近代物质科学

近代物质科学第一页，共十八页，2022年，8月28日参考书目《近代物理概论讲义》中央广播电大出版《近代物理》杨桂林等科学出版社《原子论的历史和现状》关洪北京大学出版社《从X射线到夸克》埃米里奥·赛格雷上海科学技术文献出版社《近代物理学基础上下册》R.T.WeidnerR.L.Sells高等教育出版社第二页，共十八页，2022年，8月28日第一章引言经典物理学和近代物理

经典物理学三大理论体系 机械运动—牛顿定律 热运动——热力学与经典统计物理 电磁场运动—麦克斯韦经典电动力学近代物理的两大支柱狭义相对论和量子力学，诸多分支：原子物理、原子核物理、固体物理等第三页，共十八页，2022年，8月28日经典物理的辉煌 牛顿力学建立后，被顺利地推广到刚体和流体。到了19世纪，热力学、统计力学和电动力学也建立起来了。古典物理学在科学与技术的各个领域得到了广泛的应用，取得了巨大的成功。1846年海王星的发现又完全证实了根据牛顿理论所作出的预言。19世纪40年代能量守恒定律的发现，揭示了各种物质运动形式之间的转化关系，从而把力学、热学、电学、化学等联系在一起。牛顿力学成为各门科学的理论基础，这样，大至日月星辰、小到原子分子，似乎无不被牛顿体系所包罗。大部分人认为，物理学大厦已经最终建成，剩下的工作只是把物理常数的测量弄得再准确一些。第四页，共十八页，2022年，8月28日经典物理学的危机开始于“两朵乌云”：迈克耳逊-莫雷（以太漂移）实验和黑体辐射

—以太漂移实验的零结果

—对比热和热辐射定律研究中出现了“紫外灾难”蔓延于“乌云密布”—辐射的量子性质问题，如黑体辐射、光电效应—原子的内部问题：如原子光谱、X射线、X粒子散射等第五页，共十八页，2022年，8月28日近代物理的发展得益于原子物理的研究 “原子物理的研究和发展为量子力学的诞生和发展奠定了坚实的基础，反过来，原子与分子物理、化学性质的诠释却完全依赖于量子力学的概念和理论。”第六页，共十八页，2022年，8月28日原子论的历史和现状古代原子论思想

八卦：天、地、雷、风、水、火、山、泽 五行：金、木、水、火、土 古希腊：比泰戈拉—数 柏拉图—三角形种子论和原子论

种子论—阿那克萨戈拉—”各种种子的同类组合和拆分” 原子论—留基伯、德谟克利特—”宏观性质由原子复合而成，原子坚固不可分”—伊壁鸠鲁—卢克莱修第七页，共十八页，2022年，8月28日近代原子论伽利略公开赞同原子论法国迦森迪重申原子学说，但纳入“上帝创造原子”的宗教色彩静态原子模型对物质性质给出合理解释玻意耳定律—羊毛理论牛顿—微粒间的排斥力反比于距离（原子的永恒性归因于上帝）“热质说”和动态气体模型伯努利：原子运动，遇到障碍发生碰撞第八页，共十八页，2022年，8月28日从气体动力学到统计物理学英国赫拉帕斯“热来源自各个原子固有的运动，并且正比于各自的动量”英国瓦特斯顿：“由运动粒子组成的气体的压强正比于其密度乘以速度的平方”、“气体温度的增加正比于分子动能的增加”等瑞利、“焦耳、克伦尼希”德国克劳修斯：引用两人的成果，考虑气体分子以各种可能的不同方向互相碰撞以及同器壁碰撞，计算出平均的效应，首次统计计算出其他压强公式。并引入自由程概念麦克斯韦：导出分子速度的统计分布规律波尔兹曼：把麦克斯韦分布函数因子加上势能项； 同时推出热力学量和统计概率相联系的等式第九页，共十八页，2022年，8月28日进入原子内部1897年，汤姆逊发现、确定电子为一种新微粒，之前：法拉第观测低压气体放电—阴极射线：原子得失电荷只能是基本单元的整数倍；以太的激荡或者一种新的辐射。法国南希大学布隆德洛N射线—美国伍德打假洛仑兹力、塞曼和拉莫尔e/m比值汤姆逊成果密立根1906-1916，精确测定了电子的电荷第十页，共十八页，2022年，8月28日放射性的发现1895，伦琴射线发现—1912年劳埃测定了X射线的波长—X射线从何而来？贝克勒耳通过荧光材料验证（硫酸铀铣钾）：意外收获——”铀射线”居里夫人：铀、钍、钋、镭卢瑟福在铀射线中发现了α射线和β射线。维拉德发现γ射线推翻了原子永恒不变的传统观念！！同时也带来了“发射性能量从何而来”的困惑！！经典理论解释的无力，终于让科学家们寻找新的理论第十一页，共十八页，2022年，8月28日因果关系（决定论）粒子概念和波动概念概率连续性和量子化第十二页，共十八页，2022年，8月28日物理学理论的适用范围速度和尺寸是选用不同理论的依据各种理论之间没有明确的界限存在现有理论的盲区第十三页，共十八页，2022年，8月28日预备知识（1）—对应原理1923年玻尔提出：物理学上任何一种新理论，不论它的特性或细节如何，当把它应用于普遍性较小的理论所适用的情况时，这种新理论必定可化为与它相对应的已牢固确立的经典理论。——这就是说可把旧的有局限的理论视为新的一般的理论的一个特殊近似！第十四页，共十八页，2022年，8月28日几何光学和波动光学几何光学能够解释光的直线传播、反射和折射；波动光学除此之外还能够解释干涉和衍射，但也不是全部，有的还要用电磁辐射的量子论。单色光通过单狭缝时的光强分布第十五页，共十八页，2022年，8月28日经典物理学对粒子和波动的描述讨论最简单的波形式—正弦波

表明电磁波在一切可能时刻t扩展到一切可能的X值处。

一个理想的波，其波长和频率是可以无限准确的知道的。这种波不会局限在空间任何一个有限位置，而相反，它必然沿着它的传播方向无限扩展。 如果要测量并无误的知道波的频率，那么这波必然是无限的。？？？第十六页，共十八页，2022年，8月28日证明 设有一标准钟，假定它是产生波的振荡器，以它产生的波的频率与某入射波的频率比较。通过让两列波产生拍来确定入射波的频率。 如果标准钟的频率和入射波频率相等，则没有拍出现。但是要完全肯定没有拍现象出现，必须观察无限长时间才行，而此时所测量的波已经在空间无限扩展。 设标准钟频率为ν1,在有限时间Δt内观测拍频ν

2。只有当拍的周期等于或小于Δt时才能确信Δt时间内观察到一个完整的拍。即有：误差方程：