近代物理
严格来说,这个问题科学的描述应该是:经典物理学和现代物理学的本质区别是什么。
下面就来进行简要分析。
什么是现代物理学?现代物理学是后牛顿时代的物理概念。“现代”一词描述的是一种需要结合量子力学理论、爱因斯坦相对论理论亦或是两者兼而有之的一种概念。一般来说,现代物理学用于指代在20世纪初期和之后开发的物理学领域的所有分支,同时我们也习惯将受20世纪早期物理学影响较大的物理分支划分在现代物理学的领域范畴。
作为物理学的两大支柱,经典物理学和现代物理学都有着极为重要的科研地位和研究价值,事实也证明,两者在科学研究中共同发挥着不可磨灭的作用,并未现代社会的发展做出了突出的贡献。
相信未来量子卫星和量子通讯的全面普及,必将为物理领域带来新的研究热潮。
『贰』 经典物理学与近代物理学的区别是什么
经典物理学(包括经典力学,经典电磁学,统计物理,热力学)近代物理学的两个分支相对论和量子力学在低速和宏观情况下的极限近似。对以太说和自然界无跳跃的信条的否定使人们认识到了相对时空(四维时空),波粒二象性和不确定性原理。这是一次巨大的飞跃。同时对于原子内部结构的研究使粒子物理学得以创建,物理学再不同于经典物理学时代通过简单的实验总结规律然后得出结论,而是进入了全新的时代。
『叁』 近代物理是从哪年开始
近代物理主要是经典物理学的建立,15世纪到17世纪第一阶段,主要标志是经典力学体系的建立,同时光学,热学和静电学也完成奠基性工作,18到19世纪是第二阶段,经典物理学日趋完善,相继建立了波动光学,热力学,电磁场理论等完整的解析式体系。
『肆』 近代物理发展史
实验物理女科学家—吴健雄博士 吴健雄(1912~1997),女,核物理学家,1912年5月31日生于江苏太仓县济河镇。她出身于书香门第。父亲吴仲裔在家乡创办了明德女子职业补习学校。由于父母提倡男女平等,吴健雄从小就能与其兄弟一样读书识字。在家乡读完小学,1923年考入苏州第二女子师范学校,1927年以优秀成绩从师范学校毕业,任小学教师。两年后考入南京国立中央大学数学系,一年后转入物理系,1934年获得学士学位后,受聘到浙江大学任物理系助教,后转入中央研究院从事研究工作,1936年考入美国加利福尼亚大学,1940年获博士学位,1942年在美国结婚,1944年参加了“曼哈顿计划”,1952年任哥伦比亚大学副教授,1958年升为教授,同年,普林斯顿大学授予她名誉科学博士称号,并当选为美国科学院院士,1972年起任物理学教授直到1980年退休. 1997年2月16日在纽约病逝,终年85岁。科学成就。吴健雄是世界最杰出的女性实验物理学家,有“核物理女皇”、“中国居里夫人”和“物理科学的第一夫人”之称,她的主要科学贡献有以下几方面:1.1957年用β衰变实验证明了在弱相互作用中的宇称不守恒,实验结果证实了杨振宁、李政道提出的弱相互作用中的宇称不守恒。由此,杨振宁、李政道获得了诺贝尔物理学奖。2.1963年用实验证明了核β衰变时的矢量流守恒定律。物理学史上第一次由实验确定了电磁相互作用与弱相互作用有密切关系,对后来电弱统一理论的提出起到重要作用。3. 从60年代中期开始的10年间,吴健雄集中力量从事高能物理领域的实验工作。发表了大量论文,有不少工作富有首创性和很高的学术价值。获得荣誉。1975年任美国物理学会第一任女性会长,同年美国总统福特在白宫授予她国家科学勋章,这是美国最高科学荣誉。1978年在以色列获得沃尔夫奖。1990年,为表彰吴健雄在物理学界的卓越贡献,中国南京紫金山天文台将一颗获国际公认新发现的小行星以吴健雄的名字命名。从此,茫茫宇宙有了一颗吴健雄星。1994年,获全美华人协会颁发的全美华人杰出成就奖。吴健雄受聘为南京大学、北京大学、中国科学技术大学等校的名誉教授,中国科学院高能物理研究所学术委员会委员。吴健雄还是中国科学院为数不多的外籍院士之一。她被誉为“最顶尖实验物理学家”,“物理第一夫人”、“核子物理学首席女物理学家”等等。 爱国之心,家乡之情。吴健雄博士虽然身在异国他乡,但她对中国、对家乡怀有深深的感情,从1973年起,五次回到中国,四次回家乡江苏太仓浏河,为了把她家乡的明德学校办成全国的一流中学,培养出杰出的人才,吴健雄博士用她一生的私人积蓄,于1988年设立了“纽约吴仲裔奖学基金”,奖励明德学校的优秀师生,以及太仓市的优秀学生。吴健雄博士自1984年以来已累计为她家乡的明德学校捐资近180万元人民币。她几次回到中国,不但多次到南京大学、东南大学等著名高校讲课,还为中国年轻一代的科学家出国深造到处奔走,由于她在促进中美友谊和了解方面所做的重要贡献,1985年获美华协会颁赠的青云奖,1986年时,香港亿利达工业发展集团有限公司为纪念她在物理学界的贡献,特以她的名字设立了吴健雄物理奖,同年10月,美国自由女神像建立一百周年庆典时,吴健雄获艾丽斯岛荣誉奖。
『伍』 近代物理学,现代物理学都包括哪些内容
现代物理学以相对论和量子力学为基础,它的研究范围已经扩展为从基本粒子到宇宙天体的各个领域,形成了许多分支学科和边缘学科。
1.相对论
爱因斯坦(Albert Einstein,1879—1955)创建的相对论主要是时空的理论,它放弃了牛顿的绝对时间和绝对空间,建立了相对论时空观,使物理观念发生了一场根本的变革。在相对论中,局限于惯性参考系的理论称为狭义相对论,推广到一般参考系和包括引力场在内的理论称为广义相对论。
(1)狭义相对论。
1905年,爱因斯坦建立了狭义相对论。狭义相对论有两个基本假设:
① 相对性原理:所有惯性参考系都是等价的,物理规律对于所有惯性参考系都可以表述为相同形式;
② 光速不变原理:真空中的光速相对于任何惯性系沿任一方向恒为c,并与光源运动无关。
爱因斯坦从这两个假设出发,推导出两个惯性坐标系的时空变换关系即洛仑兹变换。从而彻底否定了“以太”的存在,并导出了运动刚体的“长度收缩”、运动时钟的“时间延缓”、同时的相对性及新的速度合成法则等。狭义相对论的时空观表明:第一,时间、空间和物质的运动是有密切联系的,时间和空间的特性是相对的,时间间隔和空间间隔的量度并不具有不变性,而是随物质运动状态的变化而变化的;第二,时间和空间存在着不可分割的联系,它们不能分割开来而独立存在,一切物理现象和过程都是在X、Y、Z和t的统一的四维连续区中存在着。
爱因斯坦把狭义相对论用于电动力学,证明了麦克斯韦方程组符合相对性原理,建立了相对论电动力学。在这里,电场和磁场已不再各自是一个矢量,而是一个反对称的四维张量,这个张量在不同的惯性系里按一定的规律变换。电场和磁场是这个统一的张量的不同分量,它们对于不同的惯性系表现出来的效应是不同的。在某一个惯性系中表现出的是一个纯粹的电场或磁场;在另一个惯性系中将同时表现出电场和磁场。这就是说,电磁场划分为电场部分和磁场部分,只具有相对意义,它与观察者所在的惯性系有关。
爱因斯坦还把相对论用于力学,建立了相对论力学。相对论力学能够正确地描述高速运动的规律,并且,当速度v<<c时,相对论力学能够过渡到经典力学。在相对论力学中,动量守恒和能量守恒这两条定律被统一成一条定律,给出了物体质量随速度增长的关系式以及质能关系式E=mc2,后者反映了质量与能量的等效关系。
(2)广义相对论。
从1907到1915年,爱因斯坦提出并建立了广义相对论。这个理论的出发点是引力质量和惯性质量相等这一事实,由此可以提出等效原理的假设:引力场同参照系的相当的加速度在物理上完全等价。根据广义相对论,万有引力效应是空间、时间弯曲的一种表现。空间、时间的弯曲结构,决定于物质的能量密度与动量密度在空间、时间中的分布;而空间、时间的弯曲结构,又反过来决定物体的运行轨道。爱因斯坦由广义相对论作出的谱线红移、光线弯曲、行星轨道近日点运动的预言,已经被一些实验证实。
2.量子力学
量子力学是研究微观粒子基本运动规律的理论。1923年,德布罗意(Louis de Broglie,1892—)提出物质波理论,开创了量子力学的时代。德布罗意认为,不仅光有波粒二象性,实物粒子也有波粒二象性。他还把描写物质粒子性的物理量与描写物质波动性的物理量联系起来,写出了以他的名字命名的关系式。1926年,薛定谔(1887--1961)根据德布罗意物质波思想,引入波函数,得出了量子力学的基本方程--薛定谔方程(波动方程),还进而建立了微扰理论,详细计算了散射等问题,完成了波动力学的创建工作。
差不多同时,海森伯(Werner Karl Heisenberg,1901—1976)等人从量子化条件出发建立了矩阵力学,并成功地解决了氢原子能级、斯塔克效应、氢原子在电场和磁场中能级的移动等问题。波动力学和矩阵力学是从两个不同的方面研究一个共同的问题,它们的效果是相同的,可以通过数学变换从一个理论转换为另一理论。人们把波动力学和矩阵力学合在一起,统称为量子力学。1925—1930年,狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac,1902—1984)对量子力学理论作了全面总结,还建立了相对论量子力学。
3.现代物理学的各个领域
(1)量子光学和现代光学。
1900年,普朗克(Max Planck,1858—1947)在解释黑体辐射时提出了能量子假说,认为各种频率的电磁波只能以一定的能量子方式从振子发射,能量子是不连续的,其大小只能是电磁波(或光)的频率与普朗克常数乘积的整数倍。1905年爱因斯坦发展了普朗克的能量子假设,把量子论贯穿到整个辐射和吸收过程中,提出了光量子(光子)理论,圆满解释了光电效应。其后的康普顿效应进一步证明了光量子理论。
量子力学的理论表明,光既具有波的性质,也具有粒子的性质,即波粒二象性。但光子不同于17世纪微粒说中的粒子,光子是和光的频率联系着的。
20世纪60年代前后,激光器的问世、全息摄影技术的应用、光纤通讯的发展、红外技术和遥感技术的出现,使光学进入现代光学的新时代,形成一些新的分支学科或边缘学科,如傅里叶光学、非线性光学、激光光谱学、集成光学等。
(2)原子物理。
1911年,卢瑟福(Ernst Rutherford,1871—1937)通过实验提出原子的有核模型,但在经典物理下,该模型同原子的稳定性发生了矛盾。1913年,玻尔(Niels Bohr,1885—1962)将量子观念引入原子系统,通过定态假设和频率假设两个假说建立了他的原子结构理论,并成功地解释了氢原子光谱规律。后来,人们又提出空间量子化的概念,研究了原子的壳层结构,发现了电子的自旋,不断修正了原子结构理论。
这种在量子力学之前形成的原子理论,是有很大局限性的,其关键在于未能用波粒二象性去考虑原子问题。在这个理论中,研究范围每扩大一步,一般都要附带进若干新的假设或某些经验公式,因此它不是一种完整的理论。只有以量子力学为基础对原子结构进行研究,才能得到原子结构的精确描述。
(3)原子核物理。
原子核物理研究原子核的特性、结构和变化。1920年以前,卢瑟福等人发现了质子,1932年查德威克(James Chadwick,1891—1974)发现中子,从此人们认识到原子核是由质子和中子构成的。此后,人们曾提出各种核模型假设来解释原子核的某些运动规律和现象。这些模型比较重要的有液滴模型、α粒子模型、费米气体模型、壳层模型、单粒子壳模型、多粒子壳模型、集体运动模型、统一模型等等。但直到目前还没有一个模型能够解释所有的实验事实,原子核结构仍然是人们正在进行探索的一个重大课题。
早在1896年,人们就发现了天然放射性现象,使传统的元素不变的观念受到巨大冲击。从1919年起,人们又实现了原子核的人工蜕变,这是实现人工核反应的重大突破。1938年,用中子轰击铀导致了核裂变的发现,根据相对论的质能关系,核裂变的质量亏损会产生巨大的能量。1942年,第一座原子反应堆在美国芝加哥大学建成并开始运转,开始了人类利用原子能的新纪元。1952年以后,人们又实现了轻核聚变,产生了比裂变大得多的能量。
(4)粒子物理。
目前实验上所能探测到的物质结构最深层次的研究,称为粒子物理学,也称为高能物理学。1932年安德森(Carl Darid Ander-son,1905—)在宇宙射线中发现了正电子,标志着粒子物理学的诞生。随后逐步发现了一系列新的粒子。早期发现的粒子,都是来自宇宙射线,50年代以后,由于各种加速器相继问世,大批粒子不断地被发现。到目前为止,已经发现的粒子有几百种之多,而且看来还会不断有新的发现。
①粒子之间的四种相互作用。
粒子之间存在着复杂的相互作用,能够产生和消灭。粒子之间有四种相互作用:引力相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用。四种相互作用都是随着粒子之间距离的增加而减弱。引力作用和电磁作用是随着距离的改变按照平方反比的规律变化,属于长程力。弱作用和强作用随着距离的增加,比平方反比的减弱还要快得多,属于短程力。按照所参与相互作用的不同,可以把已发现的粒子分为三大类:规范粒子、轻子和强子。
② 对称性及其对应的守恒定律。
对称性的研究为建立粒子物理理论提供了线索。物理规律的某种对称性对应着相应的守恒定律。在宏观物理中成立的质能守恒、角动量守恒、动量守恒和电荷守恒,在粒子物理中仍旧有效。此外,粒子运动还遵守重子数守恒、电轻子数守恒和μ轻子数守恒等守恒定律。粒子物理中还有一些在某种相互作用中受到破坏的守恒定律,如宇称守恒定律在弱相互作用下就不成立。
③ 强子的内部结构。
从本世纪50年代开始,人们意识到强子具有内部结构并得到了实验证实。1964年,盖尔曼(Murry Gell-Mann,1929—)提出强子结构的夸克模型。1974年,丁肇中(1936—)和里希特(Burton Richter,1931—)同时发现了J/ψ粒子,为夸克模型的真实性提供了有力的证据。理论上预言有六种夸克,现在已经发现了五种,第六种夸克的实验发现还有待于进一步的证实。虽然夸克在强子内部可以相当自由的运动,但即使用目前最大的加速器也没能将夸克打出来。很多人认为这是“夸克禁闭”造成的。因为夸克之间的相互作用是通过交换胶子实现的,胶子在强子内部起“粘胶”作用,有八种不同色荷的胶子以不同形式把夸克粘合在一起,在夸克之间传递相互作用。1979年,丁肇中等人在实验中证实了胶子的存在,给研究强相互作用的量子色动力学以有力的支持。
④量子场论。
波粒二象性,以及粒子的产生和消灭,是微观、高速物理中的普遍现象。在高能情况下,不可能像在非相对论情况中那样来区分粒子和场。把粒子和场统一处理并能反映粒子转化的基本理论叫做量子场论。从1927年起经过二十多年时间由狄拉克等人建立的量子电动力学是最早的量子场论。在量子电动力学中,各种粒子均用相应的量子场来描述。空间、时间中的每一点的量子场均以算符来表示,称为场算符。场算符满足正则对易关系与形式上的哈密顿方程。在薛定谔方程的基础上,加进产生与湮灭算符,叫做二次量子化。重整化方法的引入,使量子电动力学成为一个完整的描绘微观电磁相互作用的精确理论,理论和实验之间的符合达到惊人的程度。但是,量子电动力学本身在逻辑上不够自洽,其研究方法在向弱相互作用和强相互作用扩展时也遇到了难以克服的困难。
⑤规范场论。
最有可能把四种相互作用统一起来的量子场论是近年来崛起的规范场论。该理论企图在进行超对称的局部变换时,让方程中所涉及的每一种对称性都引入一种规范场,从而将包括引力在内的四种相互作用都包含在一个共同的理论框架之中,实现全面的大统一。1961年格拉肖(Sheldon Lee Glashow,1932—)提出弱相互作用和电磁相互作用统一的理论模型。1967年和1968年,温伯格(Steven Weinberg,1933—)和萨拉姆(Abs Salam,1926—)在规范场论基础上实现了弱相互作用和电磁相互作用的统一,并为一系列实验所证明。
(5)量子统计物理。
1900年普朗克提出能量子假设,也标志着初期量子统计的开端。在经典统计方法中加进能量量子化的假设,可以成功地推导出与黑体辐射实验相符的普朗克公式,还可以推导出与实验符合得很好的固体比热公式和多原子气体比热公式。量子力学的建立改变了经典统计力学的统计方法,形成了量子统计物理。
量子统计与经典统计的区别,主要反映在以下四点:
① 由于能量的变化是不连续的,能量在相空间中的代表点不是充满各处,而仅仅存在于某一些区域中,因此经典统计中的相空间积分应当改为直接求各能级的分配数的总和;
② 由于全同粒子的不可辨别性,相同粒子的互换不能算作一个新的微观态;
③ 由于测不准关系的限制,相空间的小体积不能取得任意小;
④ 费米子由于受泡利不相容原理的限制,每一相格只容许至多一个粒子,而对于玻色子,每一相格所容许的粒子数目没有限制,因此对费米子和玻色子要用不同的方法进行统计。
用量子统计,能够精确地解释黑体辐射、金属中自由电子的比热等问题,并可导出热力学第三定律。
(6)凝聚态物理。
凝聚态物理研究凝聚态(固态与液态)物质的微观结构、物理性质及其内部运动规律。它是由固体物理学发展起来的,是现代物理学中最庞大的一个分支。它包括了固体物理学、晶体学、金属物理学、半导体物理学、超导体物理学,还包括近年来兴起的表面物理学、非晶态物理学等等。下面简单介绍一下其中的固体物理学、半导体物理学和超导体物理学。
①固体物理。
固体物理学主要的研究对象是晶态固体。19世纪,人们就已经积累了关于晶体几何结构的大量知识。20世纪初,实验和理论都为固体物理学的建立提供了坚实的基础。1912年,劳厄(Maxvon Lane,1879—1960)首先指出晶体可以作为X射线的衍射光栅,使人们通过实验观测对晶体结构有了较深入的了解。量子理论的发现,使人们能够更加深入和比较正确地描述晶体内部微观粒子的运动过程。在这个基础上,1928年布洛赫(F.BLoch,1905—)提出,晶体中原子的周期排列形成了对自由电子运动有影响的周期性势场,在这种势场中,电子占据的、彼此相隔很近的可能能级形成能带,能带间有一定的间隙,称为禁带。这个能带理论为固体提供了一个普遍适用的微观模型。固体能带论和晶格动力学使固体物理学成为一门系统的基础学科,在处理晶体性能方面获得了重大成功。例如,这些理论得出了区分导体、半导体和绝缘体的微观判据,形成了位错、晶体缺陷等方面系统的理论。
②半导体物理。
能带理论为半导体物理的发展奠定了基础。半导体是依靠导带中的电子或价带中的空穴导电的,其导电性能可通过掺入杂质原子取代原来的原子而进行控制。近年来,半导体物理的研究已经深入和扩展到半导体能带超精细结构的研究、半导体发光机制及半导体光导性质的研究等领域,表面物理也成为半导体物理学的一个重要研究内容。半导体物理的研究导致了1947年晶体管的发明和1959年集成电路的发明。当代集成电路技术与计算机技术的结合,已从根本上改变了整个工业、甚至整个社会的面貌,促进了新的世界技术革命的到来。
③超导物理。
超导体物理学研究超导现象和超导体材料的特性。当温度下降到临界温度时金属突然失去电阻的现象称为超导现象。它是1911年由昂内斯(H.K.Onnes,1853—1926)首先发现的。1933年发现了超导体的完全抗磁性,即迈斯纳效应。1958年巴丁(Jhon Bardeen,1908—)等人提出了一个超导现象的微观理论,大体上说明了超导现象的起源。1962年,人们发现了超导隧道效应,还提出了电子——声子相互作用的强耦合超导理论。目前世界各国都在加紧对高温超导材料的研究,已经研制出超导温度为摄氏零下几十度的高温超导材料。
(7)天体物理。
天体物理研究天体的物质结构以及天体的形成和演化。从20世纪30年代到60年代,逐渐形成了关于恒星的比较统一的理论。恒星的前身(星胚)是由弥漫稀薄的星际物质通过引力塌缩而凝聚成密度较大的气体和尘埃云。在塌缩过程中星胚中心密度增大、温度增高,逐渐发热发光,形成星前天体。引力收缩是星前天体的能源。当星胚核心温度升高到一千万度时,氢核聚变开始成为主要能源,这时进入主星序阶段,一个真正的恒星便形成了。据计算,恒星只用几百万年甚至几十万年就走完了星前阶段,而主星序则长达10亿年到100亿年。恒星演化的末期,将出现三类天体:白矮星、中子星和黑洞。目前,白矮星和中子星已被大量发现,黑洞的发现尚有待于进一步证实。在宇宙整体的研究方面,人们提出了宇宙膨胀理论和大爆炸理论,并且找到了一些实验证据。
(8)非平衡统计物理。
非平衡统计物理研究处于非平衡态的物质系统。经典统计力学认为,物质系统的演化是一种从有序到无序的不可逆过程。但生物界的有些现象却与此相反,如生物的进化就是从低级到高级、从无序到有序乃至高度有序发展的。这样,物理学和生物学这两种演化观就表现出尖锐的对立。这告诉我们,物理系统也应存在着从无序到有序的演化过程。1969年,普里高津(N.G.Pri- gogine,1917—)提出耗散结构理论,为寻找从无序到有序提供了新的思想。普里高津认为,处在远离平衡态的不稳定状态的开放系统,如果内部各要素间存在着非线性的相互作用,在稳定性被破坏后,可能向新的稳定状态进行,在这个过程中,可以出现有序结构(耗散结构)。1973年,哈肯(Hermann Haken,1927—)从另一角度提出了一种研究从无序到有序的理论——协同学,它是一种产生自组织有序结构和功能行为的理论。
(9)生物物理。
生物物理学用物理学的理论和实验技术研究生命现象。从20世纪30年代到50年代,一批物理学家在晶体分析技术的基础上,逐步弄清了蛋白质的基本结构。1944年,薛定谔用量子力学的观点讨论了遗传问题,他设想,基因是一种同分异构的连续体构成的非周期性晶体,在它的巨大数量的原子或原子群的排列组合中,蕴含着一种微型密码,这种密码形成遗传信息。50年代初,一些物理学家开始对遗传的物质基础DNA(脱氧核糖核酸)进行结构细节的晶体研究。1953年,物理学家克里克(F.H.C.Crick,1916—)和病毒遗传学家沃森(J.D.Watson,1928—)一起,提出了DNA双螺旋结构的分子模型,并提出DNA分子结构的遗传含义。他们认为,DNA双螺旋结构就是携带着遗传密码的基因,一个DNA分子能够复制出两个完全相同的DNA分子。在DNA如何控制蛋白质合成的进一步探究中,物理学家伽莫夫(G.Gamov,1904—1968)根据排列组合提出“三联体密码子”假说,提出共有64种遗传密码。到1969年,这64种遗传密码已全部测出并被列成密码表。遗传信息之谜的破译,是20世纪自然科学最伟大的成就之一。
『陆』 近代西方物理学发展史
1、 近代物理学时期又称经典物理学时期,这一时期是从16世纪至19世纪,是经典物理学的诞生、发展和完善时期。
近代物理学是从天文学的突破开始的。早在公元前4世纪,古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”,即认为地球位于宇宙的中心。公元140年,古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》,在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。
这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象,又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义,因而流传时间长达1300余年。
公元15世纪,哥白尼经过多年关于天文学的研究,创立了科学的日心说,写出“自然科学的独立宣言”——《天体运行论》,对地心说发出了强有力的挑战。
16世纪初,开普勒通过从第谷处获得的大量精确的天文学数据进行分析,先后提出了行星运动三定律。开普勒的理论为牛顿经典力学的建立提供了重要基础。从开普勒起,天文学真正成为一门精确科学,成为近代科学的开路先锋。
近代物理学之父伽利略,用自制的望远镜观测天文现象,使日心说的观念深入人心。他提出落体定律和惯性运动概念,并用理想实验和斜面实验驳斥了亚里士多德的“重物下落快”的错误观点,发现自由落体定律。
16世纪,牛顿总结前人的研究成果,系统的提出了力学三大运动定律,完成了经典力学的大一统。16世纪后期创立万有引力定律,树立起了物理学发展史上一座伟大的里程碑。
之后两个世纪,是电学的大发展时期,法拉第用实验的方法,完成了电与磁的相互转化,并创造性地提出了场的概念。19世纪,麦克斯韦在法拉第研究的基础上,凭借其高超的数学功底,创立了了电磁场方程组,在数学形式上完成了电与磁的完美统一,完成了电磁学的大一统。
与此同时,热力学与光学也得到迅速发展,经典物理学逐渐趋于完善。
(6)近代物理扩展阅读:
近代物理学发展越发缓慢,主要是因为数学模型的复杂度和诠释的难度的提高造成的吧,或者换句话说,并不是物理学的发展变慢了,只是想把它简单的表述给人们变得越来越难。人们无从了解,自然就觉得是学科不发展。
早在经典物理比如经典力学和热力学,虽然数学模型也不简单但是诠释是很直观的。就是说数学符号对应的物理实际是很显而易见的。
而现代的,比如量子场论和弦论,甚至广义相对论的数学模型比经典物理要复杂的多。而且很多数学模型还不完备,这些其实都不是大问题。关键是如何诠释,如何理解量子场论中的量子场的物理实际,甚至更低级别一些,量子力学中的波函数是什么,目前虽有一些公认的解释但是很不令人满意。
而且对于物理过程的概率诠释从一方面直接从理论层面阻碍了对更基础的物理结构的研究,这也跟我们的实验观察能力的限制有关。我们不能建立超越我们观察能力的理论,或者我们可以建立任何理论但是对于超越观察能力的部分我们不能做任何研究。
综上所述,其实物理学现在的发展并不慢,只是人们的认知问题而已。
『柒』 近代物理学的三次理论大综合是什么
17世纪,伽利略研究地面上物体的运动,打开了通向近代物理学的大门。
牛顿“站在巨人们回的肩膀上”,把地答面上物体的运动和天体运动统一起来,揭示了天上地下一切物体的普遍运动规律,建立了经典力学体系,实现了物理学史上第一次大综合。
18世纪,经过迈尔、焦耳、卡诺、克劳修斯等人的研究,经典热力学和经典统计力学正式确立,从而把热与能、热运动的宏观表现与微观机制统一起来,实现了物理学史上的第二次大综合。
19世纪,麦克斯韦在库仑、安培、法拉第等物理学家研究的基础上,经过深入研究,把电、磁、光统一起来,建立了经典电磁理论,预言了电磁波的存在,实现了物理学史上第三次大综合。
至此,经典力学、经典统计力学和经典电磁理论形成了一个完整的经典物理学体系,一座金碧辉煌的物理学大厦巍然耸立。
『捌』 近代物理包含哪些
近代物理应该说就是相对于经典物理而言的,它指的是以普朗克量子论为起点,以相对论(包括狭义相对论和广义相对论)和量子力学为两大支柱的物理体系,在解释涉及微观尺度的物理现象方面极为有效,可以说为人们认识世界打开了一扇全新的窗户。
包含粒子物理学,狭(广)义相对论,统计热力学,场论,量子物理学,等等(以上包含了所有高中物理竞赛大纲对近代物理的要求)
『玖』 简述现代物理学革命内容
19世纪末,物理学领域连续发生了三个重大事件,这就是X射线、放射性现象和电子的发现。这三大发现,使人类的认识第一次深入到了原子内部,彻底打破了原子不可分、元素不可变的传统物理学观念。以太漂移实验的零结果和黑体辐射研究中的“紫外灾难”,使经典物理学陷入不可克服的矛盾,成为推动这一时期科学发展的重要机制。 牛顿力学和麦克斯韦电磁理论,在以太问题上都遇到了根本性的困难。在牛顿力学中,任何机械运动都是相对于一个参考系进行的,如果以太弥漫于整个宇宙空间,它就是一个理想的参考系,各种运动都可以看作是相对于以太进行的。在麦克斯韦电磁理论中,电磁作用(包括光)是靠以太为介质来传递的,以太无所不在。为了验证以太的存在,物理学家进行了大量的实验和观测。1887年美国物理学家迈克耳逊和化学家莫协进行了一项搜索以太风的著名实验,但是没有找到以太风或地球与以太的相对运动。这个实验被许多人所重复,所得到的是否定以太风存在的“负结果”。1905年,爱因斯坦针对经典物理学同新的实验事实之间的矛盾,在《论动体的电动力学》一文中提出了相对性原理和光速不变原理,作为狭义相对论的两条基本原理,从而导出一系列重要结论:同时性的相对性、时缓效应、尺缩效应、光速不可逾越以及物体的质速关系式和质能关系式等。狭义相对论的建立以及1915年广义相对论的建立,从根本上突破了牛顿绝对时空的旧框框,把空间、时间和物质的运动联系了起来,引起了人类时空观的革命和整个物理学的革命。 “紫外灾难”是在研究黑体辐射的能量分布问题中产生的。1879年玻耳兹曼发现黑体辐射第一个经验定律,1893年维恩发现第二个经验定律。1900年,英国物理学家瑞利推算出一个不同的能量分布公式,后经英国物理学家金斯加以修正,合称瑞利—金斯公式:热物体的辐射强度正比于它的绝对温度,而反比于这个发射光线波长的平方。这个公式与维恩定律相反,只在长波部分才能很好地与实验符合,当波长变短时,这个公式就失效了。由于这一公式在紫区出了问题,故被称为“紫外灾难”。1900年,普朗克在玻耳兹曼统计观点启发下,大胆地提出了一个与经典物理学的连续性观念根本不同的能量子假说,认为物体在发射辐射和吸收辐射时,能量不是连续发生变化的,而是以一定数量值的整数倍跳跃式地变化,即能量的变化是一份一份的进行的。他把一份一份的能量称为“能量子”或“量子”。其数学表达式为:E=hv,E为量子,h为普朗克常数,v为频率。从能量子假说出发,普朗克成功地解释了他自己提出的辐射公式,解决了“紫外灾难”的问题。量子论的诞生,是对经典物理学理论的重大突破,它把经典物理学中一切因果关系都是在连续的基础上所建立的物理思想方法彻底地变革了。尽管在当时的物理学界对这一假说的反应冷淡,但在爱因斯坦、玻尔等科学家的推动下,量子理论获得了飞速发展,成为举世公认的科学理论。到20世纪30年代,经过德布罗意、薛定谔、海森伯、玻恩、狄拉克以及泡利等青年物理学家的努力,形成了量子力学的完整体系。量子力学的建立,是继相对论之后对古典物理学的又一次严重冲击。它使人们从根本上改变了只承认连续性和机械力学决定论的经典观念,揭示了连接与间断统一的自然观,揭示了自然规律的客观统计性,为各门科学的量子化奠定了理论基础。 肇始于19世纪末20世纪初的现代科学革命,是以相对论和量子力学的诞生为主要标志。这次革命初期主要在物理学领域发生,到20世纪中叶在各个领域得到迅速发展。
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『拾』 近代物理的标志是什么
近代物理的标志是量子力学和相对论。
量子力学和相对论是近代物理的标志相关人物有很多爱因斯坦,普郎克等因为这两个新发现推翻了以前牛顿的经典力学和很多以前人所认为的给人不一样的世界在微观上这两个理论更准确更竟准些。
近代自然科学诞生的标志是牛顿力学体系的建立。从广义上来看,近代自然科学的诞生往往以1543年哥白尼的《回天体运行论》、维萨留斯的《人体的构造》、哈维的《心血运动论》以及伽利略新物理答学的问世为开端,以牛顿力学的建立,以及机械自然观和实验数学方法论的形成为其标志。
牛顿力学体系的具体形成过程
1687年,英国牛顿出版了《自然哲学的数学原理》,系统论述了牛顿运动三大定律(惯性定律、作用力与反作用力定律、加速度定律)和万有引力定律。这些定律构成一个统一的体系,把天上的和地上的物体运动概括在一个理论之中。
这是人类认识史上对自然规律的第一次理论性的概括和综合。形成了一个以实验为基础,以数学为表达形式的近代物理科学体系即经典力学体系,标志着近代科学的形成。