1、第七章 物理學革命序言：序言：19世紀末由于光學、電磁學、力學的統(tǒng)一世紀末由于光學、電磁學、力學的統(tǒng)一使物理學顯示出一種形式上的完整，被譽為使物理學顯示出一種形式上的完整，被譽為“一一座莊嚴雄偉的建筑體系和動人心弦的美麗的廟座莊嚴雄偉的建筑體系和動人心弦的美麗的廟堂堂”。1900年月年月27日，英國物理學家日，英國物理學家開爾文開爾文作了作了題為題為熱和光的動力理論上空的熱和光的動力理論上空的19世紀之烏云世紀之烏云的長篇講演，指出經(jīng)典物理學本來十分晴朗的天的長篇講演，指出經(jīng)典物理學本來十分晴朗的天空上出現(xiàn)了兩朵烏云空上出現(xiàn)了兩朵烏云以太漂移以太漂移和和黑體輻射黑體輻射。第一節(jié)物理學革命的發(fā)端

2、第一節(jié)物理學革命的發(fā)端一射線的發(fā)現(xiàn)：一射線的發(fā)現(xiàn)：起源于對陰極射線的研究起源于對陰極射線的研究起因：起因：電磁學建立之后，人們對氣體放電現(xiàn)象進電磁學建立之后，人們對氣體放電現(xiàn)象進行了深入研究。當時，人們首先想到的是在實驗室條行了深入研究。當時，人們首先想到的是在實驗室條件下如何模擬大自然中的雷電現(xiàn)象。起初，人們把玻件下如何模擬大自然中的雷電現(xiàn)象。起初，人們把玻璃管中的氣體加上高電壓進行觀察，果然得到了放電璃管中的氣體加上高電壓進行觀察，果然得到了放電現(xiàn)象?，F(xiàn)象。實際上，物理學天空上的烏云何止兩朵。大量的實際上，物理學天空上的烏云何止兩朵。大量的新現(xiàn)象與已成的完美體系的經(jīng)典理論之間的矛盾新現(xiàn)象與

3、已成的完美體系的經(jīng)典理論之間的矛盾日漸突出。也正是這兩朵烏云帶來了世紀之交的日漸突出。也正是這兩朵烏云帶來了世紀之交的一場物理學革命，在這場革命中誕生了一場物理學革命，在這場革命中誕生了相對論相對論和和量子力學。量子力學。(2)1859年，德國物理學家呂克（年，德國物理學家呂克（18011868）用）用“蓋斯蓋斯勒真空管勒真空管”進行真空放電實驗發(fā)現(xiàn)進行真空放電實驗發(fā)現(xiàn),當高壓電荷通過放當高壓電荷通過放電管時電管時,陰極一端出現(xiàn)放電現(xiàn)象陰極一端出現(xiàn)放電現(xiàn)象,而對著陰極的管壁會發(fā)而對著陰極的管壁會發(fā)出綠色的輝光出綠色的輝光,成功地實現(xiàn)了人工放電成功地實現(xiàn)了人工放電.(3)1869年，德國物理學家

4、希托夫（年，德國物理學家希托夫（18241914）證）證明，放在陰極與玻璃壁之間的障礙物，可以在玻璃明，放在陰極與玻璃壁之間的障礙物，可以在玻璃壁上投射陰影。壁上投射陰影。(1)1854年，德國玻璃工蓋斯勒（年，德國玻璃工蓋斯勒（18141879）發(fā)明）發(fā)明了以他的名字命名的真空管了以他的名字命名的真空管,為研究真空放電、發(fā)為研究真空放電、發(fā)光現(xiàn)象提供了物質(zhì)手段光現(xiàn)象提供了物質(zhì)手段(4)1876年年,德國物理學家戈爾茨坦德國物理學家戈爾茨坦(18501931)對對“綠色輝光綠色輝光”作了解釋作了解釋 ,認為這是由陰極上認為這是由陰極上產(chǎn)生的某種射線引起的，稱為產(chǎn)生的某種射線引起的，稱為“陰極射

5、線陰極射線”。關于關于“陰極射線陰極射線”的本質(zhì)，當時德國一些科學的本質(zhì)，當時德國一些科學家認為，它是一種家認為，它是一種光波光波。而英國物理學家克魯。而英國物理學家克魯克斯（克斯（18321919)等人則認為，陰極射線可能等人則認為，陰極射線可能是某種是某種微粒微粒。(5)1879年，克魯克斯自制了一種比蓋斯勒真空管真年，克魯克斯自制了一種比蓋斯勒真空管真空度更高的空度更高的“克魯克斯管克魯克斯管”，再次進行放電實驗，再次進行放電實驗，由于這種真空管真空度高，放電時沒有輝光，克魯由于這種真空管真空度高，放電時沒有輝光，克魯克斯發(fā)現(xiàn)，從陰極射線射出的一種射線碰到玻璃管克斯發(fā)現(xiàn)，從陰極射線射出的

6、一種射線碰到玻璃管壁或硫化鋅等物質(zhì)時會壁或硫化鋅等物質(zhì)時會發(fā)出熒光發(fā)出熒光，特別是發(fā)現(xiàn)了陰，特別是發(fā)現(xiàn)了陰極射線在磁場中會極射線在磁場中會發(fā)生偏轉發(fā)生偏轉，從而斷定陰極射線是，從而斷定陰極射線是某種某種粒子流粒子流。關于陰極射線的本質(zhì)的爭論，持續(xù)了關于陰極射線的本質(zhì)的爭論，持續(xù)了20年之久，結果導致了幾項轟動世界的重大發(fā)年之久，結果導致了幾項轟動世界的重大發(fā)現(xiàn)，首先是現(xiàn)，首先是射線射線的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)（）發(fā)現(xiàn)過程（）發(fā)現(xiàn)過程：1895年，倫琴也選用了克魯克年，倫琴也選用了克魯克斯管重新進行陰極射線實驗，目的是為了準確觀斯管重新進行陰極射線實驗，目的是為了準確觀察陰極射線的熒光作用。察陰極射線的熒光

7、作用。X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)（）倫琴簡介：（）倫琴簡介：倫琴倫琴（18451923）生于德）生于德國（略）國（略）倫琴用黑紙將實驗用的放電管嚴密地包倫琴用黑紙將實驗用的放電管嚴密地包裹起來，以免放電管受到外界環(huán)境干擾。準裹起來，以免放電管受到外界環(huán)境干擾。準備就緒后，他接通了放電管的高壓電源，在備就緒后，他接通了放電管的高壓電源，在黑暗中，他發(fā)現(xiàn)米以外的實驗屏上閃爍著黑暗中，他發(fā)現(xiàn)米以外的實驗屏上閃爍著綠色的微光。經(jīng)反復實驗倫琴斷定它是一種綠色的微光。經(jīng)反復實驗倫琴斷定它是一種新的射線。新的射線。射線的特點：射線的特點：（）這種射線能激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光。（）這種射線能激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)光。（）能通過

8、密封的黑色紙使照相底片感光。（）能通過密封的黑色紙使照相底片感光。（）可以顯示出衣袋里的錢幣和手掌的骨骼，穿（）可以顯示出衣袋里的錢幣和手掌的骨骼，穿透力極強。透力極強。（）不在磁場中偏轉，說明它不是陰極射（）不在磁場中偏轉，說明它不是陰極射線。X射線發(fā)現(xiàn)的科學價值和意義射線發(fā)現(xiàn)的科學價值和意義:第一第一,它迅速被用于外科診斷它迅速被用于外科診斷,X射線發(fā)現(xiàn)后的射線發(fā)現(xiàn)后的第第4天天,美國人就用于透視腳部彈片的位置。后來又美國人就用于透視腳部彈片的位置。后來又應用到冶金學，成為研究晶體物質(zhì)結構的一種手段。應用到冶金學，成為研究晶體物質(zhì)結構的一種手段。第二第二，射線被譽為，射線被譽為“領路鳥領路

9、鳥”，它的發(fā)現(xiàn)導致了，它的發(fā)現(xiàn)導致了元素放射性元素放射性和和電子電子的發(fā)現(xiàn)。的發(fā)現(xiàn)。提問提問:倫琴的成功說明了什么倫琴的成功說明了什么?二元素放射性的發(fā)現(xiàn)二元素放射性的發(fā)現(xiàn)原由：原由：元素放射性的發(fā)現(xiàn)源于人們對元素放射性的發(fā)現(xiàn)源于人們對射線源射線源的探究的探究2貝克勒爾簡介貝克勒爾簡介：貝克勒爾（：貝克勒爾（18521906)是是法國物理學家法國物理學家,出生在巴黎出生在巴黎.他受過良好的教育，他受過良好的教育，18921892年獲得博士學位。年獲得博士學位。18921892年他開始在巴黎自年他開始在巴黎自然博物館擔任應用物理學教授。然博物館擔任應用物理學教授。18951895年貝克勒年貝克勒

10、爾成為巴黎綜合工科學校的物理學教授。爾成為巴黎綜合工科學校的物理學教授。18961896年就是在這所學校他做出了使他成名的偉大發(fā)年就是在這所學校他做出了使他成名的偉大發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)。 3貝克勒爾的實驗研究貝克勒爾的實驗研究（）實驗方法（）實驗方法：采用：采用硫酸鉀鈾硫酸鉀鈾作實驗材料，將其作實驗材料，將其包好，放在包好，放在用黑紙包好的底片用黑紙包好的底片上，一起放在太陽光上，一起放在太陽光下爆曬下爆曬（）實驗結果（）實驗結果：底片上顯示出鈾鹽包的輪廓，：底片上顯示出鈾鹽包的輪廓，即底片感光了即底片感光了（）初步結論（）初步結論：該熒光物質(zhì)能發(fā)射出該熒光物質(zhì)能發(fā)射出穿透不透光穿透不透光的紙的紙的輻射

11、，同時認為：底片感光是伴隨熒光而產(chǎn)的輻射，同時認為：底片感光是伴隨熒光而產(chǎn)生的射線引起的生的射線引起的（）意外收獲（）意外收獲：因連續(xù)陰天，鈾鹽包無法在太陽：因連續(xù)陰天，鈾鹽包無法在太陽底下爆曬發(fā)出熒光，但鈾鹽照樣可以使底片感光底下爆曬發(fā)出熒光，但鈾鹽照樣可以使底片感光（）推斷結果（）推斷結果：底片感光與鈾鹽是否經(jīng)過爆曬而：底片感光與鈾鹽是否經(jīng)過爆曬而發(fā)熒光無關這種現(xiàn)象必定是鈾鹽連續(xù)發(fā)出的一種發(fā)熒光無關這種現(xiàn)象必定是鈾鹽連續(xù)發(fā)出的一種類似射線的類似射線的神秘射線神秘射線穿透黑紙所致穿透黑紙所致（）進一步研究（）進一步研究：發(fā)現(xiàn)：不論是熒光物質(zhì)還是：發(fā)現(xiàn)：不論是熒光物質(zhì)還是非熒光物質(zhì)，只要是含鈾

12、的化合物，都能自動發(fā)非熒光物質(zhì)，只要是含鈾的化合物，都能自動發(fā)出這種射線，而放出這種射線的物質(zhì)就是鈾出這種射線，而放出這種射線的物質(zhì)就是鈾人們把這種天然放射線稱為人們把這種天然放射線稱為“貝克勒爾貝克勒爾射線射線”居里夫婦的研究居里夫婦的研究（）放射性僅僅是鈾元素的一種性質(zhì)（）放射性僅僅是鈾元素的一種性質(zhì)法國物理法國物理學家皮埃爾學家皮埃爾居里居里(18591906)和瑪麗和瑪麗居里居里(18671934)發(fā)現(xiàn)鈾的輻射強度正比于化合物中鈾發(fā)現(xiàn)鈾的輻射強度正比于化合物中鈾的含量，與化合物中其它元素無關，這說明放射性的含量，與化合物中其它元素無關，這說明放射性僅僅是鈾的一種性質(zhì)僅僅是鈾的一種性質(zhì)（

13、）尋找放射性元素（）尋找放射性元素1898年年4月月2日日,居里夫人居里夫人宣布發(fā)現(xiàn)宣布發(fā)現(xiàn)釷釷元素具有放射性元素具有放射性,這說明放射性決不是這說明放射性決不是某個元素獨有的性質(zhì)。之后又通過異常艱苦而繁重某個元素獨有的性質(zhì)。之后又通過異常艱苦而繁重的實驗發(fā)現(xiàn)了放射性比鈾強的實驗發(fā)現(xiàn)了放射性比鈾強400倍倍的新元素的新元素釙（釙（Po),接著同年接著同年12月又發(fā)現(xiàn)了放射性比鈾強月又發(fā)現(xiàn)了放射性比鈾強200萬倍萬倍的的鐳鐳（Ra）最后用最后用“分步結晶法分步結晶法”提煉出提煉出0.12克的濃克的濃縮鐳化合物縮鐳化合物氯化鐳氯化鐳,并測定了鐳的原子量為并測定了鐳的原子量為225（現(xiàn)在已知鐳的原子

14、量是（現(xiàn)在已知鐳的原子量是226）5元素放射性的發(fā)現(xiàn)的科學意義元素放射性的發(fā)現(xiàn)的科學意義（）（）它打破了以道爾頓為首的原子不可再分的它打破了以道爾頓為首的原子不可再分的陳舊觀念，證明原子不是組成物質(zhì)的最小單位，陳舊觀念，證明原子不是組成物質(zhì)的最小單位，它還可以再分它還可以再分（）（）它預示人類將獲取一種新能源原子它預示人類將獲取一種新能源原子能元素在放出射線的同時產(chǎn)生大量的熱能，即：能元素在放出射線的同時產(chǎn)生大量的熱能，即：用很少的物質(zhì)，可以獲得很高的能量展示了能用很少的物質(zhì)，可以獲得很高的能量展示了能源的美好前景源的美好前景天然射線的本質(zhì)的研究（）問題（）問題：天然射線的本質(zhì)是什么？元素放出

15、：天然射線的本質(zhì)是什么？元素放出射線后變成了什么？射線后變成了什么？（）盧瑟福簡介（）盧瑟福簡介：盧瑟福（盧瑟福（18711937）是新西蘭籍英）是新西蘭籍英國物理學家他生于新西蘭的納爾國物理學家他生于新西蘭的納爾遜附近的泉林村，父親是農(nóng)民和工遜附近的泉林村，父親是農(nóng)民和工匠，母親是鄉(xiāng)村教師匠，母親是鄉(xiāng)村教師1894年從坎年從坎特布雷學院畢業(yè)，特布雷學院畢業(yè)，1895年考取了大年考取了大英博覽會獎學金，進英國劍橋大學英博覽會獎學金，進英國劍橋大學卡文迪許實驗室學習開始時以研卡文迪許實驗室學習開始時以研究無線電為主，究無線電為主，1896年接受卡文迪年接受卡文迪許實驗室主任湯姆遜的建議，把研許實

16、驗室主任湯姆遜的建議，把研究方向轉到放射性上究方向轉到放射性上（）天然射線的本質(zhì)（）天然射線的本質(zhì)：1899年，盧瑟福等人年，盧瑟福等人通過把鈾放在強磁鐵環(huán)境中，令鈾射線偏轉，通過把鈾放在強磁鐵環(huán)境中，令鈾射線偏轉，實驗結果發(fā)現(xiàn)：天然射線是由兩種帶電的射實驗結果發(fā)現(xiàn)：天然射線是由兩種帶電的射線組成的一種是帶正電的射線（稱為線組成的一種是帶正電的射線（稱為 射射線），一種是帶負電的射線（稱為線），一種是帶負電的射線（稱為 射）后射）后來證明來證明 射線就是氦核，射線就是氦核， 射線就是負電子流射線就是負電子流1900年法國化學家維拉德（年法國化學家維拉德（18601934）又發(fā)）又發(fā)現(xiàn)天然射線中

17、還包括一種不帶電的射線，命名為現(xiàn)天然射線中還包括一種不帶電的射線，命名為 射線射線1914年，盧瑟福等人證明，年，盧瑟福等人證明， 射線和射線射線和射線相似，也是一種電磁波，只是波長比射線短得相似，也是一種電磁波，只是波長比射線短得多多放射性元素的蛻變放射性元素的蛻變：經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，原來的放：經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，原來的放射性元素放出射線后，變蛻變成其它元素，比如射性元素放出射線后，變蛻變成其它元素，比如“鐳鐳”放射出放射出 射線后變成射線后變成“氡氡” “鐳鐳”的同的同位素放射出位素放射出 射線后變成釙射線后變成釙三電子的發(fā)現(xiàn)三電子的發(fā)現(xiàn)兩種觀點兩種觀點：第一種第一種是以赫茲、勒納德是以赫茲、勒納德（1

18、8621947）為首的以太波派）為首的以太波派1892年，他們年，他們將放電管的壁上開個薄鋁窗，發(fā)現(xiàn)陰極射線像將放電管的壁上開個薄鋁窗，發(fā)現(xiàn)陰極射線像陽光一樣穿透鋁窗，射入空氣中，故認為陰極陽光一樣穿透鋁窗，射入空氣中，故認為陰極射線是一種以太波。射線是一種以太波。第二種第二種觀點是以克魯克斯觀點是以克魯克斯和法國的佩蘭為代表的微粒說，克魯克斯曾用和法國的佩蘭為代表的微粒說，克魯克斯曾用磁鐵使陰極射線偏轉，預示它是一種粒子流。磁鐵使陰極射線偏轉，預示它是一種粒子流。1895年，佩蘭發(fā)現(xiàn)，當磁極倒轉時，射線就向年，佩蘭發(fā)現(xiàn)，當磁極倒轉時，射線就向反向偏轉，說明它帶有電荷，后來又證明它是反向偏轉，

19、說明它帶有電荷，后來又證明它是從陰極發(fā)出的帶負電的微粒流。從陰極發(fā)出的帶負電的微粒流。湯姆遜簡介湯姆遜簡介：湯姆遜湯姆遜（18561940）是英國物理學家。出生）是英國物理學家。出生于英國的曼徹斯特，他的父親以售書于英國的曼徹斯特，他的父親以售書為業(yè)，他是因為無錢學工程而學習物為業(yè)，他是因為無錢學工程而學習物理的。在他取得學位之前，他的父親理的。在他取得學位之前，他的父親就去世了，他只能靠助學金維持學業(yè)。就去世了，他只能靠助學金維持學業(yè)。1876年，他獲得了劍橋的數(shù)學獎學金年，他獲得了劍橋的數(shù)學獎學金而進入劍橋大學三一學院深造；而進入劍橋大學三一學院深造；1906年，由于他在年，由于他在“氣體

20、導電方面的理論氣體導電方面的理論和實驗研究和實驗研究”而獲得了諾貝爾物理獎而獲得了諾貝爾物理獎學金。學金。 1897年年,英國物理學家湯姆遜重新設計了克魯英國物理學家湯姆遜重新設計了克魯克斯管，令陰極射線在電場和磁場中均發(fā)生偏轉，克斯管，令陰極射線在電場和磁場中均發(fā)生偏轉，證實了陰極射線是帶電的微粒子流，并測得了微證實了陰極射線是帶電的微粒子流，并測得了微粒子的速度與它的荷子比之間的關系，同粒子的速度與它的荷子比之間的關系，同時荷子比與電極材料無關，說明這種粒子是各種時荷子比與電極材料無關，說明這種粒子是各種物質(zhì)的共同組成后來湯姆遜和美國物理學家米物質(zhì)的共同組成后來湯姆遜和美國物理學家米利肯（

21、利肯（18681953)等人作了精密的測定和計算等人作了精密的測定和計算,得得出了這種物質(zhì)的電荷為出了這種物質(zhì)的電荷為(？)利用所測得的荷質(zhì)比利用所測得的荷質(zhì)比的數(shù)值，可以算出這種粒子的質(zhì)量為（？），約的數(shù)值，可以算出這種粒子的質(zhì)量為（？），約為氫原子質(zhì)量的這表明，這種粒子不再為氫原子質(zhì)量的這表明，這種粒子不再是一種是一種陰極射線的本質(zhì)是帶電的微粒子流陰極射線的本質(zhì)是帶電的微粒子流me18301假設，而是一種實實在在的物質(zhì)粒子，它是原子假設，而是一種實實在在的物質(zhì)粒子，它是原子的組成部分，這種粒子就采用了的組成部分，這種粒子就采用了1891年英國物理年英國物理學家斯通尼（學家斯通尼（18261

22、911)的定名的定名,稱為稱為“電子電子”.電電子的發(fā)現(xiàn)實際上也是一個國際性的發(fā)現(xiàn)子的發(fā)現(xiàn)實際上也是一個國際性的發(fā)現(xiàn),但湯姆遜但湯姆遜起了決定性的作用起了決定性的作用.電子的發(fā)現(xiàn)的科學意義電子的發(fā)現(xiàn)的科學意義：電子的發(fā)現(xiàn)及其性：電子的發(fā)現(xiàn)及其性質(zhì)的研究，打開了原子世界的大門，開創(chuàng)了物理質(zhì)的研究，打開了原子世界的大門，開創(chuàng)了物理學的新時代，為量子力學的創(chuàng)立奠定了理論基礎，學的新時代，為量子力學的創(chuàng)立奠定了理論基礎，成為通向這一王國的序曲，同時也揭開了電的本成為通向這一王國的序曲，同時也揭開了電的本質(zhì)，打消了人們對電的神秘感質(zhì)，打消了人們對電的神秘感第二節(jié)量子理論的創(chuàng)立第二節(jié)量子理論的創(chuàng)立一一“紫

23、外災難紫外災難”和普朗克量子論的誕生和普朗克量子論的誕生“紫外災難紫外災難”：1900年，英國物理學家瑞利年，英國物理學家瑞利(18431912)根據(jù)經(jīng)典統(tǒng)計力學和電磁理論，推出了根據(jù)經(jīng)典統(tǒng)計力學和電磁理論，推出了黑體輻射的能量分布公式該公式在長波部分與實黑體輻射的能量分布公式該公式在長波部分與實驗比較符合，但在短波部分卻出現(xiàn)了無窮值，而實驗比較符合，但在短波部分卻出現(xiàn)了無窮值，而實驗結果在短波部分趨于零在短波部分理論與實驗驗結果在短波部分趨于零在短波部分理論與實驗結果的嚴重背離，被稱之為結果的嚴重背離，被稱之為“紫外災難紫外災難”維恩公式維恩公式：1893年，德國物理學家維恩年，德國物理學家

24、維恩（18641928）發(fā)現(xiàn)黑體的溫度）發(fā)現(xiàn)黑體的溫度(絕對溫度絕對溫度)同所發(fā)同所發(fā)射能量最大的波長成反比射能量最大的波長成反比,稱為稱為維恩位移定律維恩位移定律,這一這一定律是由麥克斯韋電磁理論推出來的定律是由麥克斯韋電磁理論推出來的.1896年他又年他又通過半理論半經(jīng)驗的辦法，找到了一個用來描述通過半理論半經(jīng)驗的辦法，找到了一個用來描述能量分布曲線的輻射定律，也叫能量分布曲線的輻射定律，也叫維恩公式維恩公式，這個，這個定律在短波部分與實驗相符，但在長波那部分卻定律在短波部分與實驗相符，但在長波那部分卻偏離很大偏離很大瑞利愛因斯坦金斯定律：瑞利愛因斯坦金斯定律：1905年月英年月英國物理學

25、家國物理學家金斯金斯（18771946）修正了瑞利定律）修正了瑞利定律,以以后人們將其通稱為后人們將其通稱為瑞利金斯定律瑞利金斯定律不過經(jīng)考證不過經(jīng)考證愛因斯坦在金斯前三個月就提出了這一定律的正愛因斯坦在金斯前三個月就提出了這一定律的正確形式故這一定律應該稱為瑞利愛因斯坦確形式故這一定律應該稱為瑞利愛因斯坦金斯定律這一定律是從經(jīng)典理論推出來的，它金斯定律這一定律是從經(jīng)典理論推出來的，它在長波部分漸近于實驗曲線，但在短波部分卻相在長波部分漸近于實驗曲線，但在短波部分卻相差甚遠，對此差甚遠，對此,1911年猶太血統(tǒng)的物理學家埃倫菲年猶太血統(tǒng)的物理學家埃倫菲斯特（斯特（18801933)將其稱為將其

26、稱為“紫外災難紫外災難”.這場這場“災難災難”是經(jīng)典物理無法克服的是經(jīng)典物理無法克服的.普朗克量子論的誕生（）普朗克公式的建立：（）普朗克公式的建立：普朗克早期從事熱力普朗克早期從事熱力學研究，學研究，1894年，開始把注意力轉向了年，開始把注意力轉向了黑體輻射黑體輻射問題問題.1899年，他從熱力學導出了維恩的輻射定律，年，他從熱力學導出了維恩的輻射定律，同年年底得知維恩定律同實驗有偏離同年年底得知維恩定律同實驗有偏離1900年年10月月7日，魯本斯夫婦訪問普朗克時，告訴他，瑞利日，魯本斯夫婦訪問普朗克時，告訴他，瑞利于當年月提出的輻射定律在長波部分同實驗結于當年月提出的輻射定律在長波部分同

27、實驗結果一至果一至（）（）普朗克簡介普朗克簡介：普朗克：普朗克（18581947)出生于德國的基爾，出生于德國的基爾，1867年年隨全家遷居慕尼黑隨全家遷居慕尼黑1874年普朗克考入年普朗克考入慕尼黑大學慕尼黑大學1879年轉入柏林大學，取年轉入柏林大學，取得博士學位，之后開始研究物理學得博士學位，之后開始研究物理學普朗克受到啟發(fā)，他采用數(shù)學方法去尋找新的輻普朗克受到啟發(fā)，他采用數(shù)學方法去尋找新的輻射定律，使它既在長波部分射定律，使它既在長波部分漸近于瑞利定律漸近于瑞利定律，又，又在短波部分在短波部分漸近于維恩定律漸近于維恩定律當晚他把當晚他把1899年的年的公式加以修改得到了滿足上述要求的公

28、式公式加以修改得到了滿足上述要求的公式普普朗克公式朗克公式（）量子論的誕生）量子論的誕生問題：問題：普朗克公式為什么在普朗克公式為什么在長波長波部分像瑞利公式，部分像瑞利公式，在在短波短波部分像維恩公式？部分像維恩公式？為了尋找普朗克公式的理論根據(jù)，普朗克緊為了尋找普朗克公式的理論根據(jù)，普朗克緊張地工作了兩個多月，終于發(fā)現(xiàn)要對這個公式作張地工作了兩個多月，終于發(fā)現(xiàn)要對這個公式作出合理的解釋，唯一可能的出路是做一個大膽的出合理的解釋，唯一可能的出路是做一個大膽的假設，即物體在發(fā)射和吸收輻射時，假設，即物體在發(fā)射和吸收輻射時，能量不是連能量不是連續(xù)變化的，而是以一定數(shù)量的整數(shù)倍跳躍式地變續(xù)變化的，

29、而是以一定數(shù)量的整數(shù)倍跳躍式地變化化也就是說，在輻射的發(fā)射或吸收過程中，能也就是說，在輻射的發(fā)射或吸收過程中，能量不是無限可分的，而是有一個最小的單元這量不是無限可分的，而是有一個最小的單元這個不可分的能量單元，普朗克稱之為個不可分的能量單元，普朗克稱之為“能量能量”或或“量子量子”它的數(shù)值為它的數(shù)值為hh普朗克恒量輻射頻率1900年年12月月14日，普朗克向德國物理學會宣讀了日，普朗克向德國物理學會宣讀了題為題為關于正常光譜的能量分布定律的理論關于正常光譜的能量分布定律的理論一一文，報告了他的大膽的假設，文，報告了他的大膽的假設，這就是量子論的誕這就是量子論的誕生生（4）“能量子假說能量子假

30、說”的科學意義：的科學意義： “能量子假能量子假說說”是對經(jīng)典物理的重大突破，它引起了物理學是對經(jīng)典物理的重大突破，它引起了物理學理論的根本變革，導致了光量子論、玻爾原子結理論的根本變革，導致了光量子論、玻爾原子結構模型、物質(zhì)波的發(fā)現(xiàn)及量子力學的創(chuàng)立。構模型、物質(zhì)波的發(fā)現(xiàn)及量子力學的創(chuàng)立。愛因斯坦的光量子論愛因斯坦的光量子論（）（）愛因斯坦簡介：愛因斯坦簡介：（略）（略）（）光量子論（）光量子論：愛因斯坦于：愛因斯坦于1905年年3月寫了一篇月寫了一篇論文論文關于光的產(chǎn)生和轉化的一個推測性的觀關于光的產(chǎn)生和轉化的一個推測性的觀點點.在文章中在文章中,愛因斯坦認為能量的不連續(xù)性不僅愛因斯坦認為能

31、量的不連續(xù)性不僅表現(xiàn)在輻射的發(fā)射和吸收過程中，即使在空間傳表現(xiàn)在輻射的發(fā)射和吸收過程中，即使在空間傳播過程中輻射也是不連續(xù)的也是由不可分割的播過程中輻射也是不連續(xù)的也是由不可分割的一個個的能量子組成的即：一個個的能量子組成的即：光在傳播過程中，光在傳播過程中，能量是不連續(xù)地分布于空間，它是由分立的能量能量是不連續(xù)地分布于空間，它是由分立的能量子組成的子組成的愛因斯坦把這些能量子稱為愛因斯坦把這些能量子稱為“光量光量子子”，也稱為，也稱為“光子光子”光子的能量與它對應的光頻率之間的關系為hE （）光的本質(zhì)：（）光的本質(zhì)：18世紀世紀,物理學家們曾對此展開物理學家們曾對此展開一場激烈的爭論一派是以

32、牛頓為代表的微粒一場激烈的爭論一派是以牛頓為代表的微粒說另一派是以惠更斯為代表的光的波動說爭說另一派是以惠更斯為代表的光的波動說爭論的結果微粒說勝利論的結果微粒說勝利19世紀世紀，在大量事實的支，在大量事實的支持下，光的波動說又占了統(tǒng)治地位持下，光的波動說又占了統(tǒng)治地位20世紀初的世紀初的1909年年，愛因斯坦明確提出，愛因斯坦明確提出,光不僅具有粒子性光不僅具有粒子性,而而且具有波動性且具有波動性,即即:波粒二象波粒二象性.最終使人們對光的本質(zhì)有了全面的了解.(4)光電效應問題光電效應問題:所謂光電效應所謂光電效應,就是指當以一定的就是指當以一定的頻率范圍的光頻率范圍的光照射照射金屬表面時便

33、會金屬表面時便會發(fā)射出電子發(fā)射出電子來來.對這一現(xiàn)象的解釋對這一現(xiàn)象的解釋,光的波動說無能為力光的波動說無能為力,愛因斯坦愛因斯坦用光量子論對其進行了輕而易舉的、完美的說明，用光量子論對其進行了輕而易舉的、完美的說明，用十分簡潔的語言徹底地解決了這個問題用十分簡潔的語言徹底地解決了這個問題（）光電效應的解釋（）光電效應的解釋：愛因斯坦認為，光電效：愛因斯坦認為，光電效應本質(zhì)上是光子與電子交換能量的表現(xiàn)當光子應本質(zhì)上是光子與電子交換能量的表現(xiàn)當光子撞擊到金屬表面時，金屬中的電子可以獲得它的撞擊到金屬表面時，金屬中的電子可以獲得它的全部能量這一能量可分為兩部分，一部分用以全部能量這一能量可分為兩部

34、分，一部分用以克服金屬表面吸引力克服金屬表面吸引力所作的功；另一部分則變?yōu)樗鞯墓?；另一部分則變?yōu)殡娮拥碾娮拥膭幽軇幽?021mVwh（光電效應方程）（）光量子論的實驗驗證（）光量子論的實驗驗證：光量子論是經(jīng)過美：光量子論是經(jīng)過美國兩位實驗物理學家國兩位實驗物理學家米利肯米利肯（18681953)和和康普頓康普頓（18921962)的工作得以確認的工作得以確認.米利肯用了米利肯用了10年時年時間檢驗愛因斯坦的光電效應公式間檢驗愛因斯坦的光電效應公式,結果同他的結果同他的“一一切希望相反切希望相反”,光電效應公式是成立的光電效應公式是成立的.康普頓于康普頓于1922年發(fā)現(xiàn)康普頓效應，并最終認識到

35、這一效應年發(fā)現(xiàn)康普頓效應，并最終認識到這一效應只能用光量子論來解釋只能用光量子論來解釋玻爾的原子結構理論玻爾的原子結構理論（）玻爾簡介（）玻爾簡介：玻爾：玻爾（18851962）是推廣、應用與發(fā)展量）是推廣、應用與發(fā)展量子論的又一科學家。玻爾出生在哥本子論的又一科學家。玻爾出生在哥本哈根一個頗有聲望的知識分子家庭，哈根一個頗有聲望的知識分子家庭，祖父是語言學家，父親是哥本哈根大祖父是語言學家，父親是哥本哈根大學生物學教授。玻爾學生物學教授。玻爾18歲進入哥本哈歲進入哥本哈根大學物理系學習。根大學物理系學習。1911年入英國劍年入英國劍橋大學和曼徹斯特大學深造，在這里橋大學和曼徹斯特大學深造，在

36、這里結識了他的良師益友盧瑟福，在他的結識了他的良師益友盧瑟福，在他的鼓勵和幫助下完成了他的原子結構理鼓勵和幫助下完成了他的原子結構理論。玻爾一直堅持量子論這塊陣地，論。玻爾一直堅持量子論這塊陣地，成為這場物理學革命中的風云人物以成為這場物理學革命中的風云人物以及這場革命的主力部隊及這場革命的主力部隊哥本哈根學哥本哈根學派的領導人。派的領導人。（2）盧瑟福的原子結構模型）盧瑟福的原子結構模型：1911年，他在前人年，他在前人各種模型基礎上，并結合各種模型基礎上，并結合 粒子散射實驗的結果粒子散射實驗的結果進進行推測：原子的正電荷必定要集中在半徑為行推測：原子的正電荷必定要集中在半徑為1310厘米

37、的范圍內(nèi)，而原子的半徑卻有厘米的范圍內(nèi)，而原子的半徑卻有810這說明原子內(nèi)部大部分是空虛的，根據(jù)這一模型他這說明原子內(nèi)部大部分是空虛的，根據(jù)這一模型他推出了推出了 粒子散射的公式。這一模型得到了德國物粒子散射的公式。這一模型得到了德國物理學家蓋革（理學家蓋革（18821945）和英國物理學家馬斯登）和英國物理學家馬斯登通過一系列通過一系列 粒子對金屬箔的散射實驗所證實，并粒子對金屬箔的散射實驗所證實，并得到公認。得到公認。厘米。（3）盧瑟福原子模型存在的問題）盧瑟福原子模型存在的問題:第一第一,未能說明未能說明電子怎樣繞核運動電子怎樣繞核運動;第二，不能解釋原子的穩(wěn)定性第二，不能解釋原子的穩(wěn)定

38、性和原子的線狀光譜。和原子的線狀光譜。（4）玻爾的原子結構理論的主要內(nèi)容）玻爾的原子結構理論的主要內(nèi)容：第一第一，1913年，他發(fā)表了三篇關于年，他發(fā)表了三篇關于原子和分子的結構原子和分子的結構的長達的長達71頁的論文，其中提出了頁的論文，其中提出了三條假設三條假設：電子只能在一些特定的圓形軌道上繞原子核運電子只能在一些特定的圓形軌道上繞原子核運行行,在這些軌道上在這些軌道上,電子的角動量是電子的角動量是的整數(shù)倍。不同軌道的電子能量不同。的整數(shù)倍。不同軌道的電子能量不同。電子在特定軌道上運行時，既不發(fā)射能量，也電子在特定軌道上運行時，既不發(fā)射能量，也不吸收能量，是穩(wěn)定的，玻爾稱這種狀態(tài)為不吸收

39、能量，是穩(wěn)定的，玻爾稱這種狀態(tài)為定態(tài)定態(tài)。2h當電子從高能量的軌道（定態(tài)）當電子從高能量的軌道（定態(tài)）“躍遷躍遷”到較到較低能量的軌道時，就要發(fā)出輻射，輻射的頻率滿低能量的軌道時，就要發(fā)出輻射，輻射的頻率滿足下列關系式：足下列關系式：21EEh反之，如果電子從低能量的軌道反之，如果電子從低能量的軌道“躍遷躍遷”到高能到高能量的軌道時，就是輻射的吸收過程。量的軌道時，就是輻射的吸收過程。第二，第二，玻爾不僅用玻爾不僅用“定態(tài)定態(tài)”、“躍遷躍遷”概念成功概念成功地解釋了原子的穩(wěn)定性，而且用自己的理論對簡地解釋了原子的穩(wěn)定性，而且用自己的理論對簡單的氫原子結構作了詳細的計算，所得結果與光單的氫原子結

40、構作了詳細的計算，所得結果與光譜分析所得的實驗數(shù)據(jù)完全符合，使長期以來一譜分析所得的實驗數(shù)據(jù)完全符合，使長期以來一直無法解釋的經(jīng)驗公式得到了統(tǒng)一的理論解釋。直無法解釋的經(jīng)驗公式得到了統(tǒng)一的理論解釋。玻爾理論被愛因斯坦譽為玻爾理論被愛因斯坦譽為“最偉大的發(fā)現(xiàn)之一最偉大的發(fā)現(xiàn)之一”。玻爾也因此獲得了玻爾也因此獲得了1922年的諾貝爾物理學獎年的諾貝爾物理學獎。（5）玻爾理論的局限性）玻爾理論的局限性：玻爾沒有完全拋棄經(jīng)典：玻爾沒有完全拋棄經(jīng)典物理的力場。其表現(xiàn)為：物理的力場。其表現(xiàn)為：第一第一，他仍然把微觀粒，他仍然把微觀粒子當作古典力學的質(zhì)點，仍然采用軌道概念，并子當作古典力學的質(zhì)點，仍然采用軌

41、道概念，并用古典理論來計算軌道半徑。用古典理論來計算軌道半徑。第二第二，他的理論還，他的理論還不能很好地解釋比氫原子更復雜的原子譜線。不能很好地解釋比氫原子更復雜的原子譜線。德布羅意的物質(zhì)波理論德布羅意的物質(zhì)波理論（）德布羅意簡介（）德布羅意簡介：路易路易德布德布羅意羅意（1892189219871987年）生于法國年）生于法國塞納河畔迪埃普，出身于貴族，塞納河畔迪埃普，出身于貴族，中學畢業(yè)后，他進入巴黎大學學中學畢業(yè)后，他進入巴黎大學學習，最初學習歷史、法律，習，最初學習歷史、法律，19101910年獲學士學位。年獲學士學位。德布羅意-法國在學習期間受到他的哥哥在學習期間受到他的哥哥莫里斯莫

42、里斯德布羅意德布羅意研究研究X X射線射線的影響，對科學發(fā)生興趣，的影響，對科學發(fā)生興趣，大學畢業(yè)后大學畢業(yè)后改學物理，改學物理，19131913年獲得年獲得“科學證書科學證書”。第一次世界大戰(zhàn)期間，。第一次世界大戰(zhàn)期間，在埃菲爾鐵塔上的軍用無線電報站服役六年。戰(zhàn)后，在埃菲爾鐵塔上的軍用無線電報站服役六年。戰(zhàn)后，他重新鉆研物理并在他哥哥的實驗室參加實驗研究工他重新鉆研物理并在他哥哥的實驗室參加實驗研究工作。作。19241924年獲巴黎大學科學博士學位，年獲巴黎大學科學博士學位，19281928年任巴年任巴黎大學理論物理教授，黎大學理論物理教授，19291929年獲得了年獲得了諾貝爾物理學諾貝爾

43、物理學獎獎，19331933年被選為法國科學院院士。他研究物質(zhì)波年被選為法國科學院院士。他研究物質(zhì)波是受了愛因斯坦光量子論的啟發(fā)，他在晚年回憶中說：是受了愛因斯坦光量子論的啟發(fā)，他在晚年回憶中說：“經(jīng)過長期的孤寂的思索和遐想之后，在經(jīng)過長期的孤寂的思索和遐想之后，在19231923年，我年，我驀然想到：愛因斯坦在驀然想到：愛因斯坦在19051905年間作出的發(fā)現(xiàn)，應當加年間作出的發(fā)現(xiàn)，應當加以推廣，使它擴展到包括一切物質(zhì)粒子，尤其是電子。以推廣，使它擴展到包括一切物質(zhì)粒子，尤其是電子。（2）德布羅意的物質(zhì)波思想）德布羅意的物質(zhì)波思想：他認為愛因斯坦的：他認為愛因斯坦的光量子論公式光量子論公式h

44、E 不僅適用于光子，也適用于電子，也就是說，電子不僅適用于光子，也適用于電子，也就是說，電子不僅具有粒子性，也具有波動性。它的波長為：不僅具有粒子性，也具有波動性。它的波長為：)(107厘米mhph注：注：v為電子在為電子在1伏特電位差的電場中的運動速伏特電位差的電場中的運動速度第二，他預言，電子穿過小孔時，會像光一樣顯第二，他預言，電子穿過小孔時，會像光一樣顯現(xiàn)出衍射現(xiàn)象，第三，他還進一步提出，關于自現(xiàn)出衍射現(xiàn)象，第三，他還進一步提出，關于自由粒子的新的動力學和舊的動力學之間的關系，由粒子的新的動力學和舊的動力學之間的關系，完全同波動光學和幾何光學之間的關系一樣完全同波動光學和幾何光學之間的

45、關系一樣（3）微觀粒子的波粒二象性）微觀粒子的波粒二象性：德布羅意預言的電：德布羅意預言的電子波具有衍射現(xiàn)象，子波具有衍射現(xiàn)象，1927年經(jīng)美國的戴維遜年經(jīng)美國的戴維遜（18811958）和英國物理學家）和英國物理學家G.P.湯姆遜湯姆遜(18921975)所證實。實驗證實了電子和光子一樣，所證實。實驗證實了電子和光子一樣，不僅具有粒子性，而且具有波動性。后來很多實驗不僅具有粒子性，而且具有波動性。后來很多實驗都證實，不僅電子而且質(zhì)子、原子、分子都具有波都證實，不僅電子而且質(zhì)子、原子、分子都具有波動性。動性。8.量子力學的的創(chuàng)立量子力學的的創(chuàng)立（一）海森堡的矩陣力學和測不準關系（一）海森堡的矩

46、陣力學和測不準關系（1）海森堡簡介）海森堡簡介：德國青年物理：德國青年物理學家海森堡（學家海森堡（19011976）早年就）早年就讀于慕尼黑大學和哥廷根大學，讀于慕尼黑大學和哥廷根大學，1923年獲博士學位后，于年獲博士學位后，于19241927年在哥本哈根物理研究年在哥本哈根物理研究所深造，在玻爾的領導下從事量子所深造，在玻爾的領導下從事量子論的研究工作，在德布羅意之后創(chuàng)論的研究工作，在德布羅意之后創(chuàng)立了矩陣力學，提出了測不準關系。立了矩陣力學，提出了測不準關系。1932年因提出原子核是由質(zhì)子和中年因提出原子核是由質(zhì)子和中子組成的理論，獲得了諾貝爾物理子組成的理論，獲得了諾貝爾物理學獎，晚年

47、至力于統(tǒng)一場論的研究。學獎，晚年至力于統(tǒng)一場論的研究。海森堡-德國（2）玻爾的原子結構理論的局限）玻爾的原子結構理論的局限：海森堡在考察：海森堡在考察了玻爾的原子結構理論后，認為玻爾的軌道假說是了玻爾的原子結構理論后，認為玻爾的軌道假說是一個不可觀察的假說，實驗依據(jù)不足，可以說是虛一個不可觀察的假說，實驗依據(jù)不足，可以說是虛構的。構的。第一第一，如果電子確實有軌道的話，應當在原，如果電子確實有軌道的話，應當在原子的定態(tài)特性和輻射特性中表現(xiàn)出來，但是任何實子的定態(tài)特性和輻射特性中表現(xiàn)出來，但是任何實驗都不能說明電子按一定軌道運行。驗都不能說明電子按一定軌道運行。第二第二，在觀察，在觀察中，人們只

48、知道原子所發(fā)出的光的頻率和強度這兩中，人們只知道原子所發(fā)出的光的頻率和強度這兩個觀察量。個觀察量。（3）海森堡的矩陣力學的建立）海森堡的矩陣力學的建立：海森堡大膽地拋：海森堡大膽地拋棄了軌道概念，在可觀察到的原子發(fā)出的光的頻棄了軌道概念，在可觀察到的原子發(fā)出的光的頻率和強度這些光學量的基礎上，以代數(shù)為工具，率和強度這些光學量的基礎上，以代數(shù)為工具，提出了一套數(shù)學方案，后經(jīng)哥廷根大學物理學家提出了一套數(shù)學方案，后經(jīng)哥廷根大學物理學家玻恩玻恩（18821970）和他的學生）和他的學生約爾丹約爾丹用數(shù)學的矩用數(shù)學的矩陣方法把海森堡的思想發(fā)展成系統(tǒng)的理論，即陣方法把海森堡的思想發(fā)展成系統(tǒng)的理論，即矩矩

49、陣力學陣力學。（4）海森堡提出的測不準關系）海森堡提出的測不準關系：海森堡認為，在：海森堡認為，在微觀世界中，對于質(zhì)量極小的粒子微觀世界中，對于質(zhì)量極小的粒子 來說，每次觀來說，每次觀察都意味著對它們行為的重大干涉；宏觀儀器對察都意味著對它們行為的重大干涉；宏觀儀器對微觀粒子微觀粒子 的干擾不可忽視，也無法控制，測量的的干擾不可忽視，也無法控制，測量的結果同粒子的原來狀態(tài)不完全相同，事實同測量結果同粒子的原來狀態(tài)不完全相同，事實同測量本身直接相關，于是他提出了本身直接相關，于是他提出了測不準關系測不準關系。目前測不準關系已被認為是微觀粒子的目前測不準關系已被認為是微觀粒子的客觀客觀特性特性，是

50、表明微觀粒子，是表明微觀粒子基本性質(zhì)的一個重要原理基本性質(zhì)的一個重要原理，決不僅僅是當初所想的測量手段問題了。決不僅僅是當初所想的測量手段問題了。(二)薛定鄂的波動力學(1)薛定鄂簡介薛定鄂簡介:薛定鄂薛定鄂(18871961)是奧地是奧地利物理學家利物理學家.其父是企業(yè)家其父是企業(yè)家,母親是教授的女母親是教授的女兒兒,研究過化學研究過化學.薛定鄂是獨生子薛定鄂是獨生子,其父是他其父是他的的“朋友、老師和不倦的談話伙伴朋友、老師和不倦的談話伙伴”。薛。薛定鄂早年就讀于維也納大學，他興趣廣泛，定鄂早年就讀于維也納大學，他興趣廣泛，多才多藝，喜歡語法、詩歌、戲劇，特別多才多藝，喜歡語法、詩歌、戲劇

51、，特別傾心于數(shù)學和物理，是一位能說傾心于數(shù)學和物理，是一位能說4種語言，種語言，出過詩集的科學家。出過詩集的科學家。（2）薛定鄂方程：在愛因斯坦光量子論和德布羅）薛定鄂方程：在愛因斯坦光量子論和德布羅意的物質(zhì)波思想的啟發(fā)下，試圖找一個更為普遍的意的物質(zhì)波思想的啟發(fā)下，試圖找一個更為普遍的理論，于是他將德布羅意的物質(zhì)波理論進行推廣，理論，于是他將德布羅意的物質(zhì)波理論進行推廣，最終找到了一個普遍適用的公式。其數(shù)學表達式為：最終找到了一個普遍適用的公式。其數(shù)學表達式為：0)(8)(22222222VWhmzyx注：注：式中，式中，m為粒子的質(zhì)量，為粒子的質(zhì)量，w為粒子的總能量，為粒子的總能量，V為粒

52、子位于空間（為粒子位于空間（x,y,z)點時的位能，點時的位能， 為波函數(shù)。為波函數(shù)。（3）薛定鄂方程的意義）薛定鄂方程的意義：它深刻地揭示了微觀客：它深刻地揭示了微觀客體的運動規(guī)律，提供了系統(tǒng)的、定量的處理原子結體的運動規(guī)律，提供了系統(tǒng)的、定量的處理原子結構問題的理論，是原子物理中應用最廣的公式。構問題的理論，是原子物理中應用最廣的公式。(4)量子力學創(chuàng)立的重大意義量子力學創(chuàng)立的重大意義:量子力學從普朗克開量子力學從普朗克開始始,經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、德布羅意、海森堡、薛經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、德布羅意、海森堡、薛定鄂、狄拉克等人的努力，于定鄂、狄拉克等人的努力，于20世紀世紀30年代形成年代形成

53、一種完整的理論體系一種完整的理論體系,成為適用于自然界一切微觀成為適用于自然界一切微觀領域的普遍適用的理論領域的普遍適用的理論,它從根本上改變了經(jīng)典物它從根本上改變了經(jīng)典物理觀念理觀念,為物理學的發(fā)展開辟了廣闊的前景。為物理學的發(fā)展開辟了廣闊的前景。第三節(jié)相對論的創(chuàng)立第三節(jié)相對論的創(chuàng)立一一“以太漂移以太漂移”實驗和相對論的先驅(qū)實驗和相對論的先驅(qū)1.“以太以太”:該詞原于希臘該詞原于希臘,意思為高空意思為高空.1664年年笛卡爾笛卡爾首先把它用于科學首先把它用于科學;胡克胡克、惠更斯惠更斯等人都假設等人都假設“以以太太”存在，并用以解釋光學現(xiàn)象；存在，并用以解釋光學現(xiàn)象；19世紀，科學家世紀，科

54、學家們把它當做光、電、磁現(xiàn)象的傳播媒介而上升為物們把它當做光、電、磁現(xiàn)象的傳播媒介而上升為物理學的中心研究課題，其代表人物為理學的中心研究課題，其代表人物為開爾文開爾文，該學，該學派認為，派認為，“以太以太”是一種有彈性、可壓縮的無引力、是一種有彈性、可壓縮的無引力、靜止的固體靜止的固體。牛頓、麥克斯韋。牛頓、麥克斯韋都借助于都借助于“以太以太”來來完成他們的理論體系。完成他們的理論體系。2“以太以太”遇到的困難遇到的困難：其一，既然：其一，既然“以太以太”是是彈性固體，那么，行星沉浸在彈性固體，那么，行星沉浸在“以太以太”中進行運中進行運動總會受到阻滯作用，但是動總會受到阻滯作用，但是天文觀

55、測卻從沒有察天文觀測卻從沒有察覺出覺出天體受到這種阻滯作用。其二，既然靜止的天體受到這種阻滯作用。其二，既然靜止的“以太以太”充滿了宇宙空間，那么，處于充滿了宇宙空間，那么，處于“以太以太”海洋中的地球要以每秒海洋中的地球要以每秒30公里的速度繞太陽運行，公里的速度繞太陽運行，勢必受到勢必受到“以太以太”的阻力，地球上的的阻力，地球上的人就應該感人就應該感到有每秒到有每秒30公里的公里的“以太風以太風”迎面吹來迎面吹來。相對論就誕生于對相對論就誕生于對“以太以太”遇到的困難的克遇到的困難的克服之中服之中。3尋找尋找“以太以太”：18761887年，美國實驗物理年，美國實驗物理學家學家邁克爾遜邁

56、克爾遜（18521931）在美國化學家、物理）在美國化學家、物理學家學家莫雷莫雷的協(xié)助下，作了搜索的協(xié)助下，作了搜索“以太風以太風”的實驗的實驗邁克爾遜邁克爾遜-莫雷實驗莫雷實驗。該實驗的精確度高達。該實驗的精確度高達40億億分之一，觀察了分之一，觀察了5年，年，絲毫沒有絲毫沒有“以太漂移以太漂移”跡象跡象。4“以太以太”的命運的命運：假如放棄：假如放棄“以太以太”說說,又難以又難以解釋麥克斯韋的電磁波理論解釋麥克斯韋的電磁波理論;假如承認假如承認“以太以太”說說,又找不到證據(jù)又找不到證據(jù).對此科學家們采取了兩種不同的態(tài)對此科學家們采取了兩種不同的態(tài)度：度：一派仍維護一派仍維護“以太以太”假說

57、假說，但要找一個辦法，但要找一個辦法能使其自圓其說，兩全其美；能使其自圓其說，兩全其美；另一派則拋棄另一派則拋棄“以以太太”說說，另辟蹊徑。但兩派的工作結果實際上趨，另辟蹊徑。但兩派的工作結果實際上趨于一至。于一至。維護維護“以太以太”說說的科學家有荷蘭物理學家的科學家有荷蘭物理學家洛洛倫茲倫茲（18531928）及愛爾蘭物理家家）及愛爾蘭物理家家斐茲杰惹斐茲杰惹（18511901）等人。）等人。主張拋棄主張拋棄“以太以太”說說的科學的科學家有家有彭加勒彭加勒（18541921）和）和愛因斯坦愛因斯坦。二狹義相對論（新時空觀）的創(chuàng)立二狹義相對論（新時空觀）的創(chuàng)立兩個基本假設兩個基本假設：第一個假設是：第一個假設是相對性原理相對性原理，即物體運動狀態(tài)的改變與選擇任何一個參照系無即物體運動狀態(tài)的改變與選擇任何一個參照系無關；第二個假設是關；第二個假設是光速不變原理光速不變原理，即對任何一個，即對任何一個參照系而言，光速都是相同的。參照系而言，光速都是相同的。愛因斯坦從兩個基本假設及愛因斯坦從兩個基本假設及“同時性同時性”的的相相對性對性出發(fā)，得出了新的結論出發(fā)，得出了新的結論狹義相對論。狹義相對論。狹義相對論第一第一，一個物體相對于觀察者是靜止的時候，它，一個物體相對于觀察者是靜止的時候，它的長度測量值最大；如果相對于觀察者以速度的長度測量值最大；如果相對于觀察者