[哲学]第四章-现代自然科学--物理学.ppt

科学思想史第6章 张胜光制作 第四章 现代自然科学的发展 本节要点 第一朵乌云：以太漂移实验 开尔文所称第一朵乌云指的是以太漂移实验。 物理学家们认为，电磁传播的媒介是以太。问题在于以太将具有什么样的物理性质。比如，它有重量吗?它对物体的运动会产生阻力吗?它的密度有多大？对这些问题都非常难于回答。 第二朵乌云——黑体辐射与“紫外灾难” 在同样的温度下，不同物体的发光亮度和颜色（波长）不同。颜色深的物体吸收辐射的本领比较强，比如煤炭对电磁波的吸收率可达到80％左右。 所谓“黑体”是指能够全部吸收外来的辐射而毫无任何反射和透射，吸收率是100％的理想物体。 “紫外灾难” 英国物理学家瑞利和物理学家、天文学家金斯认为能量是一种连续变化的物理量，建立起在波长比较长、温度比较高的时候和实验事实比较符合的黑体辐射公式。但是，从瑞利一金斯公式推出，在短波区（紫外光区）随着波长的变短，辐射强度可以无止境地增加，而实验数据是趋于零，这部分的严重偏离，被称为“紫外灾难”。 “紫外灾难” “紫外灾难”无可怀疑地表明经典物理学理论在黑体辐射问题上的失败，所以这也是整个经典物理学的“灾难”。无怪乎凯尔文要把它说成是经典物理学晴朗天空上的两朵乌云之一。 1.发现Ｘ光 1895年，物理学家伦琴在探索阴极射线本性的研究中，意外发现了X光。X光的发现，不仅揭开了物理学革命的序幕，也给医疗保健事业带来了新的希望。伦琴因此成为第一个诺贝尔物理学奖得主。 2.发现放射性 在对X光的研究中，物理学家贝克勒尔发现只要有铀元素存在，就有贯穿辐射产生，由此证明，发射这种射线是铀原子自身的作用。1903年，贝克勒尔与皮埃·居里和居里夫人因发现放射线荣获诺贝尔物理学奖。 发现α射线 卢瑟福1898年发现铀和铀的化合物所发出的射线有两种不同类型：一种是极易吸收的，他称之为α射线；另一种有较强的穿透能力，他称之为β射线。后来法国化学家维拉尔又发现具有更强穿透本领的第三种射线γ射线。 十九世纪末的物理学危机 在世纪交替时，经典物理学领域中，几乎所有的原理、基本概念都受到怀疑和重新审查，如物质的不灭性、能量守恒性、原子的不可分割和不变性、时空的绝对性、运动的连续性。 一篇论文发表在《物理学年鉴》第17卷第132—148页，是关于光电效应的。 第二篇论文发表在《物理学年鉴》第17卷第549—560页，是关于布朗运动的。 最伟大的成就是第三篇论文《论动体的电动力学》，刊于《物理学年鉴》第17卷第891—921页。在这篇论文中，爱因斯坦提出了他举世闻名的相对性理论即相对论。 狭义相对论的理论体系 基本假定： 1、狭义相对性原理（物理定律在一切惯性参考系中是平权的） 2、光速不变原理（真空中光速不因光源的运动而变，永远是30万公里/秒，即迈克尔逊—莫雷的实验结果） 狭义相对论的理论体系 几个推论： 1、钟慢效应(已被实验证实） 2、尺缩效应（无法在实验中证实） 3、光速是物质运动的极限速度 4、相对论力学还可以还原为牛顿力学（低速时） 质量可变、质能关系式 E = MC2（原子弹爆炸） 假定有一对孪生兄弟，其中的一个要以接近于光速(为了充分显示相对论效应)的速度做一次宇宙航行，按照相对论效应，呆在地球上的那位就会发现其兄弟生命周期放慢，比如，自己活了10年，对方才过了1年。当然，按照相对论，在宇宙飞船上的那位，也会发现呆在地球上的兄弟生命周期放慢，因为在他看来，地球以一个与飞船速度相等的速度反向运动。现在假定，宇航结束了，两兄弟又相遇在一起了，那么他们究竟谁更老、谁更年轻? 爱因斯坦等效原理思想实验 广义相对论的理论体系 基本假定： 1、广义相对性原理（物理定律在一切参考系中是平权的） 2、等效原理（惯性质量和引力质量相等，已经实验严密证实） 广义相对论的理论体系 几个推论： 1、引力的实质 = 时空弯曲 2、引力场方程——宇宙学方程 几个实验验证预言 1、水星近日点的进动 2、强引力场会使时钟变慢，即会使原子的振动变慢，光的频率变低，光谱红移； 3、引力场会使光线偏折 光线弯曲 　　一切物体在引力场附近时，都不可能走直线，因为引力的作用要使它们的轨道偏向引力源。根据等效原理可以判断，光在引力场中传播时，也会有类似的现象。 　　 一束通过太阳表面附近引力场的星光，偏转角只有1".75，当没有太阳时，星光以直线传到我们的地球，但当太阳出现在星体与地球之间时，光线发生弯曲，我们将看到星体的位置移动到虚线的方向．即如图8－4所示。 1919年以后，几乎每逢有便于进行观测的日全食时