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1、文化物理 第一章 造化無限 妙理堪尋 人類生存于地球霧海上的漫游者（弗里德里希，1818） 太平洋中一片浮葉上的螞蟻 但是，人類需要理解自然，得到自然的法則，以我們發(fā)明的方式表達出來，并應用于自然，這正是物理學的范式。費因曼（Feynman 19181988）思想最空靈瀟灑的物理學家我想知道這是為什么。我想知道這是為什么。我想知道為什么我想知道這是為什么。我想知道究竟為什么我非要知道我為什么想知道這是為什么！ 費因曼 一個玩物理的人. 一個杰出的教育家, 最好的大學物理教材. 一個表演藝術(shù)家. 一個在Topless酒吧做物理的諾貝爾獎獲得者 一個開鎖專家. 一個空前絕后的卡片機操作員. 一個特

2、別會算積分的非數(shù)學家. 一個特別會捉弄數(shù)學家的狡辯者. 最后的輝煌 永遠的傳奇, We love you, Dick. Seminar at Caltech Richard Feynman lecturing at Caltech Seminar Day 1978 Physics. 1.1 物理學的意義我們在宇宙中的位置物理學的起源物理簡史一、我們在宇宙中的位置科學的基本問題是：宇宙是怎樣起源的？生命是怎樣起源的？人類的未來會怎樣？ “世界上有兩件東西能夠深深地震撼人們的心靈，一件是我們心中崇高的道德準則，另一件是我們頭頂上燦爛的星空?！?康德康德（I. Kant，1724-1804）地球周長

3、大約為4萬公里 地-月距離大約為38萬公里，光走1秒，目前測量誤差不超過8厘米我們是如何知道的？一、我們在宇宙中的位置物理學有史以來最美麗的十大實驗：“最美麗”的科學之魂：最簡單的儀器和設(shè)備，發(fā)現(xiàn)了最根本的科學準則。 一、我們在宇宙中的位置厄拉多塞（ Eratosthenes ）在公元前三世紀估算地球周長(276-194 B.C. a librarian in Alexandria)地球周長 = 40000 公里 （實際：40076公里） = 714 (1/50 of 360)兩城市間距離 = 800 公里實驗測量決定一切，是物理學基本原則。一、我們在宇宙中的位置太陽據(jù)地球一億五千萬公里，光從

4、太陽到地球要走8分多鐘。 月蝕 日蝕惟有科學才能破除迷信一、我們在宇宙中的位置太陽、地球、月亮三者在空間上的關(guān)系，導致了許多奇妙的自然現(xiàn)象 潮汐現(xiàn)象地日月月地日大潮小潮一、我們在宇宙中的位置一、我們在宇宙中的位置太陽系這被評為最好的太陽系照片：構(gòu)圖和這些行星的顏色都恰到好處。紅色的火星、綠色天王星和天藍色海王星。該圖還顯示了這些行星的相對大?。航鹦歉厍蛞粯哟?，但是它處于近地點時，看起來顯然比更加遙遠的土星更大。更令人不可思議的是，所有這些照片都是在同一天晚上拍攝的。攝影師的創(chuàng)造力，持之以恒的態(tài)度和顯而易見的激情共同成就了這幅作品。 光年：光年是宇宙學中的長度單位，意義是光以每秒30萬公里速度

5、狂奔1年，所經(jīng)過的距離 。一、我們在宇宙中的位置太陽是銀河系中至少1千億（1的后12個0）個恒星中的一員。銀河系由恒星和星系物質(zhì)組成的巨大的、盤狀系統(tǒng)，又是構(gòu)成宇宙的幾千億個星系中的一個，屬旋渦星系類 。一、我們在宇宙中的位置天界夜色涼如水坐看牽牛織女星織女星牛郎星相距16光年銀河系之外又如何？宇宙究竟有多大？它在運動還是靜止？ 多普勒效應：C. Doppler，1803-1853 一、我們在宇宙中的位置聲音會在聲源相對于觀察者運動時發(fā)生變化：高亢代表靠近，低沉就是離遠 光也是一種波，也有類似特征，只不過光不是以音調(diào)，而是以顏色來表現(xiàn) 一、我們在宇宙中的位置當一個天體（光源）遠離我們而去時，光

6、譜中的顏色向紅色端移動，簡稱紅移；而接近我們時，顏色向藍色端移動，稱之藍移 哈勃（P. Hubble，1889-1953）現(xiàn)代天文學之父 從遙遠星系中傳來的電磁波譜，與地球上測量到的同種元素的光譜相比，具有紅移現(xiàn)象為了解釋這個想象，他假設(shè)所有星系都在遠離我們而去（多普勒效應）。一、我們在宇宙中的位置紅移宇宙爆炸理論：伽莫夫告訴我們10-4秒以來宇宙發(fā)生的故事。最終的問題是：宇宙從何而來？一、我們在宇宙中的位置大約在140億年前，沒有空間、沒有時間、更沒有物質(zhì)存在。宇宙所有的一切從現(xiàn)在到宇宙創(chuàng)建之時的每個粒子全部濃縮在一個無限高溫的“奇點”中。能量奇點突然爆裂 ，膨脹開始了時間開始了.伽莫夫（G

7、amow 1904-1968）一、我們在宇宙中的位置能量演化出物質(zhì)，包括時間和空間、所有的基本粒子和四種基本力。50億年以后，太陽系誕生了。90億年后地球誕生140億后（十萬年前）智人的出現(xiàn)2500年前哲學（不論是東方還是西方）肇始400年前科學啟蒙一切都是在大約煎好一個荷包蛋的時間里完成 這個宇宙誕生和演化圖像，看似荒誕，提出時更是受到冷嘲熱諷，但幾十年來一直受到實驗的嚴格檢驗。 BBC電臺以此圖片諷刺伽莫夫打開了潘多拉黑匣子。一、我們在宇宙中的位置實驗證據(jù)：宇宙背景輻射彭齊亞斯和威爾遜被授予了1978年的諾貝爾物理學獎，得到了哈勃和伽莫夫都未曾獲得的最高榮譽 一、我們在宇宙中的位置宇宙背景

8、輻射示意圖Cosmic Background Explorer (COBE)一、我們在宇宙中的位置測量結(jié)果與現(xiàn)在的最新理論預言（背景溫度2.735K）完全符合，使大爆炸理論經(jīng)歷了最嚴格的實驗檢驗。 1989年1月，美國發(fā)射了一顆專門的宇宙背景輻射探測器(COBE) 宇宙早期的背景輻射必須在各方向上有一些微小的起伏 ，科學家們花了一整年的時間，收集了3億個觀測數(shù)據(jù)，用計算機繪制出了一張宇宙微波背景輻射的圖像，稱之為“宇宙蛋” 。熱斑點對應于更密集區(qū)域，后來這些區(qū)域發(fā)展成為星系。一、我們在宇宙中的位置霧海上的漫游者（弗里德里希，1818） 宇宙龐大無垠，給人一種威懾的感覺，它一直深深地埋藏在人類的

9、心靈中。太陽西沉，星星爬上天空，由此產(chǎn)生了一種危險與飄忽不定的感覺?，F(xiàn)在都知道，星球離我們實在太遠，但它們的光亮仍能激勵我們。事實上，正是星星邀請你研究自然，訪問科學。另外一方面，當評估了地球在宇宙格局中的地位時，這使我們變得較為謙虛。同時，當400年的科學技術(shù)發(fā)展到能夠?qū)徱暫屠斫庥钪娼Y(jié)構(gòu)，甚至探究她的起源時，我們又為人類的智慧感到自豪。 一、我們在宇宙中的位置二、物理學的起源理性主義的起源我們必須從古希臘開始.第一個自然哲學家泰勒斯（Thales，624-567 BC）：“萬物源于水”追求萬物的共同本源，是哲學思維的開始 赫拉克利特（Heraclitus，536-470BC）火“對立統(tǒng)一”；

10、“萬物皆流”首次科學綜合水、火、氣、土德漠克利(Democritus 前460-前371 ）的原子論古希臘哲學第一個偉大時期的最高峰。 東方：金、木、水、火、土柏拉圖(427-347BC）世界分成兩大部分：可見的世界和理念的世界。理念的世界則不依賴于時空 ,是永恒不變的、真正的實在 ；可見的世界“一切皆變，無物常在” 。強調(diào)必須從人類需要和意向中先驗論出發(fā)，來推導出對自然的看法； 神是好的，球是最完美的形式，因此宇宙必然是球體； 實驗是瀆神的，是下流的機械技術(shù) ；藝術(shù)乃人類靈魂的大敵，提出理念世界必須拒斥藝術(shù)。 懷疑論和神秘主義結(jié)合到一起，成就了一個偉大的唯心主義哲學家。整部西方哲學史都是在為

11、柏拉圖做注腳。 二、物理學的起源哲學活動只關(guān)涉惟一的一個世界，也就是人類生活和經(jīng)驗的世界。為了把握世界的真理，必須重視感性經(jīng)驗?！拔覑畚?guī)?，我更愛真理?哲學的目的在于找出事物的本性和原因，因而發(fā)展了一套“物理學”，以窮事物之道理。邏輯學、物理學、政治學、經(jīng)濟學、心理學、形而上學、氣象學、修辭學和倫理學的奠基人。他讓人類開始理解能量、以太、動因、歸納、證明、實質(zhì)、屬性、本質(zhì)、邏輯、偶因、范疇等等概念 三段論法的發(fā)現(xiàn)，就足以使他永垂不朽。亞里士多德(Aristotle, 384 - 322 B.C.)“智者的老師” 但丁 二、物理學的起源二、物理學的起源莊子曰：“析萬物之理”。就是物理學的目的和

12、意義 中國的理性自然觀：格物致知 ；天人合一 ；陰陽太極 中國文化傳統(tǒng)中的宇宙觀：宇宙的概念： “四方上下曰宇，往古來今曰宙” 宇宙進化論：“道生一，一生二，二生三，三生萬物” “太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦” “萬物生于有，有生于無”二、物理學的起源不論東方還是西方，哲學都是思辯哲謎宮中望見的星空你望著星空發(fā)出的天問物理學從哲學中獨立出來科學方法論實驗研究邏輯思考抽象模型數(shù)量分析統(tǒng)一法則二、物理學的起源斯諾（C.P. Snow，1905-1980），物理學家出身，后來從文，作過政府顧問，一生豐富多彩，猶喜論戰(zhàn)。 兩種文化人文文化文學知識分子 科學文化科學家 矛盾敵意為什么要開設(shè)“文科物

13、理”？斯諾說：“人文學者對于不讀莎士比亞的科學家嗤之以鼻，但是，不懂“熱力學第二定律”的藝術(shù)家和文學家自己不是常常伊于胡底？” 二、物理學的起源In effect, that their lack of knowledge of the second law of thermodynamics was equivalent to scientists not ever reading a work of Shakespeare .人文文化是關(guān)于精神世界的，主要是滿足精神世界與社會需要的終極關(guān)懷，主要是求善，追求具有普適價值觀的人文精神?？茖W文化是關(guān)于客觀世界的，追求的目標是以科學的方法認知自然

14、界及其本質(zhì)與規(guī)律，科學的求真精神貫穿科學文化始終。共同基礎(chǔ)：同源于實踐，同源于人腦 二、物理學的起源源于實踐，生于大腦；形成經(jīng)驗，凝成知識，差于形態(tài)，異于功能；通于思維，補于方法，融于精神，升于境界；渾成整體，不可分割，互動互融，止于至善。我們這門課的主要目的，不是叫你們?nèi)绾螒犊荚嚕踔敛皇亲屇銈冋莆者@些知識我希望的是，你們能夠像真正的物理學家們一樣，欣賞到這個世界的美妙。物理學家們看待這個世界的方式，我相信，是這個現(xiàn)代化時代真正文化內(nèi)涵的主要部分。也許，你們學會的不僅僅是如何欣賞這種文化，甚至也愿意參加到這個人類思想誕生以來最偉大的探索中來。費因曼二、物理學的起源 千禧之年，加拿大的環(huán)球郵

15、報、美國新聞周刊和英國BBC等10幾家世界級大媒體作了一次調(diào)查，請世界各國的讀者評選，從公元1001年至今，1000年來對整個世界影響最大的100位名人。猜猜看是誰榮登榜首？NoNoNoNoYes拿破侖華盛頓莎士比亞比爾 蓋茨愛因斯坦二、物理學的起源細看物理愁如海， 遙想朋從眼欲花。逆水雨兒沖斷岸， 貪泥燕子墮危沙。百年喬木參天上，一昔平蕪著處佳。行樂不妨隨邂逅，我無官守似蚳蛙。 陳傅良（ 宋, 1137-1203）一片花飛減卻春，風飄萬點正愁人。且看欲盡花經(jīng)眼，莫厭傷多酒入唇。江上小堂巢翡翠，苑邊高冢臥麒麟。細推物理須行樂，何用浮名絆此身。 杜甫( 唐，712-770 )三、物理簡史“致知在

16、格物，物格而后知至”。 禮記大學什么是物理學？為什么要學習物理學？物理學是最基礎(chǔ)的關(guān)于自然的學問，因此是最具有詩意的科學。 霍金（S. Hawking, 1942- )物理學是人類理解自然的最普適語言哲學與社會對話物理與自然對話藝術(shù)與自我對話理解宇宙三、物理簡史伽利略1564 1642 科學研究方法牛頓1642 1727麥克斯韋1831 1879經(jīng)典物理學現(xiàn)代物理學愛因斯坦1879 1955三、物理簡史三、物理簡史“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應用的科學的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端?！?愛因斯坦“他是第一個給我們打開通向整個物理領(lǐng)域大門的人?！?霍布斯（T. H

17、obbes，1588-1679 ）三、物理簡史“牛頓是人類真正的驕傲?！?伏爾泰 牛頓運動三大定律奠定了經(jīng)典力學的基礎(chǔ) 宇宙的經(jīng)典力學圖像 三、物理簡史綜各家之所長，揮經(jīng)綸之巨手，天才般地寫出了麥克斯韋方程組 宇宙的電磁圖像“麥克斯韋的名字將永遠閃爍在經(jīng)典物理的大門之上” 普朗克 三、物理簡史愛因斯坦標志著經(jīng)典物理學的結(jié)束，近代物理學的開始。 愛因斯坦徹底改變了人類對宇宙的基本看法伽利略1564 1642 牛頓1642 1727愛因斯坦1879 1955江山代有才人出，各領(lǐng)風騷一百年。三、物理簡史“科學、宗教與藝術(shù)是一個金字塔的三面，當人們站在塔的不同側(cè)面的底部時，他們之間相距很遠，但當他們爬

18、到塔的高處時，他們之間的距離就近多了?！?薩頓 ( G. Sarton, 1884-1956，歷史學家，科學史的奠基人）三、物理簡史文化物理 自然與數(shù)學物質(zhì)世界的層次宇宙中的均衡與相互作用黑洞的意義宇宙大蟒1.2 時空與萬物 一、自然與數(shù)學畢達哥拉斯（Pythagoras，584-497 BC ）:“數(shù)即萬物” “宇宙的本質(zhì)可以通過數(shù)字和純幾何形式來揭示的”自然是和諧的則兩弦發(fā)的音相差8倍則兩弦發(fā)的音相差5倍不同弦長發(fā)出的音調(diào)加在一起，形成某種音樂旋律 空間時間 光自古希臘起，自然哲學家一直在探索三者之間的關(guān)系一個人倘若常常凝想宇宙的浩渺無際，時間的茫無頭尾，便會因為過分的虛無感和人生短暫的傷

19、感而使心靈在重負下受傷。反過來，如果人們永遠意識不到宇宙在時空上的無限性，便會使心靈因缺少哲理的永恒依托而變得輕浮淺薄。 一、自然與數(shù)學抽象線性連續(xù)關(guān)于空間科學概念的發(fā)展 (Euclids 幾何原本, c.300 B.C.)Euclids 公設(shè) （Postulates）1. 兩點之間存在一條直線。2.任意一條線段可以無限延長成直線。3. 以任意一條線段為半徑可畫一個圓。4. 所有直角一概相等。5. 平行線永不相交。公元前3世紀，歐幾里得（公元前330？前275？）總結(jié)了史前文明對空間意義的零星的思考，創(chuàng)立了作為整個科學基礎(chǔ)的歐氏幾何學，他的幾何原本是古希臘科學的最高成就。 一、自然與數(shù)學- 他

20、把抽象思維轉(zhuǎn)化成幾何圖形 - 他定義了與圖形相關(guān)的術(shù)語- 他在幾何圖形基礎(chǔ)上提出了若干公理（axioms） - 他在這些公理的基礎(chǔ)上提出5個公設(shè)（postulates ）隨后，阿基米德補充：空間任意兩點的最短距離是直線。歐幾里德的幾何系統(tǒng)來源于智力抽象（mental abstraction）歐氏幾何的核心：空間是由直線構(gòu)造而成的；圓是最美的形式。這個幾何系統(tǒng)意味著空間是均勻（uniform）, 連續(xù)（continuous）, 同質(zhì)（homogenous）和空的（ empty）。 一、自然與數(shù)學 歐氏幾何 成為古希臘科學與哲學的基礎(chǔ)。在柏拉圖（427-374 B.C.）學院的大門上雕刻著:“不懂

21、幾何學者勿入”（Let no one enter who is not schooled in geometry）芝諾（Zeno, 公元前5世紀哲學家）提出悖論，來揭示有關(guān)空間概念的矛盾之處。 (例如：飛毛腿阿基里斯和烏龜賽跑) 一、自然與數(shù)學希臘人一直沒有認真對待和真正解決這個悖論OAlBCD設(shè)阿基里斯和烏龜?shù)乃俣确謩e為V1和V2（ V1V2） 一、自然與數(shù)學時間的意義：時間圖像必須既具有線性化的直線特征，又必須包括輪回性的圓的特征 ,這就是螺旋線，代表一條均勻流逝的，又具有輪回周期特征的時間長河 .人類不僅可以觀察自然，更具有在高層次上，抽象思考自然的能力 一、自然與數(shù)學組成宇宙物質(zhì)的五個

22、基本物體（The five Platonic Solids）：六面體土四面體火八面體氣十二面體以太二十面體水柏拉圖（Plato，427-347 BC）完美的幾何形體 一、自然與數(shù)學雅典學派 拉斐爾（Raphael， 1510-1511）天才的拉斐爾定格了哲學家那崇尚高貴的情操和古希臘那高度理想的黃金時代。 一、自然與數(shù)學 一、自然與數(shù)學哲學是科學的純粹形式；古希臘哲學的核心是理性主義古希臘科學的品質(zhì)是理性、理想和唯美的結(jié)合。這種思想直接被物理學所繼承，比如開普勒行星模型：六個行星的軌道恰好同五種有規(guī)則的正多面體相聯(lián)系：土星軌道在一個正六面體的外接球上，木星軌道便在這個正六面體的內(nèi)切球上確定木星

23、軌道的球內(nèi)接一個正四面體，火星軌道便在這個正四面體的內(nèi)切球上照此交替內(nèi)接 （或內(nèi)切）的步驟，決定各行星軌道開普勒確信太陽系的行星只有 6 顆 得到的各個球的半徑比率與各個行星軌道大小的已知值相當吻合。 開普勒無比喜悅：“我從這個發(fā)現(xiàn)所得到的極度喜悅是無法用語言來表達的。我不怕任何麻煩，我不辭辛勞、日以繼夜地進行計算，直到我能夠看到是否我的假設(shè)符合哥白尼的軌道，或者是否我的喜悅要落空”。 一、自然與數(shù)學 一、自然與數(shù)學模型的意義：從個體到一般從復雜到簡單從現(xiàn)實到理想物理學的基本方法之一：還原論物理學是制造模型的活動，而且遵守極簡主義原則 。 二、物質(zhì)世界的層次四方上下謂之“宇” 空間空間基準單位

24、是“米” 10冪次方代表“數(shù)量級” 102510-15 稱之宇宙的 40個“臺階” “40次變焦”，巡遍整個宇宙 時間基準單位是“秒” 10冪次方代表“數(shù)量級” 時間的跨度 也是40個數(shù)量級“阿秒”10-18秒 二、物質(zhì)世界的層次古往今來謂之“宙” 時間阿秒頻閃技術(shù)觀察電子運動101810-22李政道先生書：宇宙大蟒至大的宇宙和至小的基本粒子遵循的物理法則是相同的 。 二、物質(zhì)世界的層次不斷的自我吞食和再生，寓意萬物的統(tǒng)一性，從不消失，但卻在毀滅與再生的循環(huán)中不斷改變自己的形式 微觀介觀宏觀宇觀量子力學經(jīng)典力學天體物理 二、物質(zhì)世界的層次 二、物質(zhì)世界的層次質(zhì)量跨度：1078個原子，造化無限物

25、理學的基本方法之二：實驗研究 三、宇宙中的均衡與相互作用結(jié)論：自然界的物質(zhì)存在不是隨意的，其存在的可能性由某種規(guī)律決定 。自然力的平衡結(jié)果推論：自然力的數(shù)目有限 。 三、宇宙中的均衡與相互作用強力弱力萬有引力電磁力什么是力？簡單地說，力將驅(qū)動宇宙間物體，改變它們的運動。 只有四種自然力控制整個宇宙： 原子核內(nèi)10-15米宏觀宏觀相對強度110-3原子核內(nèi)10-15米10-3810-2 三、宇宙中的均衡與相互作用密度：物體的質(zhì)量與其體積之比 固體都排列在這條直線的周圍 固體物質(zhì)的密度都相差無幾密度的相似性 當物質(zhì)的密度接近于單一原子的密度，那么引力和原子力之間就取得了平衡，這種物質(zhì)在自然界的存在

26、才有了可能 黑洞區(qū)量子區(qū)天公造化非無限物含妙理總堪尋 三、宇宙中的均衡與相互作用（質(zhì)量大，體積?。ㄙ|(zhì)量小，體積?。┟芏鹊南嗨菩裕鹤匀涣Φ钠胶饨Y(jié)果 三、宇宙中的均衡與相互作用“測量”的意義：質(zhì)量大，晃動小，可“見”質(zhì)量小，晃動大，不可“見”這一思想首先是由量子物理學家海森伯（W.K. Heisenberg, 1907-1976）提出，并在著名的“不確定原理”中加以表述 。什么是黑洞（Black hole）？天體質(zhì)量增加，或半徑減少，逃逸速度增加。如果逃逸速度大于光速 c, 則光也無法逃逸。 四、黑洞的意義光線黑洞經(jīng)典定義： 四、黑洞的意義地球（半徑為6400公里）變成黑洞，大小如同一個乒乓球太

27、陽（半徑為70萬公里）變成黑洞，半徑只有3公里經(jīng)典觀點：黑洞致密天體（每立方厘米100億噸） 四、黑洞的意義利用黑洞模型估計宇宙大?。阂饬x：生活在此球內(nèi)部的人，不可能將光發(fā)射到其之外 宇宙的平均密度： 得宇宙的大小R至大無外，大莫過于宇宙。 四、黑洞的意義什么是黑洞（Black hole）？現(xiàn)代定義：在宇宙中，存在一個時空區(qū)域，光或任何東西都不可能從該區(qū)域逃逸而到達遠處的觀察者，這個區(qū)域稱作黑洞。黑洞的邊界剛好和不能從黑洞逃逸的光線重合。 恒星的強大引力導致光線向內(nèi)偏折當收縮到某一臨界半徑時，引力光線再也逃逸不出去 世紀大賭博索恩(Kip Thorne)賭: 天鵝座x-1是黑洞霍金(Steph

28、en Hawking)賭: 天鵝座X-1不是黑洞黑洞真的存在嗎？天鵝座 X-1 四、黑洞的意義黑洞可探測嗎？來吧！你永不可拒絕我，這個世界，才是我最后的晚餐。 作者自擬Yes! 黑色晚禮服的小伙子和白色衣裙的姑娘翩翩起舞 四、黑洞的意義 四、黑洞的意義黑洞的時間圖景：你的時間越來越慢，最終成為永恒。你我進入黑洞的那一瞬間，你看到了宇宙的全部時間：過去、現(xiàn)在和將來 愿意去體味嗎？ 落入黑洞，粉身碎骨。黑洞蒸發(fā)時，再循環(huán)為粒子和輻射。不朽的是質(zhì)量或能量。 四、黑洞的意義千萬說No！霍金給出了“黑洞蒸發(fā)”的物理圖像。 四、黑洞的意義文化物理 兩個嚴格的平方反比關(guān)系物理學基本常數(shù)粒子運動的描述波動現(xiàn)象

29、締造者（13世紀法國圣經(jīng)的教諭插圖）1.3 自然的描述一、兩個嚴格的平方反比關(guān)系自然的法則通過數(shù)字和方程表達出來 所有物體之間的強制性的“愛” 帶電體間無所不在的“愛”和“恨” 萬有引力電磁力 標準單位下：G6.67410-11牛頓標準單位下：k9109 牛頓一、兩個嚴格的平方反比關(guān)系假如萬有引力增強幾個量級物體將無法變得如此巨大星系本身尺度也會很小，不可能形成穩(wěn)定的行星系統(tǒng)沒有一個生物會長得比一只昆蟲大只是一個曇花一現(xiàn)的小宇宙沒有足夠時間讓生物進化氫原子一、兩個嚴格的平方反比關(guān)系是巧合，還是別有意義？ 作用力的“臺階”溫度的“臺階”質(zhì)量的“臺階”1080地球有多重？“給我一個支點，我便可以撬

30、起地球”阿基米德mMR = 6371千米 g = 9.8米/秒2 只要測出G，即可求出地球質(zhì)量M一、兩個嚴格的平方反比關(guān)系萬有引力實在是太小：兩個1千克重的鋁球相距10公分時，相互之間引力只有百萬分之一克牛頓沒有成功100年后，約翰米歇爾發(fā)明了扭轉(zhuǎn)天平，成功測出磁力，但仍無法測量弱小的萬有引力。一、兩個嚴格的平方反比關(guān)系卡文迪許：G 6.75410-11 牛頓米2/千克2 卡文迪許（H. Cavendish, 1731-1810） 的創(chuàng)新：一面小鏡子地球質(zhì)量近六十萬億億噸 十大最美麗的實驗之一卡文迪許一個古怪的科學家一、兩個嚴格的平方反比關(guān)系嚴格的平方關(guān)系：對庫侖定律來說，目前確認：是這個宇宙

31、存在的理由 絕非：如果違反：電荷將不守恒電磁輻射公式要修改會出現(xiàn)真空色散破壞光速不變原理 不存在穩(wěn)定的行星軌道不存在穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)光子靜止質(zhì)量 m0210-47克這個宇宙的設(shè)計真是十分的精巧 一、兩個嚴格的平方反比關(guān)系宇宙存在40個數(shù)量級的“臺階”，是什么決定著物質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次？ 普適的物理常數(shù) 三個最重要的基本常數(shù) 萬有引力常數(shù)： G = 6.67421011米3/千克秒2真空光速： c = 2.9979108米/秒 普朗克常數(shù)： h = 6.62611034焦耳秒牛頓力學的輝煌（1600年1800年） 電磁時代（1800年1900年）的標識物，開啟了狹義相對論的大門 量子時代的標志（1900

32、年） 二、物理學基本常數(shù)萬有引力常數(shù)和真空中光速決定了宇觀尺度上的各類結(jié)構(gòu)，包括恒星、星系、星系團、超星系團和黑洞等等。 銀河系 河外星系 太陽系 恒星胎兒 二、物理學基本常數(shù)原子的大小為什么是1010米？ 原子核（ 1010米）內(nèi)為什么沒有電子？ 決定于普朗克常數(shù) 二、物理學基本常數(shù)玻爾的電子“空間站”軌道半徑正比于h2如果普朗克常數(shù)h0，意味著“空間站”的瓦解即：原子的坍縮。 萬有引力常數(shù)： G = 6.67421011米3/千克秒2真空光速： c = 2.9979108米/秒 普朗克常數(shù)： h = 6.62611034焦耳秒普朗克長度：普朗克時間：普朗克質(zhì)量：如果物理學是有意義的話，那么

33、這幾個量一定都有各自的含義，只是目前沒有被人們?nèi)坷斫?二、物理學基本常數(shù)霍金賦予普朗克時間的意義：描述量子宇宙普朗克時間以前，沒有時間，也無空間，宇宙處于“無”狀態(tài)。一片狂亂波動（此時宇宙的所有結(jié)構(gòu)都可歸結(jié)于不確定關(guān)系所允許的漲落），量子引力漲落發(fā)起曠世浩劫，空無中現(xiàn)出時與空?；艚鸶嬖V教皇什么？ 二、物理學基本常數(shù)普朗克時間的意義簡單一句話，這個身殘志堅但十分會炒作自己的霍金，操辦了“廣義相對論和量子力學的熱烈婚禮”，給出“宇宙創(chuàng)生于無”的物理圖像。 二、物理學基本常數(shù)超弦理論：宇宙的基本實體不是點，而是一些非常細微的弦圈，粒子只不過是這些弦的不同振動狀態(tài)。這些弦的尺度就是普朗克長度。 二、

34、物理學基本常數(shù)老子第四十章講：“天下萬物生于有，有生于無?！崩献拥诙逭抡f，“有物混成，先天地生。寂兮寥兮，獨立不改，周行而不殆，可以為天下母。”寂兮寥兮，就是沒有時間、空間。思辨科學 二、物理學基本常數(shù)什么是物理學：如何描述運動？物理模型 + 概念定義 + 數(shù)學描述 三、粒子運動的描述拿起一個物體并撒手，觀察它的運動，這就是物理學。 三、粒子運動的描述位置：空間位移：空間關(guān)系（位置的變化）速度：空間隨時間的變化關(guān)系加速度：空間隨時間變化的變化它們都是有方向的量矢量位置矢量：位移矢量：1818位置：空間位移：空間關(guān)系（位置的變化）速度：空間隨時間的變化關(guān)系加速度：空間隨時間變化的變化它們都是

35、有方向的量矢量速率無方向：速度有方向：向東走向北走 三、粒子運動的描述 三、粒子運動的描述位置：空間位移：空間關(guān)系（位置的變化）速度：空間隨時間的變化關(guān)系加速度：空間隨時間變化的變化 即速度的變化率它們都是有方向的量矢量 三、粒子運動的描述加速度的概念屬于抽象思維的更高層次 速度的大小和方向的變化都要對加速度產(chǎn)生貢獻 物體做勻速圓周運動，具有向心加速度 三、粒子運動的描述加速度的意義：加速度與外力成正比牛頓第二定律質(zhì)點的四種典型運動之一 直線運動特點：運動方向在一條直線上 三、粒子運動的描述 三、粒子運動的描述質(zhì)點的四種典型運動之一 直線運動 三、粒子運動的描述質(zhì)點的四種典型運動之二 圓周運動

36、速度的方向變化對加速度的貢獻特點：具有向心加速度 三、粒子運動的描述質(zhì)點的四種典型運動之二 圓周運動特點：圍繞平衡點往復運動 三、粒子運動的描述質(zhì)點的四種典型運動之三 振動特點：圍繞平衡點往復運動 三、粒子運動的描述質(zhì)點的四種典型運動之三 振動 三、粒子運動的描述質(zhì)點的四種典型運動之四 碰撞特點：瞬間相互作用 三、粒子運動的描述質(zhì)點的四種典型運動之四 碰撞 四、波動現(xiàn)象自然界還存在一種具有整體特征，突出整體表現(xiàn)的運動現(xiàn)象波動現(xiàn)象。 水面波聲波 四、波動現(xiàn)象機械波的傳播需要兩個條件： 波源和介質(zhì) 橫波縱波縱波可以穿過真空外的任何物體，而橫波只能在固體中傳播。波動是指波形的傳播，伴隨波傳播的東西是

37、能量，波不傳送物質(zhì) 體育場里的“波動現(xiàn)象”突出整體表現(xiàn)的運動現(xiàn)象 四、波動現(xiàn)象波動的物理描述：波的頻率由波源決定波速主要由介質(zhì)決定 四、波動現(xiàn)象各人講話，音調(diào)不同聲帶振動無論何人，音速相同空氣介質(zhì)波的相互作用： 四、波動現(xiàn)象波的相互作用疊加現(xiàn)象相會時相互疊加離開后各自獨立 四、波動現(xiàn)象管弦樂隊合奏，或幾個人同時講話時，我們能夠辨別出各種樂器或各個人的聲音，就是波動傳播獨立性的事例。 你我相逢在漆黑的海上，你有你的，我有我的，方向，你記得也好，最好你忘掉，在交會時互放的光亮。 四、波動現(xiàn)象詩人筆下情感世界的“波疊加原理”特殊的疊加現(xiàn)象干涉效應相干條件：振動方向相同，頻率相同，位相差恒定（粗略地說

38、，波形相同）相干現(xiàn)象：有些地方振動加強；有些地方振動減弱 四、波動現(xiàn)象波的相互作用粒子的相互作用粒子具有分立的、作用的、個體的特征 波動具有連續(xù)的、傳播的、整體的特征 四、波動現(xiàn)象對宇宙間萬物各種運動形式的構(gòu)建，就是建立在粒子和波的兩個圖像的基礎(chǔ)上 四、波動現(xiàn)象波 速文化物理 第二章 力熱電光 經(jīng)典華章牛頓（布萊克，1795）自然及其規(guī)律隱藏在黑暗中，上帝說，讓牛頓去吧，于是一切都已明朗！ 蒲伯（A. Pope, 1688-1744） 天不降牛頓，萬古如長夜。從地心說到日心說伽利略的科學觀開普勒定律牛頓與萬有引力定律牛頓、蘋果、月亮2.1 天 地 運 動 一、從地心說到日心說從中世紀一直到十五

39、世紀，教會承認希臘天文學家托勒密總結(jié)的宇宙地心體系：地球作為宇宙的中心，日、月、恒星等圍繞地球運動。托勒密( Ptolemy 2nd century A.D. 希臘天文學家）托勒密用象限儀在測量月亮的高度，巴塞爾作，1508問題1：為什么月亮時大時??？答案：忽近忽遠（模型的缺陷） 一、從地心說到日心說問題2：為什么有行星退行現(xiàn)象？答案：均輪+本輪“如果上帝在創(chuàng)世時能與我商量一下，我會給他更好的建議?！?阿爾方斯國王（Kinglfonse） 一、從地心說到日心說1543年，哥白尼在臨終前出版了 天體運行論，向我們描繪了一個全新的宇宙： 日心體系。開拓了人們觀察自然的角度和視界。 一、從地心說到日

40、心說“倘若把觀察行星軌道的視點從地球轉(zhuǎn)為太陽，結(jié)果又該如何呢？” 哥白尼（Nicolaus Copernicus ，1473-1543）這是第一版的天體運行論中最著名的一頁木刻插圖 一、從地心說到日心說哥白尼 擋住了太陽，推動了地球。哥白尼的日心說自然地解釋了火星退行現(xiàn)象 一、從地心說到日心說 一、從地心說到日心說哥倫布的腳跨出了歐洲；1492年哥白尼的心飛向了太陽！1543年 一、從地心說到日心說哥白尼，伽利略，牛頓，第谷，開普勒伽利略 （Galileo Galilei ,1564 - 1642 ）科學之父 二、伽利略的科學觀伽利略的發(fā)現(xiàn)：（兩大世界體系的對話，代表亞里士多德的辛普利亞；代表

41、伽利略自己的薩爾維阿提和中立的沙格列陀) 所有的天體是相似的，地球并非獨特的。宇宙是無限的天空中的星星數(shù)目比我們看到的要多得 多。月亮表面不是光滑平坦的，而是凸凹起伏的銀河系包含了無數(shù)的恒星。木星有四個衛(wèi)星。亞里士多德的“55晶球模型”是錯誤的。宇宙中可能存在其他的行星系統(tǒng)。支持了哥白尼的日心說 二、伽利略的科學觀伽利略將“日心說”的思想抽象化，引入?yún)⒖枷档母拍?：參照系就是你所選擇的觀察物體運動的“落腳點” 同一物體的運動，參考系不同，對它的運動的描述就會不同 二、伽利略的科學觀ZXY日心系地心系地面系o身雖不能至；心向往之。 二、伽利略的科學觀 二、伽利略的科學觀伽利略科學方法論 :模型論

42、證實證實驗思維實驗為什么亞里士多德 看起來如此抑郁？快慢如何？模型論證 二、伽利略的科學觀十大經(jīng)典物理實驗的第二位 實證實驗 比薩斜塔且不論這個傳說的真?zhèn)?，事實是，伽利略?chuàng)立了科學方法論的基本思想 以實驗來驗證理論 二、伽利略的科學觀伽利略確實做了斜面實驗，名列十大最美麗實驗第八位 by G. Bezzuoli, 1841 小球在斜面上通過的距離與其運動時間的平方成正比，速度應與時間的一次方成正比。結(jié)合他提出的加速度概念，得到了落體運動的正確規(guī)律。思維實驗 二、伽利略的科學觀在抽象思維中設(shè)想出來，而實際上無法做到的實驗，是利用邏輯思考的方法完成的想象實驗。 亞里士多德認為：靜止是水平地面上物體

43、的“自然狀態(tài)”或“自然本性”，必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止下來。伽利略首先認識到：亞里士多德的這個結(jié)論是錯誤的，將人們引入歧途的是摩擦阻力 如何消除摩擦力？ 二、伽利略的科學觀伽利略想象一個實驗 :由此推論：力不是維持物體的運動的原因，而是改變物體速度的原因。因此，一旦物體具有某一速度，如果它不受力，就將勻速直線地運動下去，這就是慣性定律。伽利略發(fā)現(xiàn)單擺振動原理制造了時鐘，以此提高了時間測量的精確性。伽利略研究運動物體在時空中的表現(xiàn)特別是引入速度的概念。伽利略最偉大的貢獻之一是在引入了加速度的概念。根據(jù)伽利略的設(shè)計，后人制造出的時鐘 二、伽利略的科學觀“科學之

44、父”圓圓的，堅實巨大笨重的盾牌背在背上。這又大又圓的勞什子，掛在他肩上像月亮，這個球面體，那托斯卡尼的藝術(shù)家通過望遠鏡，夜晚從非索里山頂或亞諾河谷觀察時，在她斑斑點點的球面上，發(fā)現(xiàn)新陸地、新河流或者新山脈。 二、伽利略的科學觀在失樂園中：約翰彌而頓（J. Milton, 1608-1674） 1642年1月8日，伽利略被認為是教會的罪人，含冤而逝，終年78歲 哥白尼，伽利略，牛頓，第谷，開普勒畢達哥拉斯一直宣稱自然界是由一些完美的形狀組成的。在哥白尼的天體運行模型中，天體的運動始終處在一個又一個球體表面上，為了解釋已有的天文觀測數(shù)據(jù)，必須用“圓上加圓”的方法（本輪）修正哥白尼的軌道。完美形式

45、= 真實, 美, 平等 三、開普勒定律古希臘的科學宗旨正是亞里士多德在此純幾何系統(tǒng)中加入球體，因為他觀察天空中的太陽，月亮的形狀和它們的運動都是球體。畢達哥拉斯+ 柏拉圖 + 亞里士多德 + 歐幾里德(numbers) (ideal) (logic) (definitions & laws)但是，圓錐曲線（橢圓，拋物線，雙曲線）被忽略了。 三、開普勒定律出生于丹麥的天文學家第谷（ Tycho Brahe ）, 二十年如一日精確地測量和記錄了行星的運行軌道。第谷（Tycho Brahe 1546-1601）The man with the golden nose 三、開普勒定律Johannes

46、Kepler (1571-1630)第谷從不相信哥白尼體系，當他去世時，把畢生的天文觀測資料傳給了他的學生，德國天文學家開普勒（Johannes Kepler）。與第谷不同的是，開普勒堅定地相信哥白尼的日心說，但他不能解釋為什么行星的圓周軌道與第谷的天文觀測結(jié)果不同。他相信老師的觀測，更傾向于從理論上思考問題。最終，他放棄了自己七十余次“圓上加圓”的方法構(gòu)造的火星軌道曲線，放棄了勻速圓周運動這個一向為人們所鐘愛的古老信念，建立了行星運動三定律。我曾測量過天空，而現(xiàn)在測量幽冥，靈魂飛向天國，肉體安息土中。 墓志銘，自撰 三、開普勒定律開普勒行星運動三定律：.行星沿橢圓軌道繞太陽運動，太陽位于橢圓

47、的一個焦點上。. 對任一個行星說，它的矢徑在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。.行星繞太陽運動軌道長半軸 R的立方與周期 T 的平方成正比。 三、開普勒定律牛頓萬有引力定律 四、牛頓與萬有引力定律哈雷（E. Halley, 16561742）1758年哈雷彗星重返地球 四、牛頓與萬有引力定律= 宇宙 +1846年1930年在我筆尖上 四、牛頓與萬有引力定律牛頓：天才中的天才（Newton, qui genus humanum ingenio superavit ）培根彌爾頓拜倫達爾文麥克思韋開爾文羅素阿蘭圖靈還有，79位諾貝爾獎獲得者. 四、牛頓與萬有引力定律木蘭花慢送月（辛棄疾，11401207）

48、可憐今夕月，向何處、去悠悠？是別有人間，那邊才見，光影東頭？是天外空汗漫，但長風、浩浩送中秋？飛鏡無根誰系？嫦娥不嫁誰留？ 王國維在人間詞話中評述： 四、牛頓與萬有引力定律“詞人想象，直悟月輪繞地之理，與科學家密合，可謂神悟！” 牛頓告訴你：飛鏡無根引力系，嫦娥不嫁速度留愛因斯坦告訴你：飛鏡“本”無根，嫦娥“空”自留 四、牛頓與萬有引力定律如果地球的質(zhì)量是M，半徑是R，可以求出質(zhì)量為 m 任何物體不會落地的最小速度v 四、牛頓與萬有引力定律原理一書的扉頁地球數(shù)據(jù)：M=5.971024千克，R=6400千米 第一宇宙速度：不論多重的物體，以大于以上的速度拋射出去，便可圍繞地球圓周運動，永不落地。

49、 人造地球衛(wèi)星同步地球衛(wèi)星 四、牛頓與萬有引力定律 數(shù)據(jù)： M=5.97 1024千克，G6.674 10-11牛，T24小時 四、牛頓與萬有引力定律衛(wèi)星變軌技術(shù)航天技術(shù)“阿波羅”號飛船從月亮返回，地面站問宇航員：“現(xiàn)在誰在駕駛？”回答說：“我想主要是牛頓在駕駛！”。 四、牛頓與萬有引力定律暗物質(zhì)被認為是當代物理學四大謎團之一 星系外一個物體在萬有引力作用下的運動速度，應該反比于距星系中心距離的二分之一次方，稱之為旋轉(zhuǎn)曲線的開普勒特征 四、牛頓與萬有引力定律但是，觀測曲線沒有顯現(xiàn)按距離的負二分之一方下降 猜想：星系中存在大量的永不發(fā)光的暗物質(zhì) 按光度分布推算出來的旋轉(zhuǎn)曲線 四、牛頓與萬有引力定

50、律對不同星系的觀測都證明這一點人們的普遍看法是，星系中90%到99%的物質(zhì)是永不發(fā)光的暗物質(zhì)。 星月夜（凡高，1889） 四、牛頓與萬有引力定律想象一下，如果星系中的所有物質(zhì)都發(fā)光 ，星月夜將是何種景象？螺旋狀的光環(huán)在畫面中央席卷整個天空；銀河的表現(xiàn)極具形式感；擴大的星星被光圈包圍著；月亮像太陽般耀眼。 四、牛頓與萬有引力定律藝術(shù)評論家認為：凡高懷著絕望的恐怖，暗示了自己的悲劇人生。通過物理的學習，我們?yōu)槭裁床辉谶@幅畫中讀到了生命在宇宙中再生和永恒。文化物理 牛頓運動三定律能量守恒律動量守恒對稱性與守恒律絕對時空觀原理一書的扉頁2.2 力 學 圖 景 一、牛頓運動三定律自然哲學的數(shù)學原理 （1

51、687）上帝不再被認為是自然世界的積極參與者，充其量只不過是一個偉大的設(shè)計者歐幾里德幾何學+亞里士多德的邏輯+伽利略的科學方法牛頓的經(jīng)典力學體系“自然科學的圣經(jīng)”第一定律：每一個物體在沒有受到外力作用的時候，靜止的物體仍保持靜止，運動的物體仍保持其勻速直線運動。伽利略首先確立物體固有的、自然的“懶惰” 質(zhì)量是衡量物體“懶惰”的尺度 一、牛頓運動三定律第二定律：物體的加速度與外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。 經(jīng)典物理學的標志 一、牛頓運動三定律第三定律：當兩個孤立物體相互作用時，它們彼此施加的力將大小相等，方向相反。“你怎樣待人，人也怎樣待你?！?圣經(jīng) 一、牛頓運動三定律 一、牛頓運動三定律牛頓

52、三定律給出了“力”的完整定義力學圖景：力作用于物體，使其在時空中運動三種效應：力的時間瞬時效應牛頓第二定律力的空間累積效應能量的概念力的時間累積效應動量的概念功的概念力的空間累積效應Work = Force Distance = Force Distance 二、能量守恒定律產(chǎn)生的效果：速度增加高度增加彈簧拉緊增加了對其它物體做功的本領(lǐng) 一個物體擁有的對外做功本領(lǐng)，就是能量的概念。 二、能量守恒定律動 能：勢 能：動能與勢能之和稱作機械能 二、能量守恒定律10 m8 m6 m4 m2 m0 m勢能 = 98 J動能 = 0 J勢能 = 73.5 J動能 = 24.5 J勢能 = 49 J動能

53、= 49 J勢能 = 24.5 J動能 = 73.5 J勢能 = 0 J動能 = 98 J抓起一個小球，放手，觀察它的運動，這就是物理學。加速運動勢能可以轉(zhuǎn)化為動能機械能不變守恒不考慮空氣阻力： 二、能量守恒定律 二、能量守恒定律動能和勢能相互轉(zhuǎn)化為什么會停下來？能量：機械能熱能電磁能化學能核能人類文明的歷史就是對能量追逐的歷史 任何物理過程的總能量在該過程中始終保持不變。能量不能消滅，也不能被創(chuàng)造，只能從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，或從一個物體傳遞給另外一個物體。 二、能量守恒定律10 m8 m6 m4 m2 m0 m勢能 = 98 J動能 = 0 J勢能 = 0 J動能 = 96J考慮空氣摩

54、擦阻力:溫度升高機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，但必須保持總能量不?二、能量守恒定律不考慮空氣阻力：10 m8 m6 m4 m2 m0 m勢能 = 98 J動能 = 0 J勢能 = 73.5 J動能 = 24.5 J勢能 = 49 J動能 = 49 J勢能 = 24.5 J動能 = 73.5 J勢能 = 0 J動能 = 98 J現(xiàn)代物理學表明，牛頓力學具有局限性，但以此發(fā)展起來的能量原理囊括一切 能量守恒的科學魅力，在于它簡潔之美、超越時間的深邃之美、放之四海皆準的堅固之美。在大自然的不斷變化中，能量的形式多種多樣，但總能量是永恒的，這在創(chuàng)世之初就決定了。 二、能量守恒定律 三、動量守恒定律動量的定義：“

55、運動的量是運動多寡之量度，由速度和質(zhì)量共同度量?！?原理動量是一個既有大小，又有方向的量；動能則是一個只有大小，沒有方向的量。 動量力的時間累積效應 三、動量守恒定律牛頓第三定律：牛頓第二定律對于任何不受外力的作用的系統(tǒng)，其總動量保持不變 三、動量守恒定律簡單的特例來給出動量守恒定律 三、動量守恒定律物體相互碰撞時，動量可以在物體間相互傳遞，但必須保持總動量守恒 三、動量守恒定律反沖運動：當一個物體向某一方向射出它的一部分時，這個物體的剩余部分將向相反方向運動 動量守恒： 0mVMv 三、動量守恒定律火箭發(fā)射原理：在火箭內(nèi)裝置了大量的燃料，燃燒后就會產(chǎn)生高溫、高壓氣體，通過火箭尾部不斷向后高速

56、噴出，從而使火箭不斷向前加速 “地球是人類的搖籃。人類決不會永遠躺在這個搖籃里，而會不斷地探索新的天體和空間。人類首先將小心翼翼穿過大氣層，再然后去征服太陽系空間”。 航天先驅(qū)齊奧爾科夫斯基（K.E. Tsiolkovsky, 1857-1935） 三、動量守恒定律火箭最初質(zhì)量為m0， 燃料燒完后火箭的質(zhì)量為m1 ，火箭最終速度決定于兩者的比值。第一宇宙速度7.9千米/秒；第二宇宙速度11.2千米/秒；第三宇宙速度16.7千米/秒 多級火箭技術(shù)和捆綁火箭技術(shù) 單級火箭不能使航天器的最終速度達到第一宇宙速度 所以，必須有 三、動量守恒定律20世紀初發(fā)現(xiàn)原子核的衰變 實驗表明，這個過程能量不守恒動

57、量不守恒泡利假設(shè)：存在新粒子質(zhì)量非常小，不帶電 三、動量守恒定律泡利（E.Pauli,19001958） 假設(shè)必須得到實驗證實，這才是物理學 三、動量守恒定律把發(fā)生 衰變的原子核用一個鉛制的大圓柱體圍起來 測量鉛柱體內(nèi)溫升，確定新粒子存在失敗！沒有溫升很多物理學家開始懷疑能量守恒和動量守恒是否適用于原子核 ？但是，泡利相信守恒法則堅不可摧和這種新粒子的存在，并再次假設(shè)新粒子的穿透力無比，能自由自在地穿透鉛柱，而不交出任何能量。后來命名中微子1965年證實存在！ 三、動量守恒定律日本的一個中微子觀察站，隱藏在地底1000米的地方。包括由11200根多激光電管存儲的5萬噸純凈水 閃電般地穿物而過，

58、不為所查 可能構(gòu)成宇宙的暗物質(zhì) 三、動量守恒定律8光年（1光年大約1016米）厚的鉛板才能擋住發(fā)射出的中微子的一半 角動量守恒定律 四、角動量守恒定律實驗現(xiàn)象開普勒第二定律：S1S2 有心力場中存在一個守恒量 四、角動量守恒定律如果物體在運動過程中，受到的外力始終通過空間某點（嚴格的說法是相對于某點力矩為零），則物體相對于該點的角動量守恒。 四、角動量守恒定律對于一個運動的質(zhì)點來說，除了需要描述它的平動本領(lǐng)（動量）之外，還需要描述它圍繞空間某點的轉(zhuǎn)動本領(lǐng)，定義一個物理量，稱作角動量，來描述質(zhì)點的轉(zhuǎn)動能力 四、角動量守恒定律航天器在橢圓軌道上運動的特點：遠地點速度最??；近地點速度最大。角動量守恒

59、決定了天體系統(tǒng)都具有旋轉(zhuǎn)的盤狀結(jié)構(gòu) 四、角動量守恒定律角動量守恒定律的應用總的做功本領(lǐng)，即總的能量?？偟拇┻^空間的平動，即總動量?？偟男D(zhuǎn)運動，即總角動量。等等遠古時代中插圖（布萊克，1794） 五、對稱性與守恒律亙古不變的守恒法則是這個宇宙存在的理由 五、對稱性與守恒律物理學家相信自然的終極設(shè)計原則: 美和簡單揭示大自然的終極奧秘的金鑰匙可能就是對稱性。 對稱性的定義:對一個事物進行一次變動或操作；如果經(jīng)此操作后，該事物完全復原，則稱該事物所經(jīng)歷的操作是對稱的；而操作就叫作對稱操作。 五、對稱性與守恒律以空間旋轉(zhuǎn)為例:高中低為什么相信對稱？為什么對稱是重要的？為什么自然的本質(zhì)是對稱的？我們的

60、生活世界充滿不對稱 五、對稱性與守恒律最高的對稱性=最多的不對稱的可能性圓截面具有最高度的對稱性圓截面提供最多的不對稱彎曲的可能性 五、對稱性與守恒律鏡里朱顏都變盡，只有丹心難滅德國女數(shù)學家諾特爾（A.E.Noether，1882-1935） 五、對稱性與守恒律諾特爾定律：實驗上觀察到每一個守恒量必有一個與之相對應的對稱性。 五、對稱性與守恒律守恒定律與自然界的更普遍的屬性-時空對稱性（不變性）相聯(lián)系。時間平移對稱性空間旋轉(zhuǎn)對稱性空間平移對稱性動量守恒定律 角動量守恒定律 能量守恒定律空間時間Independent均勻（Uniform）連續(xù)（ Continuous）同質(zhì)（ Homogenous