1、中學(xué)生文化物理選讀第1頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日第2頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日第一章 造化無限 妙理堪尋 人類生存于地球霧海上的漫游者（弗里德里希，1818） 太平洋中一片浮葉上的螞蟻 但是，人類需要理解自然，得到自然的法則，以我們發(fā)明的方式表達(dá)出來，并應(yīng)用于自然，這正是物理學(xué)的范式。第3頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日費因曼（Feynman 19181988）思想最空靈瀟灑的物理學(xué)家我想知道這是為什么。我想知道這是為什么。我想知道為什么我想知道這是為什么。我想知道究竟為什么我非要知道我為什么想知道這是為

2、什么！ 費因曼 第4頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日 一個玩物理的人. 一個杰出的教育家, 最好的大學(xué)物理教材. 一個表演藝術(shù)家. 一個在Topless酒吧做物理的諾貝爾獎獲得者 一個開鎖專家. 一個空前絕后的卡片機(jī)操作員. 一個特別會算積分的非數(shù)學(xué)家. 一個特別會捉弄數(shù)學(xué)家的狡辯者. 最后的輝煌 永遠(yuǎn)的傳奇, We love you, Dick. 第5頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日Seminar at Caltech Richard Feynman lecturing at Caltech Seminar Day 1978 Physics

3、. 第6頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日1.1 物理學(xué)的意義我們在宇宙中的位置物理學(xué)的起源物理簡史第7頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日一、我們在宇宙中的位置科學(xué)的基本問題是：宇宙是怎樣起源的？生命是怎樣起源的？人類的未來會怎樣？ “世界上有兩件東西能夠深深地震撼人們的心靈，一件是我們心中崇高的道德準(zhǔn)則，另一件是我們頭頂上燦爛的星空?！?康德康德（I. Kant，1724-1804）第8頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日地球周長大約為4萬公里 地-月距離大約為38萬公里，光走1秒，目前測量誤差不超過8厘米我們是如何知道的

4、？一、我們在宇宙中的位置第9頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日物理學(xué)有史以來最美麗的十大實驗：“最美麗”的科學(xué)之魂：最簡單的儀器和設(shè)備，發(fā)現(xiàn)了最根本的科學(xué)準(zhǔn)則。 一、我們在宇宙中的位置第10頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日厄拉多塞（ Eratosthenes ）在公元前三世紀(jì)估算地球周長(276-194 B.C. a librarian in Alexandria)地球周長 = 40000 公里 （實際：40076公里） = 714 (1/50 of 360)兩城市間距離 = 800 公里實驗測量決定一切，是物理學(xué)基本原則。一、我們在宇宙中的位

5、置第11頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日太陽據(jù)地球一億五千萬公里，光從太陽到地球要走8分多鐘。 月蝕 日蝕惟有科學(xué)才能破除迷信一、我們在宇宙中的位置太陽、地球、月亮三者在空間上的關(guān)系，導(dǎo)致了許多奇妙的自然現(xiàn)象 第12頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日潮汐現(xiàn)象地日月月地日大潮小潮一、我們在宇宙中的位置第13頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日一、我們在宇宙中的位置太陽系這被評為最好的太陽系照片：構(gòu)圖和這些行星的顏色都恰到好處。紅色的火星、綠色天王星和天藍(lán)色海王星。該圖還顯示了這些行星的相對大?。航鹦歉厍蛞粯哟螅撬幱诮?/p>

6、地點時，看起來顯然比更加遙遠(yuǎn)的土星更大。更令人不可思議的是，所有這些照片都是在同一天晚上拍攝的。攝影師的創(chuàng)造力，持之以恒的態(tài)度和顯而易見的激情共同成就了這幅作品。 第14頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日光年：光年是宇宙學(xué)中的長度單位，意義是光以每秒30萬公里速度狂奔1年，所經(jīng)過的距離 。一、我們在宇宙中的位置太陽是銀河系中至少1千億（1的后12個0）個恒星中的一員。銀河系由恒星和星系物質(zhì)組成的巨大的、盤狀系統(tǒng)，又是構(gòu)成宇宙的幾千億個星系中的一個，屬旋渦星系類 。第15頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日一、我們在宇宙中的位置天界夜色涼如水坐看牽牛

7、織女星織女星牛郎星相距16光年第16頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日銀河系之外又如何？宇宙究竟有多大？它在運動還是靜止？ 多普勒效應(yīng)：C. Doppler，1803-1853 一、我們在宇宙中的位置聲音會在聲源相對于觀察者運動時發(fā)生變化：高亢代表靠近，低沉就是離遠(yuǎn) 第17頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日光也是一種波，也有類似特征，只不過光不是以音調(diào)，而是以顏色來表現(xiàn) 一、我們在宇宙中的位置當(dāng)一個天體（光源）遠(yuǎn)離我們而去時，光譜中的顏色向紅色端移動，簡稱紅移；而接近我們時，顏色向藍(lán)色端移動，稱之藍(lán)移 第18頁，共45頁，2022年，5月20日，

8、18點44分，星期日哈勃（P. Hubble，1889-1953）現(xiàn)代天文學(xué)之父 從遙遠(yuǎn)星系中傳來的電磁波譜，與地球上測量到的同種元素的光譜相比，具有紅移現(xiàn)象為了解釋這個想象，他假設(shè)所有星系都在遠(yuǎn)離我們而去（多普勒效應(yīng)）。一、我們在宇宙中的位置紅移第19頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日宇宙爆炸理論：伽莫夫告訴我們10-4秒以來宇宙發(fā)生的故事。最終的問題是：宇宙從何而來？一、我們在宇宙中的位置大約在140億年前，沒有空間、沒有時間、更沒有物質(zhì)存在。宇宙所有的一切從現(xiàn)在到宇宙創(chuàng)建之時的每個粒子全部濃縮在一個無限高溫的“奇點”中。能量奇點突然爆裂 ，膨脹開始了時間開始了.伽

9、莫夫（Gamow 1904-1968）第20頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日一、我們在宇宙中的位置能量演化出物質(zhì)，包括時間和空間、所有的基本粒子和四種基本力。50億年以后，太陽系誕生了。90億年后地球誕生140億后（十萬年前）智人的出現(xiàn)2500年前哲學(xué)（不論是東方還是西方）肇始400年前科學(xué)啟蒙一切都是在大約煎好一個荷包蛋的時間里完成 第21頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日這個宇宙誕生和演化圖像，看似荒誕，提出時更是受到冷嘲熱諷，但幾十年來一直受到實驗的嚴(yán)格檢驗。 BBC電臺以此圖片諷刺伽莫夫打開了潘多拉黑匣子。一、我們在宇宙中的位置第22頁

10、，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日實驗證據(jù)：宇宙背景輻射彭齊亞斯和威爾遜被授予了1978年的諾貝爾物理學(xué)獎，得到了哈勃和伽莫夫都未曾獲得的最高榮譽 一、我們在宇宙中的位置宇宙背景輻射示意圖第23頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日Cosmic Background Explorer (COBE)一、我們在宇宙中的位置測量結(jié)果與現(xiàn)在的最新理論預(yù)言（背景溫度2.735K）完全符合，使大爆炸理論經(jīng)歷了最嚴(yán)格的實驗檢驗。 1989年1月，美國發(fā)射了一顆專門的宇宙背景輻射探測器(COBE) 第24頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日宇宙早

11、期的背景輻射必須在各方向上有一些微小的起伏 ，科學(xué)家們花了一整年的時間，收集了3億個觀測數(shù)據(jù)，用計算機(jī)繪制出了一張宇宙微波背景輻射的圖像，稱之為“宇宙蛋” 。熱斑點對應(yīng)于更密集區(qū)域，后來這些區(qū)域發(fā)展成為星系。一、我們在宇宙中的位置第25頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日霧海上的漫游者（弗里德里希，1818） 宇宙龐大無垠，給人一種威懾的感覺，它一直深深地埋藏在人類的心靈中。太陽西沉，星星爬上天空，由此產(chǎn)生了一種危險與飄忽不定的感覺?，F(xiàn)在都知道，星球離我們實在太遠(yuǎn)，但它們的光亮仍能激勵我們。事實上，正是星星邀請你研究自然，訪問科學(xué)。另外一方面，當(dāng)評估了地球在宇宙格局中的地

12、位時，這使我們變得較為謙虛。同時，當(dāng)400年的科學(xué)技術(shù)發(fā)展到能夠?qū)徱暫屠斫庥钪娼Y(jié)構(gòu)，甚至探究她的起源時，我們又為人類的智慧感到自豪。 一、我們在宇宙中的位置第26頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日二、物理學(xué)的起源理性主義的起源我們必須從古希臘開始.第一個自然哲學(xué)家泰勒斯（Thales，624-567 BC）：“萬物源于水”追求萬物的共同本源，是哲學(xué)思維的開始 赫拉克利特（Heraclitus，536-470BC）火“對立統(tǒng)一”；“萬物皆流”首次科學(xué)綜合水、火、氣、土德漠克利(Democritus 前460-前371 ）的原子論古希臘哲學(xué)第一個偉大時期的最高峰。 東方：金

13、、木、水、火、土第27頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日柏拉圖(427-347BC）世界分成兩大部分：可見的世界和理念的世界。理念的世界則不依賴于時空 ,是永恒不變的、真正的實在 ；可見的世界“一切皆變，無物常在” 。強調(diào)必須從人類需要和意向中先驗論出發(fā)，來推導(dǎo)出對自然的看法； 神是好的，球是最完美的形式，因此宇宙必然是球體； 實驗是瀆神的，是下流的機(jī)械技術(shù) ；藝術(shù)乃人類靈魂的大敵，提出理念世界必須拒斥藝術(shù)。 懷疑論和神秘主義結(jié)合到一起，成就了一個偉大的唯心主義哲學(xué)家。整部西方哲學(xué)史都是在為柏拉圖做注腳。 二、物理學(xué)的起源第28頁，共45頁，2022年，5月20日，18

14、點44分，星期日哲學(xué)活動只關(guān)涉惟一的一個世界，也就是人類生活和經(jīng)驗的世界。為了把握世界的真理，必須重視感性經(jīng)驗?！拔覑畚?guī)?，我更愛真理?哲學(xué)的目的在于找出事物的本性和原因，因而發(fā)展了一套“物理學(xué)”，以窮事物之道理。邏輯學(xué)、物理學(xué)、政治學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、心理學(xué)、形而上學(xué)、氣象學(xué)、修辭學(xué)和倫理學(xué)的奠基人。他讓人類開始理解能量、以太、動因、歸納、證明、實質(zhì)、屬性、本質(zhì)、邏輯、偶因、范疇等等概念 三段論法的發(fā)現(xiàn)，就足以使他永垂不朽。亞里士多德(Aristotle, 384 - 322 B.C.)“智者的老師” 但丁 二、物理學(xué)的起源第29頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日二、物理學(xué)

15、的起源莊子曰：“析萬物之理”。就是物理學(xué)的目的和意義 中國的理性自然觀：格物致知 ；天人合一 ；陰陽太極 中國文化傳統(tǒng)中的宇宙觀：宇宙的概念： “四方上下曰宇，往古來今曰宙” 宇宙進(jìn)化論：“道生一，一生二，二生三，三生萬物” “太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦” “萬物生于有，有生于無”第30頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日二、物理學(xué)的起源不論東方還是西方，哲學(xué)都是思辯哲謎宮中望見的星空你望著星空發(fā)出的天問物理學(xué)從哲學(xué)中獨立出來科學(xué)方法論實驗研究邏輯思考抽象模型數(shù)量分析統(tǒng)一法則第31頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日二、物理學(xué)的起源斯諾（C.

16、P. Snow，1905-1980），物理學(xué)家出身，后來從文，作過政府顧問，一生豐富多彩，猶喜論戰(zhàn)。 兩種文化人文文化文學(xué)知識分子 科學(xué)文化科學(xué)家 矛盾敵意為什么要開設(shè)“文化物理”？第32頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日斯諾說：“人文學(xué)者對于不讀莎士比亞的科學(xué)家嗤之以鼻，但是，不懂“熱力學(xué)第二定律”的藝術(shù)家和文學(xué)家自己不是常常伊于胡底？” 二、物理學(xué)的起源In effect, that their lack of knowledge of the second law of thermodynamics was equivalent to scientists not

17、 ever reading a work of Shakespeare .第33頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日人文文化是關(guān)于精神世界的，主要是滿足精神世界與社會需要的終極關(guān)懷，主要是求善，追求具有普適價值觀的人文精神?？茖W(xué)文化是關(guān)于客觀世界的，追求的目標(biāo)是以科學(xué)的方法認(rèn)知自然界及其本質(zhì)與規(guī)律，科學(xué)的求真精神貫穿科學(xué)文化始終。共同基礎(chǔ)：同源于實踐，同源于人腦 二、物理學(xué)的起源源于實踐，生于大腦；形成經(jīng)驗，凝成知識，差于形態(tài)，異于功能；通于思維，補于方法，融于精神，升于境界；渾成整體，不可分割，互動互融，止于至善。第34頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分

18、，星期日我們這門課的主要目的，不是叫你們?nèi)绾螒?yīng)付考試，甚至不是讓你們掌握這些知識我希望的是，你們能夠像真正的物理學(xué)家們一樣，欣賞到這個世界的美妙。物理學(xué)家們看待這個世界的方式，我相信，是這個現(xiàn)代化時代真正文化內(nèi)涵的主要部分。也許，你們學(xué)會的不僅僅是如何欣賞這種文化，甚至也愿意參加到這個人類思想誕生以來最偉大的探索中來。費因曼二、物理學(xué)的起源第35頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日 千禧之年，加拿大的環(huán)球郵報、美國新聞周刊和英國BBC等10幾家世界級大媒體作了一次調(diào)查，請世界各國的讀者評選，從公元1001年至今，1000年來對整個世界影響最大的100位名人。猜猜看是誰榮登

19、榜首？NoNoNoNoYes拿破侖華盛頓莎士比亞比爾 蓋茨愛因斯坦二、物理學(xué)的起源第36頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日細(xì)看物理愁如海， 遙想朋從眼欲花。逆水雨兒沖斷岸， 貪泥燕子墮危沙。百年喬木參天上，一昔平蕪著處佳。行樂不妨隨邂逅，我無官守似蚳蛙。 陳傅良（ 宋, 1137-1203）一片花飛減卻春，風(fēng)飄萬點正愁人。且看欲盡花經(jīng)眼，莫厭傷多酒入唇。江上小堂巢翡翠，苑邊高冢臥麒麟。細(xì)推物理須行樂，何用浮名絆此身。 杜甫( 唐，712-770 )三、物理簡史“致知在格物，物格而后知至”。 禮記大學(xué)第37頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日什么是物理學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)物理學(xué)？物理學(xué)是最基礎(chǔ)的關(guān)于自然的學(xué)問，因此是最具有詩意的科學(xué)。 霍金（S. Hawking, 1942- )物理學(xué)是人類理解自然的最普適語言哲學(xué)與社會對話物理與自然對話藝術(shù)與自我對話理解宇宙三、物理簡史第38頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44分，星期日伽利略1564 1642 科學(xué)研究方法牛頓1642 1727麥克斯韋1831 1879經(jīng)典物理學(xué)現(xiàn)代物理學(xué)愛因斯坦1879 1955三、物理簡史第39頁，共45頁，2022年，5月20日，18點44