物理学与技术革命

物理学与技术革命自我介绍硕士、讲师，毕业于上海华东师范大学信息学院，任教以来承担过普通物理、电动力学、电磁场与电磁波、数字电路、电路分析、线性代数、计算机文化基础、自然辩证法、科技史等课程及实验的教学，长期从事物理电子与信息技术的教育教学工作和科学普及工作，同时还从事学院学生管理和教学管理工作，担任班主任和学院电子教研室主任的职务。希望在今天一天的交流中，大家相互学习、相互进步、共同提高！导言物理学作为20世纪的领头学科，由经典走向现代，由宏观到微观，已步入一个崭新的发展阶段。20世纪物理学上的两大重要成果是狭义相对论(爱因斯坦)和量子力学(普朗克)。20世纪物理学的成就表明，物理学已成为一切自然科学的基础。导言物理学对社会的重要性——第23届国际纯粹物理与应用物理联合会代表大会决议物理学是人类文明的第一推动力。物理使人明智，使科学时代的人们变得深思熟虑，深谋远虑。2005物理年，爱因斯坦逝世50周年，相对论发表100周年。各国举行各种活动，以使人们更加关注物理学的发展。设计了一个丰富多彩的2005世界物理学年（WYP）图案.人们对这个图案有许多创造性的解释：四种彩色光，一个焦距，平方反比定律，光锥体，透镜的光折射，弯曲了的时空，等等.国际范围内的2005世界物理学年（WYP）一系列重大庆祝活动将从2004.10.开始，并且在2006.2.达到高潮，历时将超过500天.一、物理探源

研究物质世界组成、运动、变化的最普遍、最基本规律的科学物质组成、相互作用自然界的性质、变化规律、自然现象一个基本难题：什么是物质？学科定义一、物理探源

“一片飞花减却春，风飘万点正愁人；且看欲尽花经眼，莫厌伤多酒入唇；江上小堂巢翡翠，花边高冢卧麒麟；细推物理须行乐，何用浮名绊此身。”

空间尺度：跨越42个数量级时间尺度：跨越43个数量级宇宙学和粒子物理学，奇妙地衔接在一起，结成密不可分的姊妹科学，犹如一条怪蟒咬住自己的尾巴。尺度划分

介观微观宏观宇观（量子效应）（原子、分子）（物质连续）（宇宙连续）源重子.介子电荷轻.介.重子物质作用强电磁弱引力场量子(胶子)光子W+-Z0引力子相对强度110－210-10—10-1210－39范围cm10－13

<10－15例核力原子…衰变星体.宇宙物质稼的四胸种基岔本相句互作贤用二、伸物理多学与店第一胃次工北业革躺命从15菠43年，压哥白蹈尼提禁出了捞日心舌说到寻开普在勒从伸弟谷·布拉闯赫大龟量的规精确脾天文渗观测随资料织中，妹总结晨出了歉行星歉运动优三定笑律。伽利蒙略为嫩捍卫投、发达展和宋传播科哥白留尼学武说做财出了细艰苦院卓绝总的努京力。1、产述业革弟命的钱物理咽学奠柜基伽利帮略像16谨87年，摩牛顿《自然终哲学哥的数纽奉学原助理》发表召，标控志经诵典物舍理学叮的诞吴生经典线物理嗓学一猎诞生问便推虏动了舞第一备次工沟业革墓命，矩带给光人类瓜第一膝次物轰质文映明的舱飞跃六。二、管物理娘学与农第一旬次工钞业革阀命《原理》建立绿了经顶典力樱学的拴理论摔体系息，提窗出了骡运动垄三定浅律和陪万有第引力嚷定律隆，揭描示了伐行星奇绕太塘阳运肚动的役根本亿原因念，完坦成了距物理搭学发虹展史静上的迟第一计次大痒综合慈。因此没，达需朗贝碌尔认唉为牛脱顿将泡数学拍、实挠验以河及观卧察统鹊一起毒来，刊创造作了一兴门真介正的携新科巴学。牛顿唇像自然彻哲学弊的抄数学筒原理娇最踩早版盐本著名高物理肥学家杨爱因乏斯坦赔（Al符be著rt勇E四in豪st亩ei堵n,螺18挺79－19效55）在19洁27年3月纪软念牛丙顿逝加世20泼0周年雀时写挠了一扬篇《牛顿六力学您及其茅对理狂论物艇理发首展的狂影响》的文舅章。麻文章蠢说牛价顿是阳“在象他以玻前和毅以后极，都料还没默有人智能像而他那放样决便定着冰西方伞的思赶想、株研究贩和实握践的河方向沟。他坑不仅恩作为将某些熊关键傲性方野法的描发明巩者来诞说是驶杰出馆的，贪而且代他在总善于出运用典他那炒时的糕经验超材料局上也仇是独连特的计，同决时他衔还对孤于数饱学和苦物理汪学的丹详细锹证明猴方法哈有惊按人的董创造柔才能域。由椒于这俱些理你由，孩他应叛当受怠到我径们的卷最深己挚的泪尊敬烤。可队是，批牛顿闯之所乳以成巾为这讨样的邮人物燃，还诵有比板他的壳天才饱所许责可的肾更为滋重要秆的东逃西，谨那就滔是因竞为命渗运使娃他处难在人倚类理罗智的胜历史情转折哀点上域。”通“牛董顿的距成就习的重淹要性免，并布不限碰于为穿实际奥的力欣学科妈学创遇造了久一个轰可用统的和苍逻辑趟上令好人满据意的宅基础睬；而便且直发到19世纪厅末，照它一陡直是烂理论胸物理坏学领青域中屈每一芹个工遭作者框的纲炕领。困”二、爱物理六学与苍第一淘次工棚业革职命第一家次工山业革匙命是雨刚取怖得统劫治地隆位的稿英国执资产衰阶级剧进行车的一历次生朗产方燃式的刻革命丛。它开劈燕始于17世纪赴，高节潮在18世纪端，发暗展在19世纪年。这场抛革命再的标颈志是饥蒸汽茫机的鹿使用邀。2、第哭一次稠工业拣革命17世纪顽，英屋国的氏资本剑主义购大发栏展遇现到了小三大尿难题(采矿丈、武放器的类研制历、航粘海);当时辰，物桂理学忧家都腔踊跃奥地参匹与了恐相关絮的发装明创登造，工有效滤地解料决了柜上述湾难题短，其竟中最尸著名叠的有牛顿史、哈胖雷、铜惠更穗斯、绸胡克例、雷袄恩、训波义步耳、厨马略炎特、顾托利轻拆利等。物理借学(力学彼和热民学)是第雾一次的工业粪革命羞的理冶论基值础和蕉工作胜指南可。第一弯次工尊业革霉命使撑人类聪进入宴机械熔化时沃代，腰极大悼地提龄高了片劳动辛生产葱率。瓦特候的成斧功使递蒸汽稳机在都国民朵经济缺各个台领域婶得到叉了广豪泛的吃应用擦。蒸汽赔机在10侵0年其践所创润造的葬生产旷力，附比过挣去一毙切世寄代创摘造的障全部疮生产买力还雕要多街、还掉要大朱。从18世纪语末到19世纪但，为殊提高砌蒸汽苍机和爷金属拌冶炼你的热未效率距，为咽解决批工业袭、交冒通和汗军事终上的谦若干符技术洗问题拣，反晨过来究有力搂地推博动了终物理异学的饺研究对第竖一次淋工业讽革命笼西方壳一些低历史雅学家偶是这终样评虫价的:“一场谊史无评前例屯的影静响深付远的沙革命激改变轮了英军国的奥面貌互。从瞧那以堪后，董世界感也变浓了样爷。没扭有一筋场革矮命具刑有像夕工业榴革命躺那样艇显著照的革斩命性——也许胳除新裕石器串时代狱的革妖命之超外。偿新石饰器时向代的惰革命谷使人婚类从闭狩猎射的原附始部璃落分风散的猜聚居宫状态种，进执入了卖在不郑同程部度上收相互筛依存停的农惕业社著会。强而工什业革栽命使顷人类脚从农诸夫、傲牧羊请人变抹成了玩由非息生命场的能都量驱授驶的撤机器童的驾尿驭者思。”三、暂物理衬学与舌第二叮次产凝业革许命19世纪框末到20世纪庆末，描以量痒子力妄学和适相对局论(以及铅电磁彼理论)为支盈柱的执近代讽物理崖学推壤动了踪蝶第二险次科慨学和怠技术窝的大壳发展着。为娇人类炉带来萍第二任次物决质文就明的哥大飞璃跃——爷20世纪作物质耳文明蜻的大羽飞跃历史共上第里一个钞对电壁磁现脊象进阴行系阻统研活究的后是英货国的声吉尔归伯特蜜。他饱于16答00年出候版了《磁铁》一书敏，其烤结论员是:电和应磁是堤两种猜截然献不同雁的东府西。18世纪80年代养，富景兰克健林以端著名轰的风攀筝实扮验证庸明了向天上合的雷总电与朱地上摩的电竭荷相纯同。东他定跌义了孝正负租电荷委，提甲出了敞电荷穷守恒办定律国。17累84年，香库仑替发明勾了扭明秤。会次年俘，他拿用扭忌秤实依验得堤出了怨静电险作用到的平葬方反锋比定秒律。18巡寿20年，滥奥斯蓄特发盾现了缩慧电流醋的磁党效应磁，首哑次揭玩开了捞磁电反统一修的神寺秘面创纱。1、早匪期电常现象猛研究2、统资一电展磁理我论的执发展之过程安培款对此迅作了沟深入楼研究裕，提瞧出了多电流风间相株互作成用的闹安培亲定律诵，为晓电动物力学朱的创韵立做巷了开氧创性袋的工面作。经10年的忙努力鹊，法颠拉第弓终于狮在18宋31年发息现了同电磁火感应绒现象处，找旋到了探磁生茶电的欢规律冒。为阳了解朴释电浩磁现财象，巴法拉章第还侵提出炮了力升线，愈即“荷场”提的概质念。从18浓61年起保，麦也克斯材韦对握法拉陡第的线“力闻线”辽进行润数学各化，绩于18辨73年建脖立了叼经典工电磁狐理论——麦克菠斯韦商方程叨组。悲其中浆，麦多克斯湾韦提陆出了叶“涡突旋电想场”客和“惭位移白电流宰”假溜说，府预言刃了电需磁波只的存松在，浅并从赌理论水上证缠明了盛光是风一种宁电磁户波。10年后振，德用国的炸赫兹盏用实座验证起明了应电磁涌波的提存在在，还鲜证明斑了电复磁波机具有蔬反射亭、折苍射、据干涉摸、衍哄射等六现象弯，实常现了艇物理阀学的怜大综辰合，浊即电响、磁慌、光赌的综词合。法拉唯第Mi融ch爬ae迎lFa艺ra丹dy17轻91俊-1忽86洗7麦克摄斯韦Ja从me鼓s怜Ma视xw揉el事l绪18削31螺-1粗87暑93、电唇磁学钉理论寻推动岂了社汤会的钥进步黎，使候人类巴社会桥从机府械化胸跃进线为电够气化疏。发电雁机和祸电动汗机的笛发明宇，实患现了夺机械免能、苏热能精、光陶能(后来隆还有颈原子勿能)和电真能间欲的相迎互转煌化，欧形成鹅了二殖次能筑源。由于泰电能存的转杯换和菊使用秒方便踢快捷璃，人维类对吸能源件的利防用上杜了一拴个新池的台撞阶。劈燕远距束离输哲电技狼术的嚼问世蜂，使虫能源月的使挑用地垒可远剥离它肆的产乱生地蚁。18萍79年，壁爱迪未生发虹明了税电灯评，使击夜晚疮变成韵白昼挽，延电长了换人们掠的生迷产生坝活时咽间。18形95年，号电影纪问世;1蔬89共8年，怒发明办了磁垄带录企音和如放音投机。殊这些监发明会丰富迎了人房诚们的拥精神毅生活模。同时截，电口能清纳洁卫少生无彻污染罢，大漂大改脏善了国人们壁的生运活质土量。抖在电非磁理弄论的盟基础轿上各狼种电牌器、稀电机寒相继型发明妥，有蹈力地稠促进摄了技淹术的鸭进步肺，从演而极滚大地单提高邪了劳主动生贩产率拆。4、电匙气时野代的归工业舅化进桂程发电栋机和封电动义机的稳发明认，实宜现了详机械昂能、潮热能只、光安能(后来垦还有均原子救能)和电私能间皮的相掀互转呢化，臂形成忘了二条次能盯源。由于航电能迈的转据换和本使用脂方便其快捷斯，人鸽类对放能源阵的利衰用上酒了一珠个新破的台坐阶。骡远距柳离输制电技仙术的鱼问世阻，使乔能源孙的使赵用地饺可远擦离它界的产汁生地等。18芬79年，握爱迪纸生发医明了承电灯背，使测夜晚饱变成砖白昼唱，延靠长了牙人们砖的生往产生拢活时俯间。18沿95年，僵电影横问世;1天89剥8年，慈发明太了磁弱带录赵音和鸦放音技机。挽这些输发明兰丰富扯了人悔们的理精神结生活烈。同时闻，电贱能清元洁卫咬生无掠污染僚，大京大改陵善了呀人们厘的生且活质最量。帖在电携磁理鸟论的迁基础衡上各骡种电启器、谷电机折相继外发明蹲，有劝力地途促进弹了技您术的日进步才，从范而极运大地临提高聚了劳表动生栋产率瓶。5、电症气时瞎代的等物理比学标伟签此前汉物理体学家抄自身孔的结节构主始要是食：物薄理学肤家+数学逆家+哲学烧家；电气哄化时敢代，苗出现挡了物菜理学邀家+工程替师+企业就家这纽奉类新镰型科鸡学家行；其中谱最著顶名的戴有爱迪长生、旺贝尔和西门况子。西门蜘子We蕉rn洪er罪v隶on炊S远ie队me宿ns历1秒82址6-法19棚01爱迪咽生Th酿om者as穷E暑di棚so母n18哨47航-1乳93吊16、信惜息化咽时代扔的第廉一步—有线毕和无慎线通扔讯18箭35年，份美国耀出现桃了第猴一台染实用州电报炒机。18僻49年，描西门疲子敷汉设了辞第一淋条长可距离咱大陆伏电报层线。18候54年，W·汤姆状生发景明潜哄水电附报，俯并提毯出了斑海底巾电缆垦信号悄传递衬衰减温的理贸论，镰解决冠了敷撕设海巨底电蒙缆的货重大功理论钱问题篮。18碰76年，商贝尔拨发明亚了世宴界上调第一肯部电嗽话。18倍81年，汇特斯反拉发腾明电济话增慨音机仙。从涝此，级电话豆成为师人们沾重要乱的信菜息传鼠递工娘具。18洒95年，父俄国出的波缩慧波夫透发明煎了无其线电愚收发更报机创，但宪受到搅冷遇丢。同译年，愚意大骗利的忙马可却尼成炕功地梳进行转了电山磁波屑通讯资试验最，并快获无肺线电变报专宾利。19批01年，槽他首船先在谁大西蓬洋两临岸实荷现远仿距离蹦无线艇电信辣号的黄传送烂。三、威第三板次技影术革惠命—高科音技时聚代“经典厅物理译学”筑和“英近代碑物理翅学”释已经干分别地为人缝类带县来了糊两次虏物质剪文明晚的大觉飞跃午。人类兔社会莫发展目到今氏天，挥已进熟入信朝息时码代、抵核能胆时代版新材湾料时灰代和短太空示时代电，也另就是俱说进基入了揪高科糊技时魔代。而这胳一切蹄的基备础是20世纪遥物理缠学革齿命的匆产物——相对滨论和嘴量子野力学愈。1、经储典物糕理的隶两大杰灾难19世纪僻，经取典物晨理学岂的成桐就到用达了孕顶峰浓。该世恳纪末逼的迈克也尔孙-莫雷队实验和黑体胶辐射嘉实验形成负了物略理学质万里两晴空窑中的纹“两责朵乌己云”;而电黎子、X射线撤和放吧射性议等新岭发现慕，使尿经典跑物理但学遇受到了欢极大袜的困呢难。19五05年，宜爱因晌斯坦树以“性同时帮”的畜相对密性为虽突破症口，绣提出灵了“喊光速卫不变左原理挡”和荡物理埋规律赖在惯惧性系拌中不刮变的驻“相毯对性层原理得”，筝导出寇了洛舒仑兹摇变换梨，从室而驱关散了虎第一畏朵“倍乌云顶”。在此扑基础步上，坦他又病得到酷了质吸能相暗当的叼推论E=还mc厚2，这缘瑞预示引了原磁子能训利用鲁的可菊能。19纪13云—1彻91婆6年，继爱因惑斯坦常从引搂力场因中一继切物始体具肥有相亮同的皮加速遮度得劲到启陕发，鉴提出钢了“江加速堤参照束系与幅引力外场等戴效”益和物中理规浸律在呼非惯嚼性系慕中不归变的鸦“相娃对性潜原理岂”，惕从而抱得到撇了引傲力场膊方程崭。他预约言，洪光线光从太牌阳旁蜂边通未过时键会发词生弯倾曲。19购19年，惯英国门天文禾学家努爱丁演顿以我全日怕蚀观灿测证号实了贿这一版预言绩，从隔而开息创了粒现代尚天文豆学的固新纪敬元。狭义自相对躬论量子狭力学衰的诞绵生19饭00年，乔普朗挽克为遵驱散伙第二抖朵“杯乌云景”，堤提出淋了“成能量遮子”暂假设植，量愤子论乱诞生翅了。19盲05年，王爱因积斯坦狠在此海基础胸上提雄出“格光量森子”赤假说缩慧，用弦光的搭波粒姓二象锐性成汪功地蛛解释瞒了“迅光电批效应搏”。典同年功，他判把量闲子概销念用钥于点绢阵振监动来想解释摧固体尖比热嚷。19承12年，没爱因俗斯坦罚又由伍量子详概念南提出点了光煤化学番当量卫定律突。19让16年，摆他由称玻尔盾的原维子理键论提齿出了踏自发寺发射话和受释激发督射的兆概念混，孕孕育了梁激光迁技术锦。量子哀力学痛的发创展19谱23年提鹿出实俗物粒择子也干具有控波粒改二象碗性的效德布延罗意范；19眼25年建攀立量牲子力剥学的稠矩阵槽力学晴体系锦的玻祥恩和础海森粗伯等短；19暑26年建到立量管子力坏学的工波动谱方程谣的薛喊定谔侨；同年禽，玻妇恩给弓出了塑波函玩数的厘统计亩诠释兵，海爽森伯烦提出卫反映驼微观痛世界缎特性振的“忘不确暂定度刃关系脂”。量子虏力学胞揭示纵了微鼻观世轨界的落基本津规律歼，为府原子滩物理场学、哪固体旨物理航学、钞核物饺理学膀和粒枯子物侮理学涝的发插展奠猎定了颗理论促基础现。它眉是20世纪良物理贿学革戒命的地高潮叹。2、量牺子力止学的傻发展量子岗力学前是20世纪惹物理圾学革轿命的迷高潮涂。量子怜力学上对人尘类文找明产浊生了砍深远锐的影糖响。量子距力学惧是信筒息技华术的想源泉楼，是彩信息蛋技术剥的原蜂创理拦论基准础;信息拒技术庸是量阀子力洋学理邀论的火技术筋应用跟和技弃术开输发。3、现塔代技集术革盆命的能进程19稳28年普穿朗克样在应馆用量育子力匠学研适究金逢属导次电问汗题中惹，提司出固鸽体能铲带理约论的击基本竭思想——能带袄论。19铃31年英谱国物顶理学盘家威张尔逊绢在能套带理邻论的尾基础丙上，傅提出棕半导咽体的安物理运模型替。19糕39年肖灾特基常、莫窗特和咐达维给多夫饲，在匹弗兰腐克尔撤金属驻半导鉴体接劳触的直表面队理论螺基础该上，拔应用折金属姻与半猫导体我接触纲的“夫势垒冬”概进念，星建立何了解叼释金仇属半故导体冠接触炕整流拆作用洋的“拨扩散滔理论巾”。能带仗论、民导电悲机理墙模型跟和扩昌散理奇论这投三个住相互眨关联进、逐庸步发田展起放来的毒半导碍体理披论模猜型，纠便大窃体上障构成举了确烟立晶童体管锅这一望技术抛发明贿目标衬的理括论背框景。19趋59年，边德克幕萨斯矛仪器浮公司袜首先刃建成鸦世界剪上第叶一条崖集成展电路每生产锻线，存并于19比62年生尚产出屿了世唤界上睬第一怒块集杰成电耳路正症式产武品。大规廉模集闷成电批路的感出现御，是恭以电冶子元辩件为关主的练电子怎技术寒的又饿一次斑重大翼突破酱