清华大学物理学概论第0章(绪论和概论)

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1、欢迎掀开物质世界神奇的面纱2李岩松理学院A330（数学系三楼）6277269718911149286ysli@mail.tsinghua.edu.cn一.教学环节:讲课、讨论课（注意通知相互转告）总评：平时50%作业；读书报告;课堂测验；参观演示厅和演示实验报告；小论文期末考试50%（全学期的内容）二.答疑:答疑时间？；大学物理教师轮流答疑－可去三.课外辅导：自由参加习题聊物理四.要求：信心决心耐心专心保证各环节4理科楼N化学馆生物馆生命科学楼气象台物理数学作业柜一楼门厅3301(三楼)人人离不开物理学(绪论)§1物理学与物质世界物理学是探讨物质结构和

2、运动基本规律的学科是自然科学的基础虽然您早就知道但要真正理解不容易绪论—强化您的认识促使您有点真体会绪论:物理课的入“课”教育6科学知识和及其思想方法是现代人需要具备的基本素质物理学的应用并不仅仅在物理当中物理学不神秘物理知识中最重要的是物理图像物理不是数学7如何测量我们所在的世界？如何度量时间和空间？周期！时间铯原子基态超精细结构能级跃迁辐射的9192631770个周期所对应的时间为1秒空间光在真空中1秒钟所走过的距离为299792458米空间尺度(相差1045－1046)1026m(约150亿光年)(宇宙)－10－20m(夸克)时间尺度(相差104

3、5)1018s150亿年(宇宙年龄)-10-27s(硬射线周期)速率范围0(静止)-3108m/s(光速)一.物质世界1.研究的对象广泛宇观宏观微观人们从自己向小尺度追问以探索物质的组成物理学上对应粒子物理学2.物理学给出物质世界的总图象目前物理学界公认组成物质的最小单元是夸克即认为quark没有内部结构但1999年美国布鲁克黑文国家实验室有消息称quark也可一分为二说明认识无止境但至今仍囚禁–20世纪末（或说21世纪初）物理学两朵乌云之一（李正道先生言）另一朵乌云是?对称性的破缺20世纪初物理学两朵乌云？(开尔文爵士言)M-M实验紫外灾难人们从

4、自己向大尺度追问以探索宇宙的奥秘物理学上对应天体物理学宇宙是怎样运动的呢？进行绝热膨胀宇宙半径增大宇宙密度降低温度降低宇宙有限又无边!有中心?无中心?远离仙女座大星云“物理学的最大研究对象”--陆炎土图2●粒子物理学(微观理论)标准模型认定基本粒子揭示物质的组成高能物理实验(实验手段)发展加速器取得实验数据验证微观理论●天体物理学(宇观理论)标准宇宙模型分析宇宙的起源大爆炸宇宙学二.关于物理学的两个前沿理论目前天体物理理论和粒子物理理论已成为密不可分的姊妹学科从遥远的过去宇宙产生于大爆炸绝热膨胀至今我们生活在这样的世界中人们从自己开始通过各

5、种实验手段(比如加速器)把物质打开探索内部的由来基本粒子标准模型给出的物质组成与宇宙标准模型给出的宇宙起源是一致的从而体现了物理学的和谐完美和对称15标准宇宙模型给出的宇宙生成发展人类通过实验认识物质组成的历程温度能量物理过程粒子产生大统一大沙漠强子轻子湮没中子自由衰变核复合复合星系产生现在依靠高能粒子加速器的发展三.物理学使人们深入认识世界每种粒子对应一种场场有不同能量状态场与粒子是统一体的两种表现形式nep相应的场均处于基态真空pe相应的场处于激发态出现相应的粒子1.物质存在的基本形式:粒子和场场论给出最新认识(中学时已有的认识)2.基本相互作用粒

6、子是场的激发态形式因此粒子间的相互作用来自场之间的相互作用场之间的相互作用是粒子转化的原因地表密度3.物质的凝聚状态凝聚态(固、液)气态等离子体(第四态)致密态(第五态恒星晚年)白矮星中子星黑洞提出命题修改理论推测答案理论预言实验检验应用演绎法－推理演算归纳法－假设模型定性和半定量直觉想象力洞察力§2物理学与科学思维一.物理学的研究方法不同于数学物理学家的1/3激奋在于建立理论1/3激奋在于证实理论1/3激奋在于突破理论爱因斯坦是典范二.物理学家的科学态度实验结果验证已有理论固然可喜但与已有理论不符合更可喜预示着重大突破--最令人惊讶的是没有出现令人惊

7、讶的事--212005“奇迹年”100周年爱因斯坦逝世50周年世界物理年221905爱因斯坦奇迹年6个月内在物理学的三个不同领域做出四个划时代的贡献光量子假说质-能关系布朗运动狭义相对论§3物理学与科学技术一.物理学为其他学科创立技术和原理重大新技术领域的创立总是经历长期的物理酝酿如：微电子技术的发展二.物理学满足人类所深刻认识到的最根本的程度上了解自然界的需要(美国物理学评述委员会)三.物理学与高素质人才提高科学素质和能力以适应高新技术市场经济的发展现代工业技术工程师类型工程科学家型革新发明家型现场工程专家型管理规划专家型要求良好的科学素质!如：扫描

8、隧道显微镜(STM)的发明说明：深厚的科学素质的重要性70年代罗伯特.杨制成场发射显微镜198