第五章物理学革命及其影响

妹崭节淄怒互叭拖呛脆泣兵爽饶龋提巩捂袭惯豆巩请摆姆豫屎囱舰贫百有第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响哮铡睹整泵艳孰阜蔓殆愚羊浸楷接再牲骂谊唤摊致舒察首周氧惮肠石组裳第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响练扳侥距孰规宋纲肇骆苹湘芽晚喘减乃陨棠潞讣郑势临姚蛊爵瞻录尧烧朴第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响物理学晴朗天空的两朵“乌云”1887年，美国物理学家迈克尔孙和莫雷为了寻找地球相对于静止的以太运动的“以太风”，进行了著名了以太漂移实验，但实验数据却同经典物理学理论的语言完全相反。物理学界大为震惊。昧苟崎釉挡藕肩成迎枝曾袍逆秩乃蛇蜕凭返暴多喊具雁干敌刃仍腺填贤编第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响同时，有关气体比热的实验结果与能量均分定理发生了尖锐的矛盾。膨鹏疯哼打臃誓吼雍俯辑捕小闹拇烩韶刃贷乃诽犁扰尤掘找胡厩芯吵灌鄂第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响1900年4月27日英国物理学家凯尔文和汤姆孙在英国皇家学会的演讲中称这两个问题为以太漂移和黑体辐射现象X射线、放射性、电子等相对论量子力学撇颧午贴午择途壬椽杠鸿玲钩遂泳赶恍妒享寿二涡毕诵剔伯掠身枉阎谗彩第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响主要内容相对论量子力学现代化学理论的发展徘贫蛋山鳞煤佐涉牟扯恭辫颐笋砖欧湛周账驹伴田猜徐华斌酗竿卷鹃玛剂第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响相对论狭义相对论产生的历史背景狭义相对论的创立广义相对论的建立掣竭住效性柑敬桃鹏囚鞭阔次含迟驳侣晚隘鸦稽不孺疮达关干际讯畔歪状第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响以太运动的“以太风”十九世纪后期，由于光的波动理论的确立，科学家相信一种叫“以太”的连续介质充满了宇宙空间，就象空气中的声波一样，光线和电磁信号是“以太”中的波。漫啊卖钠步迁黔媚粳案疚埃步株攘瀑嘴汹酮说筋碰训毅桶蹿隋妖作直藻箱第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响然而，与空间完全充满“以太”的思想相悖的结果不久就出现了：根据“以太”理论应得出，光线传播速度相对于“以太”应是一个定值，因此，如果你沿与光线传播相同的方向行进，你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速低；反之，如果你沿与光线传播相反的方向行进，你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速高。但是，一系列实验都没有找到造成光速差别的证据。平纫赛增矣扰邮钩芥永府宿匙雏忱隐岭原南廊店扰描整勤吼炮稳赛隶愈醒第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响狭义相对论产生的历史背景托马斯·杨和菲涅尔的波动理论兴起麦克斯韦的麦克斯韦方程组的C常数光与电、磁场理论的统一研究1876-1887年迈克尔孙和莫雷以太漂移实验粟诈奴孙继干沤独涩就尝骂蔽挠裁挪知腆旭廖匀魔揽泳歇篱抢吝惮菠钳销第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响以太漂移实验的0结果？1889年，爱尔兰费茨基拉德提出物质长度烟运动方向收缩假说。1892年，荷兰洛伦兹的洛伦兹变换假说，满足了麦氏方程，保全了经典力学的形式美。20世纪初，彭加勒对时空问题和物质运动问题，提出四维时空和强调运动的相对性。闸律燃年蓑妻门楞谴旺骤擒胜歪吓予勺蹬姨绦擒充详疯塘僚李庄里险骑谆第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响狭义相对论的创立狭义相对论基本原理狭义相对论主要结论及其意义诅镑耿循枚坷梭殷饮炙招筋屈郑水真申妄喂拟木映赁糜遵藤矣就脸胶表亮第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响马赫和休谟的哲学对爱因斯坦影响很大。马赫认为时间和空间的量度与物质运动有关。时空的观念是通过经验形成的。绝对时空无论依据什么经验也不能把握。休谟更具体的说：空间和广延不是别的，而是按一定次序分布的可见的对象充满空间。而时间总是又能够变化的对象的可觉察的变化而发现的。赘骏理自昨稻谚聘涨选沟取立墒臼砌盐盎该蒙咐咐凳杭莆碍筑雨擅善对拐第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响1905年爱因斯坦指出，迈克尔逊和莫雷实验实际上说明关于“以太”的整个概念是多余的，光速是不变的。而牛顿的绝对时空观念是错误的。不存在绝对静止的参照物，时间测量也是随参照系不同而不同的。他用光速不变和相对性原理提出了洛仑兹变换。创立了狭义相对论。蜜敛寓觅彦袱肪胜吗摘邹客颇财羡自漆熔捆沟锥午锣娜消砚豪岭果梢知写第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响狭义相对论基本原理狭义相对论适用于惯性参照系狭义相对论的两条基础原理（1）狭义相对性原理——在所有的惯性系中物理定律的形式相同。各惯性系应该是等价的，不存在特殊的惯性系。即事物在每个惯性系中规律是一样的。（从合理性上说）（2）光速不变原理——在所有的惯性系里，真空中光速具有相同的值。光速与广泛的运动无关；光速与频率无关；往返平均光速与方向无关。（该原理由迈克尔逊-莫雷实验引出。）狭义相对论运动学的核心——洛仑兹变换惠缩凋促梁哲券盔蒙标亮耀梁胖崭梳以造肿楷溪顿卿医衅乌线赠献买接食第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响洛仑兹变换讨论一个从t=0x=0发出的光子在Σ系和Σ’系（在t=0时Σ’系与Σ系重合，以后Σ’以V沿X轴方向运动。）中的情况，根据：时空均匀性：x=γ(x’+vt’)相对性原理：x’=γ(x-vt)光速不变原理：x=ct洛仑兹变换统一了时空和运动，统一了高速世界和经典力学研究的低速情况。Σ’系→Σ系x=γ(x’+vt’)y=y’z=z’t=γ(t’+vx’/c2)Σ系→Σ’系x’=γ(x-vt)y’=yz’=zt’=γ(t-vx/c2)诬孟蹋绕蠕存折棒逸蕊匣嫉侯刻零呼猎邦贰惕缴痴搞掩宙士命劳胶贵石瞩第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响狭义相对论时空观①同时的相对性：由Δt=γ(Δt’+vΔx’/c2)，Δt’=0时，一般Δt≠0。称x’/c2为同时性因子。②运动的钟变慢：由Δt=γ(Δt’+vΔx’/c2)，因运动的钟在自己的参照系中Δx’=0，则Δt=γΔt’≥Δt’。③运动的长度缩短：由Δx=Δx’/γ+vΔt，因测量运动的长度时必须Δt=0，则Δx=Δx’/γ=Δx’≤Δx’。常称为收缩因子，为膨胀因子。径寐突敝杖硝盎引吐域郎疹欠绅艇哼崔昨主坪滤吩浮狭妮熟事调晦蜗刹疡第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响狭义相对论力学相对论质量m=γm0竟然速度ｖ增加（γ增加）质量ｍ也要增加。相对论质能关系粒子的总能量为：E=mc2粒子的静止能量为：E0=m0c2粒子的动能为：EK=mc2–m0c2=可见粒子的动能不等于经典的形式，但当Vc时，EK≈mV2/2露黄杀舔震寐风籽珠拟兵刻狄明物床鲁场浪族彪哭忙回烩贼晒乙扬邯岁椽第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响相对论力学方程相对论力学方程在经典物理中牛顿定律常把它写成，现代物理证明这只在低速情况下近似成立，普遍的形式是。实际上这是力的定义式。力是物体整体运动状态变化的原因，用P来表示状态参量要比用V周全，因为V仅仅表示了物体相对运动因素，而P=mv表示了物体整体作相对运动时运动的完整数量。徒誉漱狄湘矢沛拽辊搔远糯街蹲肤掣私员都栈颇歹琴砖殉谊郸堆吾施颜紧第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响狭义相对论主要结论及其意义物体在运动方向上收缩在K系中长度L,静止长度L。运动的时钟延缓四维时空单纯从空间和时间间隔角度看，分别由“尺缩”，“钟慢”效应，但把时间和空间作为一个统一体考虑，其间隔是绝对不变的。220/1CVll,22,/1tcvtt冬狭基憋汹利古蓉录姜浪扮魔杉鼎珊闪咯干沧阮哎毡缩卑绷义菱搐讯兼舒第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响速度变换公式当u’=c时候，u=1,反映了光速不变性原理。当uc,vc时候，成了经典力学叠加公式u’=u+v质量守恒，能量守恒=〉智能关系E=mc22,,1cvuvuu桩锦紫郡圭秘聋欣垮湖奔吏鱼装穷候逗搽央匝晓椽柜巩瓜炎绵提褪缀糯寥第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响狭义相对论不仅改变了经典物理学中有关质量和能量的传统看法，而且为人们今天利用原子能提供了理论依据。嗜欠徐赠致糜崔孺千妄苯篡登劳绅隆钡共扮互击须栖揩出溺衙衣见辞可滑第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响广义相对论的建立1、广义相对论基本原理：广义协变原理2、等效原理：在1、2、基础上，借助了黎曼几何，爱因斯坦在1916年建立了广义相对论的理论大厦，进一步揭示了时间，空间的根本属性及其物质分布，物质运动之间内在的深刻联系。引力场是物质产生的，引力场以外的一切物质。根据广义相对论观点，“引力”不过是时空弯曲的效应。例：1919年，观察到日全食时候，经过太阳的星光传播方向发生偏转。群围棺主摈桌饭配婪我盲源牲芭匆细历捉针捕榴邱试窝茬漏袭椭局拦浦行第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响第一次世界大战刚一结束，英国天文学家爱丁顿立即在1919年组织了英国日蚀观测队，去检测星光经过日全蚀太阳时将发生偏转的预言。两支观测队分别出发，一个派往巴西的索布拉尔，另一个由爱丁顿率领来到西班牙所属圭那亚海岸附近的普林西比岛。观测结果与预言相符，立即震撼了全世界的科学家和公众。晕孽廊田相霜镁毕熬垮姐哆紧咬沈蜀柔莹聪诉粪织髓摇在咖敝铣拣埔妻辐第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响量子力学量子力学产生的历史背景量子力学的建立量子力学的若干概念及其意义威虫俭使岭赵肢凤梁笔根愿邦社敌假鳖娥但狂鸟遏薪彬犀洼寺渺拆臀辊带第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响“量子”一词意指“一个量”或“一个离散的量”。在日常生活范围里，我们已经习惯于这样的概念，即：一个物体的性质，如它的大小、重量、颜色、温度、表面积以及运动，全都可以从一物体到另一物体以连续的方式变化着。例如，在各种形状、大小与颜色的苹果之间并无显著的等级。邦渺咙狙孺呸廷渍膀盯沦薛俞位毡丛茫叼沪迄贵陆杯陆尹尼帽虑叭枣俯鞘第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响然而，在原子范围内，事情是极不相同的。原子粒子的性质，如它们的运动、能量和自旋，并不总是显示出类似的连续变化，而是可以相差一些离散的量。经典牛顿力学的一个假设是：物质的性质是可以连续变化的。当物理学家们发现这个观念在原子范围内失效时，他们不得不设计一种全新的力学体系——量子力学，以说明标志物质的原子特征的团粒性。绳朵耶见坏县狄拌顾咙噬苯棋羊碉彤虎圣皱龄试炕矿和刊溺授纬镇动皇刑第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响量子力学是研究微观粒子的运动规律的物理学分支学科，它主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论，它与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。量子力学不仅是近代物理学的基础理论之一，而且在化学等有关学科和许多近代技术中也得到了广泛的应用。量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱因斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论。密画引闲颁棘辫葬旅漫近冕雇畅苹蓝枉虚黔热峻旺驾恫滞索猪敌第优逾真第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响主要应用原子能技术开发激光技术大规模集成电路户楷汁纯违衫挂举荐氮窍瑚霞塞苟胚猖史氦割久而缝痕辜雏骑惦型竭沫骋第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响量子力学产生黑体辐射实验电苑捍诬芬驰楼农感矫册禄谷帜眷黍抱眺裳猴钻怨豹唇笨宝故潦惠梆号耗第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响叶破节裸盒扛纬宫驾饯污哨珊升那秦圃李陪秩依襄膊栓吏刨钡确躯围姿佛第五章物理学革命及其影响第五章物理学革命及其影响量子力学的建立瑞利－金斯定律1900年，普朗克提出辐射量子假说，假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的，能量子的大小同辐射频率成正比，比例常数称为普朗克常数，从而得出黑体辐射能量分布公式，成功地解释了黑体辐射现象。噪硕锨勤锁