近代物質(zhì)科學(xué)

1、近代物質(zhì)科學(xué)2007年9月1參考書目近代物理概論講義中央廣播電大出版近代物理楊桂林等 科學(xué)出版社原子論的歷史和現(xiàn)狀關(guān)洪 北京大學(xué)出版社從X射線到夸克埃米里奧賽格雷 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社 近代物理學(xué)基礎(chǔ) 上下冊R.T. Weidner R.L. Sells 高等教育出版社2第一章 引言經(jīng)典物理學(xué)和近代物理經(jīng)典物理學(xué)三大理論體系機械運動牛頓定律 熱運動熱力學(xué)與經(jīng)典統(tǒng)計物理電磁場運動麥克斯韋經(jīng)典電動力學(xué)近代物理的兩大支柱 狹義相對論和量子力學(xué)，諸多分支：原子物理、原子核物理、固體物理等 3經(jīng)典物理的輝煌牛頓力學(xué)建立后，被順利地推廣到剛體和流體。到了19世紀，熱力學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)和電動力學(xué)也建立起來了。

2、古典物理學(xué)在科學(xué)與技術(shù)的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，取得了巨大的成功。1846年海王星的發(fā)現(xiàn)又完全證實了根據(jù)牛頓理論所作出的預(yù)言。19世紀40年代能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，揭示了各種物質(zhì)運動形式之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，從而把力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、化學(xué)等聯(lián)系在一起。牛頓力學(xué)成為各門科學(xué)的理論基礎(chǔ)，這樣，大至日月星辰、小到原子分子，似乎無不被牛頓體系所包羅。大部分人認為，物理學(xué)大廈已經(jīng)最終建成，剩下的工作只是把物理常數(shù)的測量弄得再準確一些。4經(jīng)典物理學(xué)的危機開始于“兩朵烏云”：邁克耳遜-莫雷（以太漂移）實驗和黑體輻射 以太漂移實驗的零結(jié)果 對比熱和熱輻射定律研究中出現(xiàn)了“紫外災(zāi)難”蔓延于“烏云密布”輻射的量子性質(zhì)問題

3、，如黑體輻射、光電效應(yīng)原子的內(nèi)部問題：如原子光譜、X射線、X粒子散射等5近代物理的發(fā)展得益于原子物理的研究“原子物理的研究和發(fā)展為量子力學(xué)的誕生和發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，反過來，原子與分子物理、化學(xué)性質(zhì)的詮釋卻完全依賴于量子力學(xué)的概念和理論?！?原子論的歷史和現(xiàn)狀古代原子論思想八卦：天、地、雷、風(fēng)、水、火、山、澤五行：金、木、水、火、土古希臘：比泰戈拉數(shù) 柏拉圖三角形種子論和原子論種子論阿那克薩戈拉”各種種子的同類組合和拆分”原子論留基伯、德謨克利特”宏觀性質(zhì)由原子復(fù)合而成，原子堅固不可分”伊壁鳩魯盧克萊修7近代原子論伽利略公開贊同原子論法國迦森迪重申原子學(xué)說，但納入“上帝創(chuàng)造原子”的宗教色彩靜

4、態(tài)原子模型對物質(zhì)性質(zhì)給出合理解釋玻意耳定律羊毛理論牛頓微粒間的排斥力反比于距離（原子的永恒性歸因于上帝）“熱質(zhì)說”和動態(tài)氣體模型伯努利：原子運動，遇到障礙發(fā)生碰撞8從氣體動力學(xué)到統(tǒng)計物理學(xué)英國赫拉帕斯“熱來源自各個原子固有的運動，并且正比于各自的動量”英國瓦特斯頓：“由運動粒子組成的氣體的壓強正比于其密度乘以速度的平方”、“氣體溫度的增加正比于分子動能的增加”等 瑞利、“焦耳、克倫尼希”德國克勞修斯：引用兩人的成果，考慮氣體分子以各種可能的不同方向互相碰撞以及同器壁碰撞，計算出平均的效應(yīng)，首次統(tǒng)計計算出其他壓強公式。 并引入自由程概念麥克斯韋：導(dǎo)出分子速度的統(tǒng)計分布規(guī)律波爾茲曼：把麥克斯韋分布

5、函數(shù)因子加上勢能項；同時推出熱力學(xué)量和統(tǒng)計概率相聯(lián)系的等式9進入原子內(nèi)部1897年，湯姆遜發(fā)現(xiàn)、確定電子為一種新微粒，之前：法拉第觀測低壓氣體放電陰極射線：原子得失電荷只能是基本單元的整數(shù)倍；以太的激蕩或者一種新的輻射。法國南希大學(xué)布隆德洛 N射線 美國伍德打假洛侖茲力、塞曼和拉莫爾e/m比值 湯姆遜成果密立根1906-1916，精確測定了電子的電荷10放射性的發(fā)現(xiàn)1895，倫琴射線發(fā)現(xiàn)1912年勞埃測定了X射線的波長X射線從何而來？貝克勒耳通過熒光材料驗證（硫酸鈾銑鉀）：意外收獲”鈾射線”居里夫人：鈾、釷、釙、鐳盧瑟福在鈾射線中發(fā)現(xiàn)了射線和射線。維拉德發(fā)現(xiàn)射線推翻了原子永恒不變的傳統(tǒng)觀念！同

6、時也帶來了“發(fā)射性能量從何而來” 的困惑！經(jīng)典理論解釋的無力，終于讓科學(xué)家們尋找新的理論11因果關(guān)系（決定論）粒子概念和波動概念概率連續(xù)性和量子化12物理學(xué)理論的適用范圍速度和尺寸是選用不同理論的依據(jù)各種理論之間沒有明確的界限存在現(xiàn)有理論的盲區(qū)13預(yù)備知識（1）對應(yīng)原理1923年玻爾提出：物理學(xué)上任何一種新理論，不論它的特性或細節(jié)如何，當把它應(yīng)用于普遍性較小的理論所適用的情況時，這種新理論必定可化為與它相對應(yīng)的已牢固確立的經(jīng)典理論。這就是說可把舊的有局限的理論視為新的一般的理論的一個特殊近似！14幾何光學(xué)和波動光學(xué)幾何光學(xué)能夠解釋光的直線傳播、反射和折射；波動光學(xué)除此之外還能夠解釋干涉和衍射，

7、但也不是全部，有的還要用電磁輻射的量子論。單色光通過單狹縫時的光強分布15經(jīng)典物理學(xué)對粒子和波動的描述討論最簡單的波形式正弦波表明電磁波在一切可能時刻t擴展到一切可能的X值處。一個理想的波，其波長和頻率是可以無限準確的知道的。這種波不會局限在空間任何一個有限位置，而相反，它必然沿著它的傳播方向無限擴展。如果要測量并無誤的知道波的頻率，那么這波必然是無限的。？16證明設(shè)有一標準鐘，假定它是產(chǎn)生波的振蕩器，以它產(chǎn)生的波的頻率與某入射波的頻率比較。通過讓兩列波產(chǎn)生拍來確定入射波的頻率。如果標準鐘的頻率和入射波頻率相等，則沒有拍出現(xiàn)。但是要完全肯定沒有拍現(xiàn)象出現(xiàn)，必須觀察無限長時間才行，而此時所測量的波已經(jīng)在空間無限擴展。設(shè)標準鐘頻率為1,在有限時間t內(nèi)觀測拍頻 2。只有當拍的周期等于或小于t時才能確信t時間內(nèi)觀察到一個完整的