1、1,您將一點(diǎn)一點(diǎn)地掀開(kāi)物質(zhì)世界的神奇的面紗,歡迎,2,1 物理學(xué)與物質(zhì)世界 物理學(xué)是探討物質(zhì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的學(xué)科 是自然科學(xué)的基礎(chǔ),一.物質(zhì)世界,研究的對(duì)象十分廣泛 宇觀 宏觀 微觀,為人們描繪出一副五彩繽紛的圖畫(huà),3,空間尺度(相差10451046) 1026 m(約150億光年)(宇宙)1020 m(夸克),時(shí)間尺度(相差1045) 1018s 150億年(宇宙年齡)-10-27s(硬 射線周期),速率范圍 0(靜止) - 3x108 m/s(光速),4,人們從自己向小尺度追問(wèn) 以探索物質(zhì)的組成 物理學(xué)上對(duì)應(yīng) 粒子物理學(xué) 目前物理學(xué)界公認(rèn)組成物質(zhì)的最小單元是夸克 即認(rèn)為quark沒(méi)有內(nèi)

2、部結(jié)構(gòu) 但近來(lái)有消息稱(chēng) quark 也可一分為二 說(shuō)明認(rèn)識(shí)無(wú)止境,5,粒子種類(lèi) 自由狀態(tài)存在的: 452 種 其中 規(guī)范玻色子 4 種 輕子 12 種 強(qiáng)子 436 種,基本相互作用 : 電磁 強(qiáng) 弱 引力,6,人們從自己向大尺度追問(wèn)以探索宇宙的奧秘 物理學(xué)上對(duì)應(yīng) 天體物理學(xué),宇宙是怎樣運(yùn)動(dòng)的呢？ 進(jìn)行絕熱膨脹 宇宙半徑增大 宇宙密度降低 溫度降低,宇宙有限又無(wú)邊!,有中心?無(wú)中心?,遠(yuǎn)離,7,仙女座大星云,8, 粒子物理學(xué)(微觀理論) 標(biāo)準(zhǔn)模型 認(rèn)定基本粒子 揭示物質(zhì)的組成 高能物理實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)手段) 發(fā)展加速器取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 驗(yàn)證微觀理論, 天體物理學(xué)(宇觀理論) 標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型 分析宇宙的起源

3、 大爆炸宇宙學(xué),二.關(guān)于兩個(gè)前沿的基本理論,9,目前天體物理理論和粒子物理理論已成為 密不可分的姊妹學(xué)科 標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型給出的宇宙起源與基本粒子 標(biāo)準(zhǔn)模型給出的物質(zhì)組成是一致的 從而體現(xiàn)了物理學(xué)的和諧 完美和對(duì)稱(chēng) 從遙遠(yuǎn)的過(guò)去宇宙產(chǎn)生于大爆炸 絕熱膨脹至今 我們生活在這樣的世界中 人們從自己開(kāi)始 通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)手段 (比如加速器)把物質(zhì)打開(kāi) 探索內(nèi)部的由來(lái),10,依靠高能粒子加速器的發(fā)展,11,12,三.物理學(xué)使人們深入認(rèn)識(shí)世界 物質(zhì)存在的基本形式 中學(xué)時(shí)已有 粒子和場(chǎng) 的認(rèn)識(shí),場(chǎng)論給出最新認(rèn)識(shí) 每種粒子對(duì)應(yīng)一種場(chǎng) 場(chǎng)有不同能量狀態(tài),場(chǎng)與粒子是統(tǒng)一體的兩種表現(xiàn)形式,13, 基本相互作用 粒子是場(chǎng)的

4、激發(fā)態(tài)形式 因此粒子間的相互作用來(lái)自場(chǎng)之間的相互作用 場(chǎng)之間的相互作用是粒子轉(zhuǎn)化的原因 物質(zhì)的凝聚狀態(tài) 凝聚態(tài)(固、液) 氣態(tài) 等離子體 致密態(tài) 恒星晚年 白矮星 中子星 黑洞,14,演繹法 推理 演算 歸納法 假設(shè) 模型 定性和半定量,直覺(jué) 想象力 洞察力,2 物理學(xué)與科學(xué)思維,一.物理學(xué)的研究方法,15,物理學(xué)家的 1/3 激奮在于 建立理論 1/3 激奮在于 證實(shí)理論 1/3 激奮在于 突破理論 愛(ài)因斯坦是典范 -最令人驚訝的是沒(méi)有出現(xiàn)令人驚訝的事-,二.物理學(xué)家的科學(xué)態(tài)度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與已有理論不符合 預(yù)示著重大突破,令人興奮,16,3 物理學(xué)與科學(xué)技術(shù) 物理學(xué)為其他學(xué)科創(chuàng)立技術(shù)和原理 重

5、大新技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)立總是經(jīng)歷 長(zhǎng)期的物理醞釀 如 微電子技術(shù)的發(fā)展 物理學(xué)滿(mǎn)足人類(lèi)所深刻認(rèn)識(shí)到的最根本的 程度上了解自然界的需要 (美國(guó)物理學(xué)評(píng) 述委員會(huì)),17,盧瑟福 a 粒子散射實(shí)驗(yàn)(1909)核能利用(40年代以后) 愛(ài)因斯坦受激輻射理論(1917) 第一臺(tái)激光器(1960) (物理) (技術(shù)) 信息技術(shù)的發(fā)生和發(fā)展的硬件部分以物理學(xué)成果為基礎(chǔ) (技術(shù)) (物理) 量子力學(xué) 費(fèi)米狄拉克統(tǒng)計(jì) 固體能帶理論(20年代)(物理) 晶體管誕生(1947) 集成電路(1962) 大規(guī)模集成電路 (70年代后期)(技術(shù))微結(jié)構(gòu)物理(物理),18,4 物理學(xué)與高素質(zhì)人才,提高科學(xué)素質(zhì)和能力以適應(yīng)高新技

6、術(shù) 市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)工程師類(lèi)型 工程科學(xué)家型 革新發(fā)明家型 現(xiàn)場(chǎng)工程專(zhuān)家型 管理規(guī)劃專(zhuān)家型,要求良好的科學(xué)素質(zhì)!,19,物理學(xué)的思想和觀點(diǎn) 如 建理想化模型 從物理本質(zhì)上提出和研究本專(zhuān)業(yè)問(wèn)題 創(chuàng)新能力 在工程技術(shù)中引入物理學(xué)的新成果,物理素質(zhì)的表現(xiàn),重視提高科學(xué)素質(zhì) 深厚的科學(xué)素養(yǎng)是發(fā)明創(chuàng)造的基礎(chǔ),20,如：掃描隧道顯微鏡 (STM)的發(fā)明 說(shuō)明：深厚的科學(xué)素質(zhì)的重要性,70年代 羅伯特.楊 制成場(chǎng)發(fā)射顯微鏡,1981年 賓尼和羅雷爾 應(yīng)用隧道效應(yīng) 改進(jìn)了場(chǎng)發(fā)射顯微鏡 S T M,得益于深厚的科學(xué)素養(yǎng),1986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),21,經(jīng)典 量子,22,表面電流 表面結(jié)構(gòu),獅子的能量

7、必須滿(mǎn)足,才能越過(guò)高墻,按經(jīng)典的觀點(diǎn)：,量子： 同樣用勢(shì)能表示,獅子可能穿過(guò) 勢(shì)壘到左方,實(shí)際：,23,中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所研制的 CSTM-9000型掃描隧道顯微鏡 “原子和分子的觀察與操縱” - 白春禮 插頁(yè)彩圖1,24,硅表面77重構(gòu)圖象 “原子和分子的觀察與操縱” - 白春禮 插頁(yè)彩圖2,解決許多理論和實(shí)驗(yàn)上的疑難問(wèn)題,25,用AFM得到的癌細(xì)胞的表面圖象 “原子和分子的觀察與操縱” - 白春禮 P.98 圖 4-8,基于STM工作原理或掃描成像方法的派生顯微鏡系列 原子力(AFM) 磁力 分子力顯微鏡 等等,26,1994年中國(guó)科學(xué)院科學(xué)家“寫(xiě)”出的 平均每個(gè)字的面積僅百萬(wàn)分之一平方

8、厘米 “原子和分子的觀察與操縱” - 白春禮 插頁(yè)彩圖13,操縱原子不是夢(mèng) “原子書(shū)法”,27,一氧化碳“分子人” “原子和分子的觀察與操縱” - 白春禮 P.151 圖7-8,“掃描隧道繪畫(huà)”,28,移動(dòng)鐵原子,29,大學(xué)物理課的任務(wù),把大學(xué)生領(lǐng)進(jìn)物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域的大門(mén) 打開(kāi)大門(mén) 并送一枚指南針 使之能在物理學(xué)展示的五彩繽紛的世界中 汲取營(yíng)養(yǎng) 茁壯成長(zhǎng),30,“大學(xué)物理學(xué)”一套四冊(cè)，張三慧主編 “普通物理學(xué)輔導(dǎo)與答疑”一套三冊(cè) “新概念物理教程”力學(xué)，趙凱華，羅蔚茵 “基礎(chǔ)物理學(xué)”上下冊(cè)，陸果 “物理學(xué)教程”一套七冊(cè)，夏學(xué)江，史斌星主編 “伯克利物理學(xué)教程”一套五冊(cè),31,發(fā)展獨(dú)立思考和獨(dú)立創(chuàng)新的一般能力，應(yīng) 當(dāng)始終放在首位，而