绪论课-2013-2

现代物理-基础学科物理学-特别是现代物理学已成为现代科学的基础学科甚么是基础学科？语言学（语言，文学，外语等）数学（包括计算机及计算数学）•绪论h2π=h现代物理学？相对论E=Mc2量子论1918年：普朗克1932年：海德堡1933年:薛定谔、狄拉克1945年：泡利1954年:玻恩物质反物质反物质是一种假想的物质形式，在粒子物理学里，反物质是反粒子概念的延伸，反物质是由反粒子构成的宏观物体都是由质子、中子和电子所组成的。这些粒子因而被称为基本粒子，在30年代初，就有人发现了带正电的电子，这是人们认识反物质的第一步。到了50年代，随着反质子和反中子的发现，人们开始明确地意识到，任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在。量子力学：亚原子世界，或者一切事物中物理量都是量子化的：原子能量、角动量、磁矩...。量子力学Photon,γE=hν光学显微镜不能研究原子的内部结构!量子力学：粒子具有波动性，波具有粒子性l=h/p用电子显微镜大型电子正电子对撞机LEP是目前世界上最大的电子显微镜l=h/p10-3fm=10-18m电子隧穿几率不越可势穿垒可势穿垒越经典力学量子力学dEV0物理学研究的尺度Electrons(10-18m)Atomnucleusnucleonquark10-10m10-14m10-15m10-18m微观结构see原子原子核核子夸克AfricanElephantHeight~3.3mRabbit(Length)3x10-1mRedBloodCell7x10-6mby10-5mVirus(Length)~9x10-7m~10-7mCarbonAtomCarbonAtomCarbonAtomCarbonAtomCarbon-CarbonBondLength~1.5x10-10mCrosssectionofhumanhair~8x10-5m~10-4mHousefly~7.5x10–3m~10–2m107m较大结构及尺度地球太阳（Sun）日冕109mSun≈2x1030kg≈1057(核子)1011m地球轨道旋涡星系（SpiralGalaxy）1021m1011starsgalaxyclusterofgalaxies1021m1022m1023msuper-clustermetagalaxyuniversem1024m1025m1026m组成物质的基本粒子作用力及传播子引力作用引力子（尚未发现）电磁作用光子（1905爱因坦）弱作用中间玻色子(CERN83)强作用胶子（DESY1979）质量生成HIGGS玻色子(？)物理学的尺度从1026m到10-18m物质的基本组成夸克和轻子及各种相互作用的传播子物理学与其他学科的关系近代物理学化学生命科学材料科学近代力学天体与天文学地学金融、社会学电子技术计算机量子激光计算化学结构生物学细观力学纳米科技、材料量子计算机金融物理物理学与其他学科的关系杨振宁：“近些年来物理学对化学和生命科学的发展起了极重要作用”物理学已改造了化学--正在改变生命科学、材料科学--已进军电子学、金融、社会学现代物理学吸收其它学科资源也将渗透和改变整个现代科学1989年纳米科技ScanningProbeTechniques物理学近十年的一个新方向•用科学语言阐述并研究社会科学中的各种问题，使社会科学问题更接近物理学•交通流•城市膨胀•人迹系统•社会网络几何学•科学研究之经济回报•金融物理•第二届“物理学在金融分析中的应用”国际学术讨论会ApplicationofPhysicsinFinancialAnalysis,UniversityofLiege,InstitutZoologiqueLiege,BelgiumJuly13-15,2000Conference•第一届“物理学在金融分析中的应用”国际学术讨论会1999年7月爱尔兰都柏林三叶学院（TrinityCollege）金融物理研究的崛起金融物理专题讨论的国际会议频频召开•经济物理国际高级研讨班及金融复杂性学术讨论会2000年9月合肥中国科技大学非线性科学中心主办•第二届复杂性科学和经济物理学的理论与应用国际学术会议（广西师范大学桂林2001.8.22-26）现代物理学的基础地位决定了它的“多交叉学科性”界面古典物理学现代物理学研究对象一、课程定位整个宇宙各层次的尺寸（单位m）1026│宇宙1020│银河系1012│日地距离106│地球半径100│人10-3│尘埃10-6│细胞、大分子、分子10-10│原子10-15│原子核10-18│基本粒子课程定义：研究原子内部结构、性质及其运动规律的物理学分支原子二、原子物理学发展简史1、古人对物质结构的探讨与认识国外古希腊（B.C.400)德膜克利特：万物的本原是原子(atom)和虚空。atom，希腊文的原意就是“不可分割性”亚里士多德：万物由水气火土（以太）组成；物质无限可分“吾爱吾师，吾更爱真理”；“法律是不受情欲影响的理智”；主张学生德智体美全面发展中国，B.C.475--221年战国时期墨翟，墨经中，“端，体之无序而最前者也”当连续递进分割过程，至先后次序将不复存在时，端将是最后的分析结果公孙龙，‘一尺之棰，日取其半，万世不竭’五行说：物质由金、木、水、火、土构成阴阳说：物质由阴、阳二气组成直觉、猜想、思辨2、19世纪，建立了原子学说物质的原子学说：所有的化学元素都由原子组成热的原子学说：利用原子的运动解释热力学定律电的原子学说：自然界存在带电的原子实验总结，认识到原子是物质结构的一个层次3、19世纪末—20世纪初，建立了严格的原子物理理论—量子力学。重大发现有：1869，周期表发现，门捷列夫1885，氢原子光谱规律发现，巴耳末1895，X射线发现，伦琴1896，放射线发现，贝克勒耳1897，电子发现，汤姆逊1900，能量子概念建立，普朗克1911，原子核式结构建立，卢瑟福1913，玻尔量子理论建立，玻尔1925前后，量子力学建立，近代物理的序幕原子物理的新篇章对原子这一层次的认识，从实验到理论获得比较完全的认识。4、20世纪初至现在，对物质结构的认识不断地深入，原子---原子核---基本粒子---夸克…,分子是由原子组成的基本粒子指人们认知的构成物质的最小最基本的单位。但在夸克理论提出后，人们认识到基本粒子也有复杂的结构，故现在一般不提“基本粒子”这一说法。根据作用力的不同，粒子分为强子、轻子和传播子三大类。基本粒子，即在不改变物质属性的前提下的最小体积物质。原子是由原子核和电子构成。原子核由质子与中子组成（氢原子核只有一个质子）。原子序数=质子数=核电荷数=核外电子数质子由两个上夸克和一个下夸克组成，带一个单位正电荷。20世纪60年代，美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——夸克（quark）组成的。所有的中子都是由三个夸克组成的，反中子则是由三个相应的反夸克组成的，比如质子，中子。质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。三、课程内容（章节介绍。。。。。。）四、课程特点1、新的概念、原理较抽象，不够直观2、重实验，理论由实验建立，不完全靠逻辑推理从理论推导出实验结果（光谱是研究原子内部结构与电子运动规律的主要实验手段。）五、课程学习的重要性•现代物理学的一门主要课程。•了解与掌握现代高科技的基础如：宇宙起源与演化，星际分子，激光技术及光电子领域，材料科学，医学，化学，生命科学中的应用。六、原子物理学学习中应注意的问题1.实践是检验真理的标准，科学是逐步地不断地发展的2.对微观体系不能要求都按宏观规律来描述3.要善于观察、善于学习、善于动脑、开拓进取，不断创新希望我们共同努力完成该课程