1、科學(xué)技術(shù)與世界文明,19、20世紀(jì)之交的物理學(xué)革命：背景,19世紀(jì)末20世紀(jì)初，光學(xué)、電磁學(xué)與力學(xué)的統(tǒng)一使物理學(xué)顯示出一種形式上的完整，經(jīng)典物理學(xué)被譽(yù)為“一座莊嚴(yán)雄偉的建筑體系和動(dòng)人心弦的美麗廟堂”。,三大發(fā)現(xiàn)： （1） X-射線 （1895，倫琴） （2） 放射性 （1896，貝克勒爾） （3） 電子 （1897， 湯姆遜）,科學(xué)技術(shù)與世界文明,物理學(xué)新發(fā)現(xiàn),1895年，倫琴（1845-1923）研究陰極射線時(shí)意外發(fā)現(xiàn)X射線；獲得1901年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，是第一個(gè)獲獎(jiǎng)人。通過(guò)X射線促進(jìn)了或激勵(lì)了一連串發(fā)現(xiàn)。 1896年，貝克勒耳（1852-1908）意外發(fā)現(xiàn)放射線； 1897年，湯姆遜證實(shí)了

2、電子的存在； 居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射線元素（釷、釙和鐳）；證實(shí)元素的嬗變；促使元素嬗變理論建立（盧瑟福，1902年）； 動(dòng)搖了幾千年原子和元素觀念認(rèn)為原子不可分、是物質(zhì)組成最小單元；認(rèn)為元素不變。,1896年李鴻章訪問(wèn)德國(guó),科學(xué)技術(shù)與世界文明,洛倫茲：“在今天，人們提出了與昨天所說(shuō)的截然相反的主張。這樣一來(lái)，已經(jīng)沒(méi)有真理的標(biāo)準(zhǔn)了，也不知道科學(xué)是什么了。我真后悔我未能在這些矛盾出現(xiàn)前五年死去?！?生活于19世紀(jì)末20世紀(jì)初的荷蘭物理學(xué)家洛倫茲，創(chuàng)立了經(jīng)典電子論，確定了電子在電磁場(chǎng)中所受的力(洛倫茲力)。預(yù)言了正常的塞曼效應(yīng)，并在錯(cuò)誤的以太學(xué)說(shuō)的基礎(chǔ)上提出了與相對(duì)論建立有關(guān)的高速運(yùn)動(dòng)的參考系與靜止參考系

3、之間時(shí)間、空間坐標(biāo)的變換關(guān)系(洛倫茲變換)。 像威廉湯姆生一樣，他認(rèn)為當(dāng)時(shí)“科學(xué)的大廈已經(jīng)建成”。,科學(xué)技術(shù)與世界文明,物理學(xué)革命,當(dāng)時(shí)物理學(xué)家中的泰斗開爾文勛爵在新年賀詞中把物理學(xué)的19世紀(jì)發(fā)展和20世紀(jì)的前景比喻為“物理學(xué)一片晴朗天空，只有兩朵小小烏云”。 它們是黑體輻射問(wèn)題和以太問(wèn)題，當(dāng)時(shí)沒(méi)有得到解決。,科學(xué)技術(shù)與世界文明,兩朵小小烏云：（1）黑體輻射中的“紫外災(zāi)難” （2）邁克爾遜-莫雷所做的“以太漂移實(shí)驗(yàn)”,理論擬合的曲線2,理論擬合的曲線1,實(shí)驗(yàn)曲線,黑體輻射中的“紫外災(zāi)難”,邁克爾遜-莫雷所做的“以太漂移實(shí)驗(yàn)”,科學(xué)技術(shù)與世界文明,科學(xué)技術(shù)與世界文明,物理學(xué)革命,以太漂移實(shí)驗(yàn) 1

4、905年，愛(ài)因斯坦（18791955）發(fā)表了三篇重要的論文。一篇關(guān)于光電效應(yīng)（光的強(qiáng)度只與電子的多少有關(guān)而與電子的發(fā)射能量無(wú)關(guān)），一篇關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)，一篇關(guān)于狹義相對(duì)論，名“論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)”。以同時(shí)性的相對(duì)性為突破口，給出了新的時(shí)間空間理論 1916年，愛(ài)因斯坦提出廣義相對(duì)論，把慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的等同性做了一個(gè)自然的解釋 1921年，獲諾貝爾物理獎(jiǎng),科學(xué)技術(shù)與世界文明,（1）愛(ài)因斯坦（1879-1955）相對(duì)論,相對(duì)性原理 在所有慣性參照系中，物理學(xué)規(guī)律都是相同的，不存在一個(gè) 優(yōu)于其他慣性系的絕對(duì)慣性系。 光速不變?cè)?在所有慣性參照系中，真空中的光線都是以確定的速度c運(yùn) 動(dòng)的,不管這光線是

5、由靜止的還是運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)射出來(lái)的。,1905年6月，論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)提出狹義相對(duì)論,科學(xué)技術(shù)與世界文明,“同時(shí)性”概念：“對(duì)于一個(gè)觀察者來(lái)說(shuō)是同時(shí)發(fā)生的兩個(gè)事件， 對(duì)別的觀察者來(lái)說(shuō)，就不一定是同時(shí)的?！币?此，同時(shí)性只是相對(duì)的。,愛(ài)因斯坦以相對(duì)性原理和光速不變?cè)碜鳛楣砬疤?，并利用同時(shí)性的相對(duì)性，導(dǎo)出了空間坐標(biāo)和時(shí)間坐標(biāo)在不同慣性參照系之間的變換關(guān)系式（在形式上與洛倫茲變換相同），從而最終把力學(xué)和電磁學(xué)在運(yùn)動(dòng)學(xué)水平上統(tǒng)一了起來(lái)。,幾個(gè)推論： 1、光速是運(yùn)動(dòng)速度極限 2、距離在運(yùn)動(dòng)方向上收縮 3、運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘變慢（雙生子） 4、質(zhì)量隨速度增加而增大 5、 1907年，,狹義相對(duì)論,科學(xué)技術(shù)與世

6、界文明,廣義相對(duì)論,思想實(shí)驗(yàn)：愛(ài)因斯坦電梯 1916年，廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)建立完整的廣義相對(duì)論理論，把慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量的等同性做了一個(gè)自然的解釋 1919年，廣義相對(duì)論理論被驗(yàn)證,科學(xué)技術(shù)與世界文明,科學(xué)技術(shù)與世界文明,牛頓時(shí)空與相對(duì)論時(shí)空,（a）牛頓時(shí)間與空間分離，彷佛是一根在兩個(gè)方向都無(wú)限延伸的在鐵軌上跑的火車頭一樣。,（b）相對(duì)論時(shí)間 與空間相互結(jié)合，當(dāng)空間彎曲時(shí)，時(shí)間也有了形態(tài)，即鐵軌是彎曲的，時(shí)間就如鐵軌上的火車頭一樣。,科學(xué)技術(shù)與世界文明,量子力學(xué)革命,1900年，普朗克提出能量子假說(shuō)，以解釋黑體輻射的能量分布。 1905年，愛(ài)因斯坦提出光量子假說(shuō)和理論；20世紀(jì)初，盧瑟福提出原子

7、的有核模型太陽(yáng)系模型；1912-13年，玻爾建立（經(jīng)典）量子論原子模型；1923年，德布洛意提出物質(zhì)波假說(shuō)；1925年，海森堡提出矩陣力學(xué)； 1926年，薛定諤提出波動(dòng)力學(xué)；1927年證明兩者等價(jià)； 1927年，海森堡提出“測(cè)不準(zhǔn)原理”，玻爾提出“互補(bǔ)原理”。 波粒二象性；測(cè)不準(zhǔn)原理（能量與時(shí)間、質(zhì)量與動(dòng)量）,（2）量子論和量子力學(xué)建立,科學(xué)技術(shù)與世界文明,四大理論模型,宇宙學(xué)中的大爆炸模型 數(shù)學(xué)模型 觀察證據(jù)（哈伯紅移；愛(ài)丁頓；本底噪音-微波背景；） 粒子物理學(xué)中的夸克模型 一尺之捶，日取其半，萬(wàn)世不絕 相對(duì)論效應(yīng)-質(zhì)能轉(zhuǎn)換 夸克禁閉：你敲擊的能量越大，它禁閉的能量也越大,分子生物學(xué)中的DN

8、A雙螺旋模型 基因時(shí)代：基因復(fù)制、基因修補(bǔ)，基因重組 DNA雙螺旋模型得益于理論物理學(xué)的發(fā)展 地球科學(xué)中的板塊模型 縱向運(yùn)動(dòng)-橫向運(yùn)動(dòng) 魏格納 馮諾依曼模型,科學(xué)技術(shù)與世界文明,重要分支學(xué)科,科學(xué)技術(shù)與世界文明,科學(xué)技術(shù)與世界文明,科學(xué)技術(shù)與世界文明,非線性科學(xué)革命 系統(tǒng)科學(xué)、非線性科學(xué)：科學(xué)譜系,科學(xué)技術(shù)與世界文明,系統(tǒng)科學(xué) 60-70年代: “靜態(tài)”階段耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué) 80-90年代: “動(dòng)態(tài)”階段混沌學(xué)、分形學(xué),系統(tǒng)科學(xué)研究的“系統(tǒng)范式”：從方法上反對(duì)立足于 部分的分析還原方法 系統(tǒng)科學(xué)揭示的世界圖象： 簡(jiǎn)單性的世界復(fù)雜性的世界 存在的世界演化的世界 確定性的世界非確定性的世界,科學(xué)技術(shù)與世界文明,創(chuàng)始人為一群科學(xué)家，最著名的包括： 氣象學(xué)家洛侖茲（E.N.Lorenz）、數(shù)學(xué)家約克和李天巖、 May，KAM（柯?tīng)柲缏宸?- 阿諾德 - 莫什爾）等。,混沌學(xué),J.Gleick:Chaos,making a new science,“混沌”（Chaos），原意紊亂、無(wú)序和無(wú)規(guī)律。但在混沌理論中，它指的不是純粹的無(wú)序?；煦缋碚撗芯康氖蔷哂写_定性的非線性系統(tǒng)，混沌“來(lái)源于決定論性方程的無(wú)規(guī)運(yùn)動(dòng)”?；煦缡谴_定性的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)本身產(chǎn)生的不規(guī)則的宏觀時(shí)空行為。,科學(xué)技術(shù)與