的时间会相对于静止参考系减慢，这种现象被称 为时间膨胀。这是由于在高速运动状态下，物体的时间进程受到相对论效应的影响。