物理學(xué)的發(fā)展０-1歷史的透視一、17?19世紀(jì)——經(jīng)典物理第1次突破：以17世紀(jì)牛頓力學(xué)的建立為標(biāo)志建立兩個(gè)定律運(yùn)動(dòng)定律：在力作用下物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律萬(wàn)有引力定律：物體間相互作用的規(guī)律1687年發(fā)表劃時(shí)代著作：《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》“如果說(shuō)我看得遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟稀绷_伯特·胡克——英國(guó)歷史上第一位職業(yè)科學(xué)家萊布尼茲數(shù)學(xué)上的爭(zhēng)論第2次突破：以18、19世紀(jì)熱力學(xué)理論和氣體分子動(dòng)理論的建立為標(biāo)志蒸汽機(jī)：導(dǎo)致以解決動(dòng)力機(jī)械為主導(dǎo)的第一次工業(yè)革命瓦特1892年研制的蒸汽機(jī)車(chē)開(kāi)爾文1824~1907第3次突破：以19世紀(jì)法拉第-麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立為標(biāo)志電力和無(wú)線電通訊：開(kāi)始工業(yè)電氣化進(jìn)程，導(dǎo)致第二次工業(yè)革命二、20世紀(jì)——近代物理1900年英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文展望20世紀(jì)科學(xué)：“在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了”——黑體熱輻射實(shí)驗(yàn)——邁克耳遜-莫雷實(shí)驗(yàn)“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處,還有兩朵小小的令人不安的烏云”相對(duì)論和量子力學(xué)引發(fā)物理學(xué)的革命風(fēng)暴相對(duì)論量子力學(xué)近代物理的理論基礎(chǔ)高新技術(shù)——核能、晶體管、激光、大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)等：導(dǎo)致第三次工業(yè)革命物理學(xué)進(jìn)一步發(fā)展：核物理、半導(dǎo)體物理、固體物理、激光物理上海磁懸浮歷史上物理與技術(shù)的關(guān)系大致有兩種模式:

技術(shù)

物理

技術(shù)

(以第一次工業(yè)革命為標(biāo)志)

物理

技術(shù)

物理

(以電氣化進(jìn)程為標(biāo)志)愛(ài)因斯坦受激輻射理論（1917）第一臺(tái)激光器誕生（1960）現(xiàn)代光學(xué)（物理）（技術(shù)）（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）量子力學(xué)費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)固體能帶理論（20年代）微結(jié)構(gòu)物理21世紀(jì)~x世紀(jì)微觀世界兩大疑問(wèn)宇宙中的兩大疑問(wèn)①弱相互作用中宇稱(chēng)不守恒②自由夸克沒(méi)有觀測(cè)到①暗物質(zhì)由什么構(gòu)成?②類(lèi)星體緣何具有巨大能量？“真空”黑洞？灰洞！§０-2自然界的物理圖象一、物質(zhì)存在的形態(tài)A實(shí)物非凝聚態(tài)液體等離子體凝聚態(tài)固體氣體

自然界由物質(zhì)組成，一切物質(zhì)都處于永不停息的運(yùn)動(dòng)中物質(zhì)第五態(tài)：玻色－愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)(1995年)

1924年，S.N.Bose將光子作為全同粒子推導(dǎo)黑體輻射Planck公式的論文寄給A.Einstein，Einstein將其譯成德文并發(fā)表——玻色-愛(ài)因斯坦凝聚(BEC)隨后，Einstein將Bose的結(jié)論推廣到有質(zhì)量的原子系統(tǒng)，并且預(yù)言了一個(gè)非常吸引人的量子現(xiàn)象：極低溫度下，氣體原子可聚集到同一個(gè)量子態(tài)上Ketterle納原子氣中實(shí)現(xiàn)的BEC1995年，麻省理工學(xué)院的Ketterle和科羅拉多大學(xué)的Wieman和Cornell在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了BEC——分享2001年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)KetterleCornellWieman物質(zhì)第六態(tài)：費(fèi)米子凝聚態(tài)(2004年)

BEC和費(fèi)米子凝聚態(tài)都是物質(zhì)在量子狀態(tài)下的形態(tài)1995年科羅拉多大學(xué)的DeborahJin在同事BEC研究基礎(chǔ)上開(kāi)始費(fèi)米子凝聚研究Jin的研究小組利用過(guò)度冷卻（兩千萬(wàn)分之一度）的鉀原子實(shí)現(xiàn)了費(fèi)米子凝聚，創(chuàng)造出新的物質(zhì)形態(tài)B場(chǎng)穩(wěn)恒場(chǎng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)物質(zhì)內(nèi)強(qiáng)作用場(chǎng)、弱作用場(chǎng)引力場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)——電磁場(chǎng)(波)二、物質(zhì)存在的條件時(shí)間、空間是物質(zhì)存在的條件“宇”——空間“宙”——時(shí)間四方上下曰宇，古往今來(lái)曰宙——《三蒼》物質(zhì)存在的形態(tài)之B《淮南子·原道訓(xùn)》注1.時(shí)間宇宙年齡：約10171018s

時(shí)間測(cè)量跨越1042-43量級(jí)粒子最短壽命：約10－25s2.空間宇宙線度：約1026m(200億l.y)層子(夸克

guark)：約10－20m空間測(cè)量跨越1046量級(jí)無(wú)盡的過(guò)去與無(wú)盡的未來(lái)宇宙大爆炸說(shuō)1946年伽莫夫提出大爆炸學(xué)說(shuō)：180(150)億年前密度極高的宇宙大爆炸宇宙膨脹溫度下降

出現(xiàn)質(zhì)子、中子、電子、光子、星系、生命等三、物質(zhì)基本屬性之一——質(zhì)量質(zhì)量?jī)?nèi)涵慣性的大小引力的大小能量的多少質(zhì)量分類(lèi)動(dòng)質(zhì)量——物體的質(zhì)量與運(yùn)動(dòng)有關(guān)靜質(zhì)量——物體靜止時(shí)的質(zhì)量四、物質(zhì)間的相互作用——自然力物質(zhì)的基本屬性之一1.四種相互作用的自然力(2)弱作用：引起粒子間的某些過(guò)程，如：衰變(短程：約10－18m)(1)強(qiáng)作用：原子核結(jié)合力，它使原子核牢固地保持為一個(gè)整體(短程：約10－15m)β衰變中放出電子和中微子之間只有弱力作用強(qiáng)度是強(qiáng)相互作用力的1/1013弱作用β衰變過(guò)程中，原子核內(nèi)中子衰變成質(zhì)子而失去的能量。然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電子所帶走的能量，總比原子核應(yīng)該放出的能量少得多。大膽的青年物理學(xué)家泡利，于1933年提出了一個(gè)嶄新的理論：在微觀世界，確實(shí)存在著一個(gè)“竊能賊”，把原子核內(nèi)釋放的一部分能量偷走了。它可能不帶電，質(zhì)量也非常小，同周?chē)南嗷プ饔昧苋酰跃筒恢挥X(jué)地從測(cè)量?jī)x器下溜走了---“中微子。費(fèi)米利用“中微子”的假設(shè)，提出核衰變過(guò)程(3)電磁作用：發(fā)生在電荷間(電作用)、運(yùn)動(dòng)電荷間(磁作用)的相互作用(長(zhǎng)程作用)(4)引力作用：物體間表現(xiàn)出的固有的相互作用(長(zhǎng)程作用)——最弱的一種宏觀物體間所能觀測(cè)的是電磁和引力作用強(qiáng)相互作用的1/1038-42,強(qiáng)相互作用的1/137,各力的作用