當代物理-基礎學科物理學-尤其是當代物理學已成為當代科學基礎學科甚么是基礎學科？語言學（語言，文學，外語等）數學（包含計算機及計算數學）緒論第1頁當代物理學？

相對論

E=Mc2

量子論19：普朗克1932年：海德堡1933年:薛定諤、狄拉克1945年：泡利1954年:玻恩第2頁物質反物質反物質是一個假想物質形式，在粒子物理學里，反物質是反粒子概念延伸，反物質是由反粒子組成

宏觀物體都是由質子、中子和電子所組成。這些粒子因而被稱為基本粒子，在30年代初，就有些人發覺了帶正電電子，這是人們認識反物質第一步。到了50年代，伴隨反質子和反中子發覺，人們開始明確地意識到，任何基本粒子都在自然界中有對應反粒子存在。

第3頁量子力學：亞原子世界，或者一切事物中物理量都是量子化：原子能量、角動量、磁矩...。量子力學Photon,γ

E=hν第4頁光學顯微鏡不能研究原子內部結構!量子力學：粒子含有波動性，波含有粒子性l=

h/p用電子顯微鏡大型電子正電子對撞機LEP是當前世界上最大電子顯微鏡l=h/p≈10-3fm=10-18m電子第5頁隧穿幾率不越可勢穿壘可勢穿壘越經典力學量子力學dEV0第6頁物理學研究尺度第7頁第8頁Electrons(10-18m)Atomnucleusnucleonquark10-10m10-14m10-15m10-18m

微觀結構

see原子原子核核子夸克第9頁AfricanElephantHeight

~3.3mRabbit(Length)3x10-1mRedBloodCell7x10-6mby

10-5mVirus(Length)~9x10-7m~

10-7mCarbon-CarbonBondLength

~1.5x10-10mCrosssectionofhumanhair~8x10-5m~10-4mHousefly~7.5x10–3m~10–2m第10頁107m

較大結構及尺度地球第11頁太陽（Sun）日冕109mSun≈2x1030kg≈1057(核子)第12頁1011m地球軌道第13頁旋渦星系（SpiralGalaxy）1021m1011stars第14頁galaxyclusterofgalaxies

1021m1022m1023m

super-clustermetagalaxyuniversem1024m1025m1026m

第15頁組成物質基本粒子第16頁作用力及傳輸子引力作用引力子（還未發覺）電磁作用光子（1905愛因坦）弱作用中間玻色子(CERN83)強作用膠子（DESY1979）質量生成HIGGS玻色子(？)第17頁

物理學尺度從1026m到10-18m物質基本組成夸克和輕子及各種相互作用傳輸子第18頁物理學與其它學科關系近代物理學化學生命科學材料科學近代力學天體與天文學地學金融、社會學電子技術計算機量子激光計算化學結構生物學細觀力學納米科技、材料量子計算機金融物理第19頁物理學與其它學科關系

楊振寧：“近些年來物理學對化學和生命科學發展起了極主要作用”

物理學已改造了化學

--正在改變生命科學、材料科學--已進軍電子學、金融、社會學

當代物理學吸收其它學科資源也將滲透和改變整個當代科學第20頁1989年納米科技ScanningProbeTechniques第21頁物理學近十年一個新方向用科學語言闡述并研究社會科學中各種問題，使社會科學問題更靠近物理學交通流城市膨脹人跡系統社會網絡幾何學科學研究之經濟回報金融物理第22頁第二屆“物理學在金融分析中應用”國際學術討論會

ApplicationofPhysicsinFinancialAnalysis,UniversityofLiege,InstitutZoologiqueLiege,BelgiumJuly13-15,

Conference第一屆“物理學在金融分析中應用”國際學術討論會1999年7月愛爾蘭都柏林三葉學院（TrinityCollege）

金融物理研究崛起

金融物理專題討論國際會議頻頻召開

第23頁經濟物理國際高級研討班及金融復雜性學術討論會年9月合肥中國科技大學非線性科學中心主辦第二屆復雜性科學和經濟物理學理論與應用國際學術會議（廣西師范大學桂林.8.22-26）第24頁當代物理學基礎地位決定了它“多交叉學科性”界面古典物理學當代物理學第25頁研究對象一、課程定位整個宇宙各層次尺寸（單位m）

1026│宇宙1020│銀河系1012│日地距離106│地球半徑100│人10-3│塵埃10-6│細胞、大分子、分子

10-10│原子10-15│原子核10-18│基本粒子課程定義：研究原子內部結構、性質及其運動規律物理學分支原子第26頁二、原子物理學發展簡史1、古人對物質結構探討與認識國外

古希臘（B.C.400)德膜克利特：萬物本原是原子

(atom)

和虛空。atom，希臘文原意就是“不可分割性”

亞里士多德：萬物由水氣火土（以太）組成；物質無限可分“吾愛吾師，吾更愛真理”；“法律是不受情欲影響理智”；主張學生德智體美全方面發展第27頁中國，B.C.475--221年戰國時期墨翟，墨經中，“端，體之無序而最前者也”

當連續遞進分割過程，至先后次序將不復存在時，端將是最終分析結果公孫龍，‘一尺之棰，日取其半，萬世不竭’五行說：物質由金、木、水、火、土組成

陰陽說：物質由陰、陽二氣組成

直覺、猜測、思辨

第28頁2、19世紀，建立了原子學說物質原子學說：全部化學元素都由原子組成熱原子學說：利用原子運動解釋熱力學定律電原子學說：自然界存在帶電原子

試驗總結，認識到原子是物質結構一個層次

3、19世紀末—20世紀初，建立了嚴格原子物理理論—量子力學。重大發覺有：

第29頁1869，周期表發覺，門捷列夫1885，氫原子光譜規律發覺，巴耳末1895，X射線發覺，倫琴1896，放射線發覺，貝克勒耳1897，電子發覺，湯姆遜1900，能量子概念建立，普朗克1911，原子核式結構建立，盧瑟福1913，玻爾量子理論建立，玻爾1925前后，量子力學建立，近代物理序幕原子物理新篇章對原子這一層次認識，從試驗到理論取得比較完全認識。4、20世紀初至現在，對物質結構認識不停地深入，原子---原子核---基本粒子---夸克…,

分子是由原子組成第30頁基本粒子指人們認知組成物質最小最基本單位。但在夸克理論提出后，人們認識到基本粒子也有復雜結構，故現在普通不提“基本粒子”這一說法。依據作用力不一樣，粒子分為強子、輕子和傳輸子三大類。

基本粒子，即在不改變物質屬性前提下最小體積物質。

原子是由原子核和電子組成。原子核由質子與中子組成（氫原子核只有一個質子）。

原子序數=質子數=核電荷數=核外電子數

質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，帶一個單位正電荷。

20世紀60年代，美國物理學家默里·蓋爾曼和G.茨威格各自獨立提出了中子、質子這一類強子是由更基本單元——夸克（quark）組成。全部中子都是由三個夸克組成，反中子則是由三個對應反夸克組成，比如質子，中子。質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成。

第31頁三、課程內容（章節介紹。。。。。。）四、課程特點1、新概念、原理較抽象，不夠直觀

2、重試驗，理論由試驗建立，不完全靠邏輯推理從理論推導出試驗結果（光譜是研究原子內部結構與電子運動規律主要試驗伎倆。）

第32頁五、