物理与文化物理与文化物理与文化 (3).pdf

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1、1第一讲 物理学起源与简史1.2什么是物理学什么是物理学(下下)物理学是物理学是我们认识世界的基础，我们认识世界的基础，是其他科学和绝大是其他科学和绝大部分技术部分技术发展的直接发展的直接的或不可缺少的基础，物理学曾经是、现在是、将来也是的或不可缺少的基础，物理学曾经是、现在是、将来也是全球技术和全球技术和经济发展的主要驱动力经济发展的主要驱动力物理学的每物理学的每一进展都带来生产力巨大发展!一进展都带来生产力巨大发展!第三次世界物理学会大会（2000.12.15-16 Berlin,Germany2000.12.15-16 Berlin,Germany）全球技术和全球技术和经济发展的主要驱动

2、力经济发展的主要驱动力。现代科技现代科技极大地改变了人们的生存状态和思维方式，才使世界变极大地改变了人们的生存状态和思维方式，才使世界变化这么快。化这么快。100年来与物理学有关的重大科技发现或发明1895年发现年发现X射线（伦琴）射线（伦琴）1939年发现裂变（哈年发现裂变（哈恩、斯特拉斯曼）恩、斯特拉斯曼）1896年发现放射性（年发现放射性（贝克勒尔）贝克勒尔）1942年第一个核反应年第一个核反应堆建成（费米）堆建成（费米）1897年发现电子（汤姆逊）年发现电子（汤姆逊）1945年原子弹爆炸（年原子弹爆炸（奥本海默等）奥本海默等）1898年提炼出钋和镭年提炼出钋和镭（居里夫人）（居里夫人）

3、1947年发明晶体管（年发明晶体管（肖克莱、巴丁、布拉顿）肖克莱、巴丁、布拉顿）1900年量子论诞生（年量子论诞生（普朗克）普朗克）19471955年 从电子管计算机到晶体管计算机年 从电子管计算机到晶体管计算机1901年发明无线电报年发明无线电报（马可尼）（马可尼）1957年人造卫星上天年人造卫星上天（前苏联）（前苏联）1905年建立狭义相对论年建立狭义相对论光的量子论（光的量子论（爱因斯坦）爱因斯坦）19581960年 发明激光（汤斯、肖洛、梅曼等）年 发明激光（汤斯、肖洛、梅曼等）1961年载人飞船上天年载人飞船上天（加加林）（加加林）1911年发现原子核（年发现原子核（卢瑟福）卢瑟福）

4、发现超导（昂内斯）发现超导（昂内斯）1969年登上月球（阿年登上月球（阿姆斯特朗等）姆斯特朗等）1970年以后 光纤通信逐步实用化年以后 光纤通信逐步实用化1913年建立原子模型年建立原子模型（玻尔）（玻尔）19721978年 研制成大规模集成电路计算机年 研制成大规模集成电路计算机1915年建立广义相对年建立广义相对论（爱因斯坦）论（爱因斯坦）1978年以后 计算机电脑大量普及年以后 计算机电脑大量普及19251926年 建立量子力学（海森堡、薛定谔）年 建立量子力学（海森堡、薛定谔）1986年发现高温超导年发现高温超导（贝特诺兹、缪勒等）（贝特诺兹、缪勒等）1932年发现中子（查年发现中子

5、（查德威克）德威克）第一次产业革命开始于18世纪60年代19世纪中期（人类开始进入蒸汽时代）蒸汽机的广泛应用蒸汽机的广泛应用18世纪60年代，经典力18世纪60年代，经典力学和热力学的发展及其与生产的结合，使蒸汽学和热力学的发展及其与生产的结合，使蒸汽机得到改进和推广，引起了人类历史上第一次机得到改进和推广，引起了人类历史上第一次产业革命。产业革命。电力的广泛应用和无线电通讯的实现电力的广泛应用和无线电通讯的实现法拉第、楞次、麦克斯韦以及赫兹等人在电磁学方面的研究法拉第、楞次、麦克斯韦以及赫兹等人在电磁学方面的研究成果，电磁学理论的重大突破发展，导致了电力的应用，各种电机、成果，电磁学理论的重

6、大突破发展，导致了电力的应用，各种电机、电器的成功研制，无线电通讯的实现，成为第二次产业革命的标志。电器的成功研制，无线电通讯的实现，成为第二次产业革命的标志。第二次产业革命发生于19世纪70年代20世纪初（人类开始进入电气时代，并在信息革命、资讯革命中达到顶峰）贝尔试用电话第三次技第三次技术革命以电子计算机的发明和使用为标志。术革命以电子计算机的发明和使用为标志。第三次技术革命发生于20世纪初2第三次技术第三次技术革命以电子计算机的发明和使用为标志。革命以电子计算机的发明和使用为标志。目前世界目前世界范围内以信息技术为前导，以微电范围内以信息技术为前导，以微电子学和电子计算机技术为子学和电子

7、计算机技术为标志的科学标志的科学技术革命，从根本上讲来源于技术革命，从根本上讲来源于20世纪初物理学的三大成就。世纪初物理学的三大成就。2727原子结构理论、相对论、量子力学原子结构理论、相对论、量子力学进入进入20世纪以来，普朗克、爱因斯坦、海森伯、薛定谔和狄拉克等人世纪以来，普朗克、爱因斯坦、海森伯、薛定谔和狄拉克等人在相对论和在相对论和量子力学等方面的研究成果，使人类的认识从宏观世界到微量子力学等方面的研究成果，使人类的认识从宏观世界到微观世界、从观世界、从低速运动到高速运动发生了重大突破，人类不仅释放并获得低速运动到高速运动发生了重大突破，人类不仅释放并获得了核能，解了核能，解释了原子

8、结构、元素周期性和化学键等重大课题，并且对固释了原子结构、元素周期性和化学键等重大课题，并且对固2828体和液体内体和液体内部微观粒子的运动规律作了成功的描述，成为材料科学的理部微观粒子的运动规律作了成功的描述，成为材料科学的理论依据，促使新材料、新器件、新能源、新的通信和控制手段竞相涌现，论依据，促使新材料、新器件、新能源、新的通信和控制手段竞相涌现，电子计算机电子计算机的广泛应用，从根本上改变了生产活动和科学研究的面貌，的广泛应用，从根本上改变了生产活动和科学研究的面貌，这些都为人这些都为人类社会的又一次产业革命，提供了物质基础。类社会的又一次产业革命，提供了物质基础。第四次工业第四次工业

9、革命，是以人工智能，清洁能源，机器人技术，量子信息革命，是以人工智能，清洁能源，机器人技术，量子信息技术，虚拟技术，虚拟现实以及生物技术为主的全新技术革命。现实以及生物技术为主的全新技术革命。推动人类科学进步的十个最伟大的科学想法 自然选择导致进化；DNA包含遗传代码；能量守恒；能量守恒；一切变化都是 一切变化都是能量和物质趋于耗散所导致的后果；能量和物质趋于耗散所导致的后果；物质由原子构成物质由原子构成 物质由原子构成物质由原子构成；对称性限制引 对称性限制引导并推动事物发展；导并推动事物发展；粒子与波相生相形；粒子与波相生相形；宇宙膨胀说；宇宙膨胀说；时空弯曲；时空弯曲；协调一致的算法是不

10、完善的（指出数学这一科学工具的局限性）。改变世界面貌的十个数学公式（尼加拉瓜，1971）3最美丽的十大物理实验（物理学世界，2002）埃拉托色尼测 埃拉托色尼测量地球圆周长（排名第七）；量地球圆周长（排名第七）；伽利略的自由 伽利略的自由落体实验（排名第二）；落体实验（排名第二）；伽利略的加速 伽利略的加速度实验（排名第八）；度实验（排名第八）；牛顿的棱镜分 牛顿的棱镜分解太阳光（排名第四）；解太阳光（排名第四）；卡文迪许扭矩实验卡文迪许扭矩实验（排名第六排名第六）卡文迪许扭矩实验卡文迪许扭矩实验（排名第六排名第六）；托马斯 托马斯杨的光干涉实验（排名第五）；杨的光干涉实验（排名第五）；米歇尔 米歇尔傅科摆实验（排名第十）；傅科摆实验（排名第十）；罗伯特 罗伯特密立根油滴实验（排名第三）；密立根油滴实验（排名第三）；卢瑟福发现原 卢瑟福发现原子核实验（排名第九）；子核实验（排名第九）；托马斯 托马斯杨的双缝演示应用于电子干涉实验（排名第一）。杨的双缝演示应用于电子干涉实验（排名第一）。最伟大的十位物理学家（物理学世界，1999）爱因斯坦 牛顿 麦克斯韦 玻尔 海森伯 伽利略 费曼 狄拉克 薛定谔 卢瑟福千禧之年，英国物理学杂志投票选出最伟大的十位物理学家