现代物理学革命及其意义
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21世纪物理学的几个活跃领域和发展前景,物理-20世纪是科学技术飞速发展的时代。
在这个时代,目睹了人类分裂原子、拼接基因、克隆动物、开通信息高速公路、纳米加工和探索太空。
很难设想,若没有科学技术的飞速发展,没有原子能、没有计算机、没有半导体,现代生活将是什么样子。
与科学技术的发展一样,物理学也经历了极其深刻的革命。
可以说,物理学每时每刻都在不停的发展,其活跃的前沿领域很多,是最有生命力、成果最多的学科之一。
一、21世纪物理学的几个活跃领域蒸蒸日上的凝聚态物理学自从80年代中期发现了所谓高临界温度超导体以来,世界上对这种应用潜力很大的新材料的研究热情和乐观情绪此起彼伏,时断时续。
这种新材料能在液氮温区下传导电流而没有阻抗。
高临界温度超导材料的研究仍是今后凝聚态物理学中活跃的领域之一。
目前,许多国家的科学工仍在争分夺秒,继续进行竞争,向更高温区,甚至室温温区超导材料的研究和应用努力。
可以预计,这个势头今后也不会减弱,此外,高临界温度的超导材料的机械性能、韧性强度和加工成材工艺也需进一步提高和解决。
科学家们预测,21世纪初,这些技术问题可以得到解决并将有广泛的应用前景,有可能会引起一场新的工业革命。
超导电机、超导磁悬浮列车、超导船、超导计算机等将会面向市场,届时,世界超导材料市场可望达到2000亿美元。
由不同材料的薄膜交替组成的超晶格材料可望成为新一代的微电子、光电子材料。
超晶格材料诞生于20世纪70年代末,在短短不到30年的时间内,已逐步揭示出其微观机制和物理图像。
目前已利用半导体超晶格材料研制成许多新器件,它可以在原子尺度上对半导体的组分掺杂进行人工“设计”,从而可以研究一般半导体中根本不存在的物理现象,并将固态电子器件的应用推向一个新阶段。
但目前对于其他类型的超晶格材料的制备尚需做进一步的努力。
一些科学家预测,下一代的电子器件可能会被微结构器件替代,从而可能会带来一场电子工业的革命。
微结构物理的研究还有许多新的物理现象有待于揭示。
例谈“近现代物理学对三次科技革命的影响
例谈“近现代物理学对三次科技革命的影响物理学是研究物质世界最基本、最深层次规律的科学分支,是在最基础层面上研究物质运动规律的科学。
近代以来,物理学由经典走向现代,由宏观到微观,它对人们改造自然、推动社会发展起着极其重要的作用,特别是促进了人类历史上三次科技革命的发展。
认识物理学的发展与三次科技革命(特别是核心技术突破)的关系不仅是我们学习的重点,而且有助于深刻理解“科学技术是第一生产力”这句话的内涵。
下面,我们一起借助史料来探讨这个问题。
一、物理学的进步有力地推动了三次科技革命核心技术的突破材料一解读图一是纽可门制造的蒸汽机,但它热量浪费太大,效率不高,只有简单的往复式线性运动。
图二是瓦特改良了的蒸汽机,它可以进行复动式的旋转运动,这大大促进了机器的运用和工厂的生产。
力学和热学是第一次科技革命的理论基础和指南,牛顿力学是机械设计和制造的理论基础。
材料二解读图三、图四是第二次科技革命的重要发明。
它以法拉第、麦克斯韦的电磁学为理论前导,以电力和内燃机的应用为标志,推动了汽车、飞机和无线电讯的广泛使用,创造了比蒸汽机时代大得多的生产力,人类进入了“电力时代”。
材料三第三次科技革命重要成果简表解读第三次科技革命产生了一系列高新技术,如核能源技术、电子计算机技术、航天技术等。
这次科技革命的前提是四项重大科学发现。
其一是相对论;其二是量子力学;其三是分子生物学;其四是系统科学,人类进入“信息时代”。
材料四恩格斯指出:“十七世纪和十八世纪从事创造蒸汽机的人们也没有料到,他们所造成的工具,比其他任何东西都更会使全世界的社会状况革命化。
”解读因重大技术的发明而引起技术发展上的重大变革和飞跃性的质变,并引起了生产力的飞跃发展和推动社会生产关系和社会生活一系列新变化的大变革。
科学技术的进步推动了社会的发展,科学技术是生产力,生产力是推动人类社会发展的终极动力。
物理学作为一门基础科学,它的突破体现在科技层面,反映了生产力的进步。
物理学革命的定义
物理学革命的定义
物理学革命可以有多种定义,但通常指的是时期或框架内发生的重大变革或突破,使人们对物理学的理解和应用发生根本性的改变。
以下是一些可能的定义:
1. 理论革命:物理学革命可以指某一理论或观点的出现、发展和变革,如爱因斯坦相对论和量子力学的出现,即相对论和量子力学革命。
2. 方法革命:物理学革命可以指某一方法或实验技术的创新和引入,从而改变了研究和实验的方式,如电子显微镜、粒子加速器等的发明。
3. 社会革命:物理学革命可以指物理学在社会、经济、技术等方面的影响和变革,如工业革命时期的热力学和电磁学的发展,以及现代科技时代物理学在信息、通讯、能源等领域的应用。
总的来说,物理学革命是指对物理学理论和应用产生重大影响、改变学科面貌的一系列进步和突破。
人类物理学史上的三次危机、三场革命和三大时代
人类物理学简史:三次危机、三场革命和三大时代物理学是最古老的科学之一。
在过去的两千年中,物理学与哲学、化学等等经常被混淆在一起,相提并论。
直到十六世纪科学革命之后,才单独成为一门现代科学。
如同人类始终只是自然界的产物和附庸一样,人类物理学也始终只是自然界的产物和附庸。
即是说,它始终只是对自然界的反映。
如同人脑始终只是人类的产物和附庸一样,人类物理学也始终只是人类的产物和附庸。
之所以要将“物理学”称为“人类物理学”,只是因为根据事物来描述事物。
如同思维和意识始终只是人脑的产物和附庸一样,人类物理学也始终只是人脑的产物和附庸。
即是说,它产生于人类的思维,故而始终只是人类思维的产物;它附属于人类的意识,故而始终只是人类意识的附庸。
如同人类历史始终只是不以人的意志为转移的自然历史过程一样,人类物理学史也始终只是不以人的意志为转移的自然历史过程。
我们按照社会经济各时期的特点和物理学本身发展的规律,并兼顾其他各种因素(如物理学的不同时期的不同研究方法),指出物理学发展史上的三次危机和三场挽救了危机并推动物理学的进一步发展的伟大革命,把物理学史大体划分为三个时期。
一、经验时代——古代经验物理学时期17世纪以前,中国和古希腊形成两个东西交相辉映的文化中心。
人类社会生产力的最初的发展,初步造就了物理学这一伟大科学体系。
人类物理学的诞生和古代经验物理学时期的开始,成为人类史上第一次物理学革命——“经验革命”的直接成果。
经验科学已从生产劳动中逐渐分化出来。
这一时期物理学研究的主要方法是直觉观察与哲学的猜测性思辨。
所以,与生产活动及人们自身直接感觉有关的天文、力、热、声、光(几何光学)等知识首先得到较多发展。
除希腊的静力学外,中国在以上几方面在当时都处于领先地位。
在这个时期,物理学尚处在萌芽阶段。
二、经典时代——近代经典物理学时期17世纪初—19世纪末,资本主义生产促进了科学技术的发展,推动形成了第二次人类物理学革命——“经典革命”,开创了人类物理学史的崭新时代。
物理学在现代社会的重要性
物理学在现代社会的重要性物理学是研究物质、能量和它们之间相互作用的科学。
它的研究范围广泛,从微观世界的粒子与原子到宏观世界的运动和力学,以及电磁学、热学、光学等各个领域。
物理学的发展与应用对现代社会的进步和发展起着至关重要的作用。
一、物理学在科技领域的应用物理学的研究成果广泛应用于科技领域,推动了科技的发展和进步。
例如,电子器件的发明和应用,离不开对电子物理学的研究。
我们常用的电视、电脑、手机等设备都是应用了电子物理学的原理制造而成的。
此外,光学物理学的研究为激光技术的应用提供了基础,激光在医学、通信、制造等领域发挥着重要的作用。
二、物理学在能源领域的应用能源是现代社会发展的基础,而物理学在能源领域的研究与应用对于保证能源的可持续发展至关重要。
物理学家研究了石油、煤炭、天然气等传统能源的开采和利用方法,并且不断寻找替代能源。
太阳能、风能、水能等可再生能源的开发利用,也离不开物理学的理论支撑和实践应用。
物理学在能源转换和储存领域的研究将为解决能源危机和环境污染问题提供重要的技术支持。
三、物理学在医学领域的应用物理学的研究成果对于医学领域的发展和创新具有重要意义。
医学成像技术的发展离不开物理学的支持,例如X射线、核磁共振、超声波等成像技术,为医生提供了丰富的诊断手段和工具。
此外,物理学在生物医学工程领域的研究也为仿生学、生物材料等领域的发展奠定了基础。
四、物理学在交通运输领域的应用物理学研究了运动与力学的规律,对于交通运输领域的发展起到重要的推动作用。
交通工具的设计与优化离不开物理学的原理和方法,例如汽车、飞机、高铁等交通工具的运行原理与动力学研究,都依赖于物理学的基础理论。
另外,物理学在智能交通系统的研究中也发挥着重要的作用,提高了交通安全性和效率。
总结起来,物理学在现代社会的重要性不言而喻。
它不仅为科技的发展和应用提供了理论基础,也推动了能源、医学、交通运输等领域的进步与创新。
物理学的发展将继续为我们解决现实问题提供重要的支持和参考,促进社会的可持续发展。
物理学发展的历史背景及其对人类社会的价值论文
物理学发展的历史背景及其对人类社会的价值论文摘要:物理学根基长远,她伴随着人类社会实践的发展而产生、形成和发展,在各个阶段,其研究内容、研究方法和基本观念都在不断地发生着深刻的变化。
同时,在各个阶段,她对当时的人类社会所起的作用和价值也是不同的。
物理学的发展是一个传承与突破交互作用的辨证过程,既包含有进化式的量的积累,又包含有飞跃式的质的变革。
因此,可以说,物理学的发展史就是一部人类认识世界、了解自身存在的历史缩影。
关键词:物理学;发展;人类社会;价值1物理学发展的一些历史背景中国民间有句俗话称“时势造英雄”,这虽然过份夸大了客观因素的作用,而忽视了个人的智慧和创造力,但也从另一侧面提示了客观历史背景对事物发展的积极推进作用。
在古代,人类自身因为生存的需要而不得不有效地利用畜力、风力、水力和人力,因此发明了许多机械,促进了物理知识的不断积累[1]。
经典力学的诞生,也是当时人们在先人已积累的知识体系中遇到了矛盾,为解决矛盾而对实践进行充分的检验,从此促进物理学新体系的形成:首先是伽利略对亚里士多德运动理论的检验和批判为起点,对阿基米德静力学理论进行了继承和发展,以1632年出版的《关于两大世界体系的对话》和1638年出版的《关于力学和局部运动两门新科学的谈话和数学证明》两本书为标志;其次是牛顿的的经典力学,他概括了伽利略、笛卡儿、开普勒、惠更斯、胡克等人的研究成果以及他自己的创造,在1687年著名的《自然哲学的数学原理》中,首次创立了一个地面力学和天体力学统一的严密体系,成为经典力学的基础,实现了物理学史上的第一次大综合[2]。
二次大战中核武器的应用,加速了人们对核物理世界的认识,使人们对物质的认识越来越细微和深入。
同样,为解决物理学晴朗的天空中漂浮着的两朵令人不安的“乌云”,狭义相对论和量子力学便因运而生,为当代物理学的发展叩开了大门。
现代物理学对社会发展的影响
现代物理学对社会发展的影响现代物理学是20世纪以来迅猛发展的一门科学,对社会的发展产生了深远的影响。
本文将从科学技术、能源开发、医疗健康和环境保护等几个方面来论述现代物理学对社会发展的重要影响。
一、科学技术领域现代物理学在科学技术领域发挥了重要作用。
首先是在通讯技术方面,量子力学的应用为信息传输提供了新的可能性,量子通信的发展使得信息的传输更为安全和高效。
其次,在计算技术方面,量子计算机的研究和发展将会带来计算能力的飞跃,对解决复杂问题具有重要意义。
此外,现代物理学在材料科学和纳米技术方面的应用,也为科学技术的发展提供了基础。
二、能源开发与利用能源是社会发展的重要支撑。
现代物理学在能源领域的研究与应用,为人类解决能源危机和环境污染问题提供了新的思路。
核能的开发与利用依赖于原子核物理的研究成果,核能成为了人类清洁能源的选择之一。
此外,太阳能、风能、地热能等可再生能源的开发,也离不开对光学和电子学的研究。
现代物理学的应用使得能源开发更加多样化和可持续。
三、医疗健康领域现代物理学在医疗健康领域的应用对人类的健康产生着深远的影响。
医学影像学的发展,如CT、核磁共振等技术的应用,使得医生可以更准确地诊断和治疗疾病。
现代放射治疗在癌症治疗中的广泛应用,也是现代物理学对医疗健康领域做出的巨大贡献。
此外,激光技术的应用在眼科手术和皮肤美容等方面也产生了积极的效果。
四、环境保护现代物理学在环境保护中扮演着重要角色。
首先是对大气物理研究的贡献,大气物理学的发展促进了对大气环境的监测和预测,为环境保护提供了科学依据。
其次,在清洁能源方面的研究,如太阳能、风能等,对减少化石能源的使用和减少碳排放具有重要意义。
此外,物理学的研究促进了环境污染治理与修复技术的发展,为改善环境质量提供了技术支持。
综上所述,现代物理学对社会发展具有广泛而重要的影响。
在科学技术、能源开发、医疗健康和环境保护等领域,现代物理学的应用推动了社会的进步和发展,为人类创造了更好的生活条件和未来。
评述19世纪末物理学三大发现对物理学的发展的意义
评述19世纪末物理学三大发现对物理学的发展的意义19世纪末,物理学上出现了三大发现 X射线、放射性和电子。
这些新发现,揭开了物理学革命的序幕,它标志着物理学的研究由宏观进入微观,标志着现代物理学的产生。
著名物理学家开尔文说:“19世纪已经将物理大厦全部建成,今后物理学家只是修饰和完美这所大厦。
”但很快物理学上三大发现的出现打破了这种固步自封的思想。
同时,这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念,从而打开了原子和原子核内部结构的大门,揭露了微观世界中更深层次的奥秘。
1895年11月8日晚,伦琴陷入了深深的沉思。
他以前做过一次放电实验,为了确保实验的精确性,他事先用锡纸和硬纸板把各种实验器材都包裹得严严实实,并且用一个没有安装铝窗的阴极管让阴极射线透出。
可是,他却惊奇地发现,对着阴极射线发射的一块涂有氰亚铂酸钡的屏幕发出了光而放电管旁边这叠原本严密封闭的底片,现在也变成了灰黑色,这说明它们已经曝光了!这个一般人很快就会忽略的现象,却引起了伦琴的注意,使他产生了浓厚的兴趣。
后来,伦琴用黑的厚纸板把阴极射线管子包起来,意外的发现1米以外的荧光屏在闪光,而这绝不是阴极射线,因阴极射线穿不透玻璃,只能行进几厘米远。
伦琴意识到这可能是某种特殊的从来没有观察到的射线,它具有特别强的穿透力,断定这是一种新射线。
他一连许多天将自己关在实验室里,集中全部精力进行彻底研究。
6个星期后,伦琴确认这的确是一种新的射线。
1895年12月22日,伦琴和他夫人拍下了第一张X射线照片。
其实很多人都曾观察到过X射线的现象,但未深究而错过机会。
正因为伦琴善于观察,精心分析,因此他发现了“X”光。
1901年,伦琴获首届诺贝尔物理奖,当之无愧。
天然放射性的发现与X 射线的发现直接相关。
1895 年末,伦琴发现X 射线后,把他的论文的预印本和一些X 射线照片分别寄给了欧洲各国著名的物理学家,其中包括法国科学家庞加莱。
在1896 年1 月20 日的法国科学院每周例会上,庞加莱展示了伦琴的论文和照片,立即引起了贝克勒耳的极大兴趣。
现代物理学的发展与演化之路
现代物理学的发展与演化之路现代物理学通常是指二十世纪初开始发展起来的物理学,包括相对论,量子力学,原子和原子核物理学,粒子物理学等,是物理学的一个重要组成部分。
它彻底改变了人们以往的时空观,使人们对这个世界有了新的认识,也大大地改变了人们的生活方式。
在21世纪,物理学将进一步获得迅速发展,物理学仍将是整个自然科学的基础,物理学的进展仍是推动整个自然科学发展的一个最重要的动力。
十九世纪末二十世纪初,经典物理学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段,随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立,经典物理学达到了它的顶峰,当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画,几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。
由于经典物理学的巨大成就,当时不少物理学家产生了这样一种思想:认为物理学的大厦已经建成,物理学的发展基本上已经完成,人们对物理世界的解释已经达到了终点。
物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决,剩下来的只是进一步精确化的问题,即在一些细节上作一些补充和修正,使已知公式中的各个常数测得更精确一些。
然而,在十九世纪末二十世纪初,正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际,科学实验却发现了许多经典物理学无法解释的事实。
首先是世纪之交物理学的三大发现:电子、X射线和放射性现象的发现。
其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”:“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。
这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾,经典物理学的传统观念受到巨大的冲击,经典物理发生了“严重的危机”。
由此引起了物理学的一场伟大的革命。
爱因斯坦创立了相对论;海森堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。
现代物理学诞生了!现代物理学革命的最主要成果是由爱因期坦的相对论和由普朗克,玻尔奠基,德布罗意,薛定谔,海森堡,狄拉克等建立的量子力学,发现高速领域和微观领域内新的物质运动规律,揭示了物质和运动以及它们同时间,空间等物质存在形式的有机联系,揭示了微观世界中波动性和微粒性,连续性和间断性,必然性和偶然性之间的辩证关系。
名词解释物理学革命
名词解释物理学革命
物理学革命是指20世纪上半叶出现的一系列重大变革,这些变革深刻影响了现代物理学的发展方向。
这些变革包括新物理学的发现、量子力学的发展、相对论的修正、电磁学的重建、核物理学的深入研究等等。
其中最著名的是两次物理学革命。
第一次是狭义相对论的兴起,第二次是量子力学的发展。
狭义相对论改变了人们对空间和时间的看法,提出了著名的质能等价原理,并揭示了高速物体的运动规律。
量子力学则揭示了微观世界中粒子的行为规律,发展了量子态的概念和量子力学的数学描述方法。
这些发现对于人类理解物质世界的本质和探索新的科学领域产生了深远的影响。
除了物理学革命本身的成就,这些变革还推动了其他领域的发展,如计算机科学、材料科学、能源技术等。
例如,量子力学的应用在半导体工业中广泛应用,促进了计算机和信息技术的发展。
相对论在核物理学中的应用推动了核能技术的发展,为人类提供了清洁、可持续的能源。
物理学革命是20世纪上半叶最重要的科学事件之一,深刻地改变了人类对物质世界的认识和理解。
这些变革不仅推动了科学的发展,也推动了人类文明的进步。
从物理学大革命得到的启示
从物理学大革命得到的启示我时常在想,这个世界是被如何造就的?一切规律的规律又是什么?在整个物理科学的发展中,我们能观察到一条清晰的脉络,由直观的观察(亚里士多德由重物下落得出力是运动的原因),到理性的推理(伽利略斜坡设想),再到非理性的第三种解释(包括相对论对时空的全新认识和量子力学对于粒子状态非连续性的判断),由这条清晰的脉络,我们发现了思维的愈发抽象化。
如果说,由伽利略建立的科学研究体系具有思维上的直观的话(这样说就好像抽象力成为了我们的双眼用来对世界进行直观观察),那么,非经典力学体系则是思维上也变得十分隐晦。
用更加抽象的思考代替目前,这是当代物理学发展的方向,这也使其不断向东方的神秘主义哲学靠拢。
薛定谔曾说,现代物理学需要得到东方智慧的输血,而在一战之后,日本在理论物理学界上的飞越也被解读为东方智慧对于解释不直观现象的强大。
东方神秘主义强调直觉、领悟,拒绝逻辑的推理,强调在沉思中充分感知自身与自然的联系,从而得到启示。
相比之下,西方思维则是将世界视作玻璃下的实验品,观察者站在一个绝对客观的角度对事物进行研究。
但是,现代物理学告诉我们这是错误的。
观察者不可能绝对独立于观察事物本身,每一个观察都实际上会对所观察的东西造成影响。
因此,最好的方法是将自身与自然融为一体,作为一个参与者的身份了解这个世界。
而目前主流经济学的发展个人认为仍旧处于物理史中牛顿经典力学的阶段。
观察者完全独立,给定初态和规律则结果唯一,事物间呈现线性的关系。
在经济学的教科书中,我们经常发现由简单假设推理出的结果。
比如NX=Y-C(Y-T)-G-I 这说的是一国净出口的决定要素。
假如提高国内税率则由此式可得出NX提高。
果真如此?假如提高国内税率导致进口品的相对廉价呢?是否又会减小NX?如此事例,不胜枚举。
我想说的是,是否经济学也需要一场类似于20世纪20年代物理学大革命一样的变革?历史上这样的变革已经发生了很多次。
李嘉图的比较优势理论揭示了国际贸易的实质(当然现在这个理论也饱受攻击)。
第十二章20世纪初的物理学革命
第十二章20世纪初的物理学革命第一节电子、x射线和天然放射性的发现物理学革命首先是由电子、x射线和天然放射性的发现引起的。
20世纪的热电子的发射、光电效应的实验,进一步证明了任何原子都包含着电子的结论。
1.德国人伦琴:发现了x射线。
在医学方面取得了应用。
2.法国的贝克勒尔:发现了放射性。
3.与李夫人:发现了镭、铀等方射性元素。
4.新西兰科学家卢瑟福:发现了三种射线。
5.汤姆逊:证实了电子的存在,并测得电子的质量只有质子的1/1840。
十九世纪物理学的三大发现,电子、x射线、天然放射性,将质量和能量联系在一起。
三大发现猛烈的冲击着牛顿力学的物质、质量、能量、运动等基本概念。
第二节爱因斯坦的相对论太阳光之所以能传到地球,就是因为在太阳到地球的空间充满着以太,“以太”这个概念是由笛卡尔从古希腊的哲学中引入科学中来的,用它来代表一种充满宇宙,能够传递力的特殊的无重量的物质。
但以太究竟是什么,这一直是一个科学之谜。
1876年---1887年间,美国物理学家迈克尔逊和莫雷继续进行了搜索以太风的实验。
实验结果表明以太不存在。
1.迈克尔逊—莫雷:以太飘移实验。
2.爱尔兰物理学家菲兹杰业:在1889年提出了长度收缩的假说,他认为,静止长度最长。
3.荷兰物理学家洛伦兹:独立的提出收缩假说。
4.法国科学家彭加勒:引进了四维时空观念。
5.德国科学家爱因斯坦:一科学家革命家的姿态登上了物理学的论坛。
他一生最大的贡献就是相对论。
他在1905年发表的<论动体的电动力学〉一文中首先创立了狭义相对论。
狭义相对论的两条基本原理是:第一,对于任何惯性体系,即以匀速运动的体系,一切自然定律都适应。
也就是相对性原理。
第二,对于任何惯性系,自由空间中的光速都是相同的。
也就是光速不便原理。
光速不便原理是爱因斯坦提出的崭新见解。
狭义相对论的结论:1.同时性的相对性。
2.钟慢效应。
3.尺缩效应。
4.物体质量随速度变化。
5.质能相关。
狭义相对论揭示了既适应于低速运动的物体又适应于高速运动的物体的规律。
物理学革命和现代科学的产生
太阳光下
1. 1896年2月,贝克勒尔把感光片包在黑纸里放到太阳下,再把荧光物质的晶体压 在上面。
2. 他的设想是:太阳光照射晶体产生荧光,如果荧光中有X射线,那么它就能穿透 黑纸使底片曝光。
3. 果然,底片冲洗出来后,上面有了阴影。这证明有放射线穿透了黑纸,贝克勒尔 断定荧光确实放出X射线。
阴天
第五,原来认为质量和能量不搭界,现在放射性物质因能量 不断释放,质量也不断减小。
三大实验发现诱发了经典物理学危机
1. 三大实验发现打开了经典物理学的缺口 2. 三大实验发现猛烈地冲击着牛顿力学的物质质
量、能量、动量等基本概念,经典物理学中质 量守恒、能量守恒、运动定律等基本定律也面 临严峻考验。面对物理学危机,一些抱残守缺 的物理学家悲观失望,唯心主义趁虚而入。
相对于牛顿的经典物理学(力学)而言的; 量子论和相对论是现代物理学的两大支柱;
两大理论的提出者分别是: • 德国理论物理学家普朗克 • 美籍德国科学家爱因斯坦
爱因斯坦和量子理论的创始人普朗克
普朗克生于基尔。1879年普朗
克在慕尼黑大学获得博士学位后,先 后在慕尼黑大学和基尔大学任教。 1900年12月14日提出量子概念。由于 量子论创立,普朗克获得1918年诺贝 尔物理学奖。他的父亲是一位杰出的 法律教授。普朗克是德国人所具有的 最好品质的范例:诚恳、忠于职守, 他的业余爱好是音乐,在这方面表现 了专业艺术才干;另一项业余爱好是 他一直坚持到晚年的登山运动。
关于阴极射线本性的争论
1. X射线的发现起源于对阴极射线的研究,1856年德国盖斯勒放电管的发明为 研究真空放电现象提供了实验手段;1859年德国普吕克发现了放电管阴极发 出的绿色辉光,1876年德国戈尔茨坦指出绿色辉光是由阴极的某种射线引起 的,命名为“阴极射线”。
近现代物理学的奠基人和革命者
成功的秘诀
一个爱说废话而不爱用功的青年,整天 缠着大科学家爱因斯坦,要他公开成功的秘 诀。爱因斯坦厌烦了,便写了一 个公式给 他:A=x+y+z 爱因斯坦解释道:“A 代表成功,x代表艰苦的劳动,y代表正确的 方法……” “z代表什么?”青年迫不及 待地问。“代表少说废话。”爱因斯坦说。
项目 牛顿 牛顿 力学 体系 狭义 与 狭义 相对 论 狭义 狭义 与 广义 相对 广义 论
近代物理学发展过程中的主要成就及意义
科学家 主要成就 意义 为经典力学奠定基础 自由落体定律 匀速运动、匀加速运动 伽利略 用自制的望远镜证明 了哥白尼的“日心说”
证明哥白尼的“日心说”的正确性
经典力学是近代 自然科学理论体 系中最先成熟和 完善的核心理论 体系
牛顿
《自然哲学的数学原理》 运动三定律是 (物体运动三大定律和万 近代物理学的 重要支柱 有引力定律) 量子理论 近代物理学理 论框架的重大 突破
【问题设计】经典力学体系的历史地位
①牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理 的说明,从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理 论大综合。 ②标志近代科学的形成。 ③具有惊人的预见性和巨大的理论指导意义
A.准确算出了地球的平均密度和扁平率; 水为什么往低处流?太阳为什么升起落下?这些 B.正确地解释了潮汐的成因; 今天看来简单之极的问题,在当时却是根本无法 C.发现了海王星;
2.经典力学的建立者——牛顿(英国)
(2)牛顿经典力学体系的历史地位
①牛顿力学体系对自然界的力学现象 做了系统合理的说明,从而完成了人类对 自然界认识史上的第一次理论大综合。 ②使科学摆脱宗教神学思想的束缚;促 进近代科学的全面繁荣,标志近代科学的 形成。
牛顿( 1642—1727)
近代物理学在当今社会的地位和作用
近代物理学在当今社会的地位和作用近代物理学在当今社会的地位和作用00众所周知,20世纪以来物理学取得了突飞猛进的发展和极其辉煌的成就,物理学一直是整个科学技术领域中的带头学科并成为整个自然科学的基础,成为推动整个科学技术发展的最主要的动力和源泉,并对人类社会文明进步产生了极其深刻的影响。
正如杨振宁教授所说:“在20世纪,物理学产生了奥妙的观念革命,从而改变了人类对空间、时间、运动和力这几种基本概念的认识;深入探索了物质内部结构的奥秘,通过技术进步为人类生产力带来了空前增长。
”在21世纪,物理学将进一步获得迅速发展,物理学仍将是整个自然科学的基础,物理学的进展仍是推动整个自然科学发展的一个最重要的动力,物理学将继续是整个科学技术领域中的带头学科,这应是毋庸置疑的。
1 、物理学的发展将进一步推动整个自然科学的发展当今物理学已经发展成为研究宇宙间物质的基本组元及其基本相互作用和基本运动规律的学科。
物理学的学科性质决定了它是整个自然科学的基础。
物理学的基本概念、基本理论、基本实验手段和研究、测试方法,已经成为并将继续成为自然科学的各个学科(诸如宇宙学、天文学、地学、化学、生物学、医学等)的重要概念、理论的基础和实验、研究方法,从而推动各个学科深入而迅速地发展。
物理学向自然科学各个学科的广泛渗透和移植,促使一系列交叉学科、边缘学科不断涌现。
而正是这些交叉学科、边缘学科,有可能成为未来学科中最有希望、取得成果最多的领域。
宇宙学就是在物理学一系列研究成果的基础上而获得了迅速发展。
作为宇宙学理论基础的热大爆炸理论,就是依赖于广义相对论以及粒子物理学的飞速发展和射电望远镜等天文观察手段的提高而诞生的。
热大爆炸宇宙论被称为20世纪后半叶自然科学的四大成就之一。
然而,该理论还存在着很多不完备性和局限性,尤其关于宇宙的起源问题仍然没有得到最终的回答。
对此朱洪元教授曾指出:“高能物理的研究成果将对甚早期宇宙的演化的理解起推进作用”。
物理学革命及其影响
物理学革命及其影响到19世纪末,经典科学取得了前所未有的进步和成功。
在物理学领域,牛顿的力学体系一度被看作是对科学根本问题的最终解答。
以此为基础,人们统一了声学、热学、光学和电磁学,描绘出了一幅小到原子、大到宇宙天体的似乎是最终和一劳永逸的世界图景。
这样辉煌的成就,使不少科学家产生了一种错觉,认为物理学的大厦已经落成,物理学理论已接近最后完成,剩余的工作,只不过是把物理常数测得更精确些,把一些基本规律更加广泛和准确地应用到各种具体问题的解决中去。
然而,正当他们认为物理学已经达到了顶峰,并陶醉于这种“尽善尽美”的境界之中的时候,出乎意料地爆发了物理学的危机,这场危机是由以太漂移实验和对黑体辐射现象的研究引起的。
1887年,美国物理学家迈克耳孙(A.A.Michelson,1852~1931)和莫雷(E.W.Money,1836~1923)为了寻找地球相对于绝对静止的以太运动的“以太风”,进行了著名的以太漂移实验,但实验结果却同经典物理学理论的预言完全相反,这使得物理学界大为震惊。
同时,有关气体比热的实验结果也与能量均分定理发生了尖锐的矛盾。
这两个问题被英国物理学家开尔文即汤姆孙(W.Thomson,1852~1907)在1990年4月27日的英国皇家学会的讲演中称为物理学晴朗天空中的“两朵乌云”。
其实,在19世纪末,物理学中的一系列新发现——X射线、放射性物质以及电子的发现等,都已向传统的理论提出了严峻挑战。
总之,物理学恰恰在自己的高潮之中陷入了重重危机。
在科学发展的历史的转折关头,一些人由于受经典科学思想的束缚太紧,而且不懂得真理的相对和绝对的关系,思想陷人混乱和动摇之中。
然而,恰恰也是这个翻天覆地的时代产生了自己所需要的英雄和巨人,他们推波助澜,掀起了一场空前的物理学革命,把物理学由经典物理学阶段推进到现代物理学阶段,而相对论和量子力学就是这场物理学革命的最主要的成果,它们构成了现代物理学的两大理论支柱。
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现代物理学革命及其意义
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19世纪末,物理学领域连续发生了三个重大事件,这就是X射线、放射性现象和电子的发现。
这三大发现,使人类的认识第一次深入到了原子内部,彻底打破了原子不可分、元素不可变的传统物理学观念。
以太漂移实验的零结果和黑体辐射研究中的“紫外灾难”,使经典物理学陷入不可克服的矛盾,成为推动这一时期科学发展的重要机制。
牛顿力学和麦克斯韦电磁理论,在以太问题上都遇到了根本性的困难。
在牛顿力学中,任何机械运动都是相对于一个参考系进行的,如果以太弥漫于整个宇宙空间,它就是一个理想的参考系,各种运动都可以看作是相对于以太进行的。
在麦克斯韦电磁理论中,电磁作用(包括光)是靠以太为介质来传递的,以太无所不在。
为了验证以太的存在,物理学家进行了大量的实验和观测。
1887年美国物理学家迈克耳逊和化学家莫协进行了一项搜索以太风的著名实验,但是没有找到以太风或地球与以太的相对运动。
这个实验被许多人所重复,所得到的是否定以太风存在的“负结果”。
1905年,爱因斯坦针对经典物理学同新的实验事实之间的矛盾,在《论动体的电动力学》一文中提出了相对性原理和光速不变原理,作为狭义相对论的两条基本原理,从而导出一系列重要结论:同时性的相对性、时缓效应、尺缩效应、光速不可逾越以及物体的质速关系式和质能关系式等。
狭义相对论的建立以及1915年广义相对论的建立,从根本上突破了牛顿绝对时空的旧框框,把空间、时间和物质的运动联系了起来,引起了人类时空观的革命和整个物理学的革命。
“紫外灾难”是在研究黑体辐射的能量分布问题中产生的。
1879年玻耳兹曼发现黑体辐射第一个经验定律,1893年维恩发现第二个经验定律。
1900年,英国物理学家瑞利推算出一个不同的能量分布公式,后经英国物理学家金斯加以修正,合称瑞利—金斯公式:热物体的辐射强度正比于它的绝对温度,而反比于这个发射光线波长的平方。
这个公式与维恩定律相反,只在长波部分才能很好地与实验符合,当波长变短时,这个公式就失效了。
由于这一公式在紫区出了问题,故被称为“紫外灾难”。
1900年,普朗克在玻耳兹曼统计观点启发下,大胆地提出了一个与经典物理学的连续性观念
根本不同的能量子假说,认为物体在发射辐射和吸收辐射时,能量不是连续发生变化的,而是以一定数量值的整数倍跳跃式地变化,即能量的变化是一份一份的进行的。
他把一份一份的能量称为“能量子”或“量子”。
其数学表达式为:E=hv,E为量子,h为普朗克常数,v为频率。
从能量子假说出发,普朗克成功地解释了他自己提出的辐射公式,解决了“紫外灾难”的问题。
量子论的诞生,是对经典物理学理论的重大突破,它把经典物理学中一切因果关系都是在连续的基础上所建立的物理思想方法彻底地变革了。
尽管在当时的物理学界对这一假说的反应冷淡,但在爱因斯坦、玻尔等科学家的推动下,量子理论获得了飞速发展,成为举世公认的科学理论。
到20世纪30年代,经过德布罗意、薛定谔、海森伯、玻恩、狄拉克以及泡利等青年物理学家的努力,形成了量子力学的完整体系。
量子力学的建立,是继相对论之后对古典物理学的又一次严重冲击。
它使人们从根本上改变了只承认连续性和机械力学决定论的经典观念,揭示了连接与间断统一的自然观,揭示了自然规律的客观统计性,为各门科学的量子化奠定了理论基础。
肇始于19世纪末20世纪初的现代科学革命,是以相对论和量子力学的诞生为主要标志。
这次革命初期主要在物理学领域发生,到20世纪中叶在各个领域得到迅速发展。
这场革命的意义重大,相对论时空观丰富和发展了辩证唯物主义时空观,质能公式进一步证明了辩证唯物主义关于物质与运动是不可分割的原理;量子能阶的阶梯性进一步证明了辩证唯物主义关于物质运动多样性的原理,粒子的波粒二象性进一步证明了辩证唯物主义关于事物矛盾普遍性的原理。
当我们在学习物理学史以及相对论和量子力学的基本理论时,进一步体会它的深刻的哲学内涵和哲学意义,对于确立辩证唯物主义的世界观,并在实践中运用它的观点和方法,是一个极大的促进和莫大的帮助。