1、 第五届索尔维会议发轫于爱因斯坦和波尔第五届索尔维会议发轫于爱因斯坦和波尔关于量子力学的大辩论关于量子力学的大辩论。时值。时值19271927年年，恰逢牛顿，恰逢牛顿逝世逝世200200周年周年,牛顿的理论此时遭到了物理学界强烈的质疑。牛顿的理论此时遭到了物理学界强烈的质疑。而在黑暗的中世纪，每一场辩论都可能以生命为代价，每一次对权威的质疑都需要坚定信念、鼓足勇气海佩蒂亚海佩蒂亚，亚历山卓希腊时期女数学家、物理学家，发明了天体观测仪及比重仪。因其是异教徒，公元415年被狂热基督教徒基督教徒用贝壳挖肉杀死贝壳挖肉杀死。阿斯科里阿斯科里，意大利科学家，因其认为大地是球形，并提出了“地球”的概念，1
2、327年被宗教裁判所处以火刑。宗教裁判所处以火刑。骑士阶级以及与它相勾结的天主教，基于十分庸俗而凶恶的专制主义和神秘主义，阻挠着对自然事实做执着的考察与探讨。日汤浅光朝:解说科学文化史年表思考：阻碍中世纪欧洲科学发展的因素有哪些？教会淫威、神学思想、专制主义教会淫威、神学思想、专制主义一、一、“重大进展重大进展”前的举步维艰前的举步维艰凡是运动的物体，一定有推动者在推着它运动。若你看到一个东西在移动，你就会寻找一个推动它的东西。当没什么东西推它时，它就会停止移动，是一个推着一个，不能无限制地追溯上去，“必然存在第一推动者”。落体的速度与重量成正比。亚里士多德思考：亚里士多德关于运动的观点建立在
3、什么基础上？直觉、观察、思辨、演绎直觉、观察、思辨、演绎二、二、“重大进展重大进展”时的勇攀高峰时的勇攀高峰据说，1590年伽利略在比萨斜塔上做了“两个铁球同时落地”的著名实验，从此推翻了亚里士多德“物体落地的速度和重量成比例”的学说，纠正了这个持续了1900年之久的错误结论。思考：伽利略关于运动的观点是建立在什么基础上？观察、实验、逻辑观察、实验、逻辑伽利略的折射式望远镜伽利略观察到的月亮“发现”：发现了自由落体等物理学定律，改变了传统的运动观念。“开创”：开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。“奠基”：为经典力学的创立和发展奠定了基础。（1564-16421564-1642年
4、）年）1633年以“反对教皇、宣扬邪学”被罗马宗教裁判所判处终生监禁。1638年以后，双目逐渐失明。1642年1月8日逝世。第二年，艾萨克牛顿诞生了。物体运动三大定律万有引力定律经典力学体系（1643-17271643-1727年）年）1687年2)2)内容：内容：1)1)创立标志：创立标志：16871687年年发表发表自然哲学自然哲学的的数学原理数学原理提出了物体机械提出了物体机械运动三大定律运动三大定律和和万有引力万有引力定律定律等，形成了等，形成了以实验为基础以实验为基础的的以数学为以数学为表达形式表达形式的牛顿力学体系。的牛顿力学体系。物理学的重大进展物理学的重大进展经典力学经典力学牛
5、顿创立经典力学体系牛顿创立经典力学体系 物体运动三大定律：物体运动三大定律：惯性定律，惯性定律，作用力与反作用力定律，作用力与反作用力定律，加速度定律加速度定律2)2)内容：内容：1)1)创立标志：创立标志：16871687年年发表发表自然哲学自然哲学的的数学原理数学原理提出了物体机械提出了物体机械运动三大定律运动三大定律和和万有引力万有引力定律定律等，形成了等，形成了以实验为基础以实验为基础的的以数学为以数学为表达形式表达形式的牛顿力学体系。的牛顿力学体系。物理学的重大进展物理学的重大进展经典力学经典力学牛顿创立经典力学体系牛顿创立经典力学体系 显著特征显著特征 1 1）注重实验）注重实验
6、2 2）数学化）数学化适用范围适用范围 只适用于宏观物体（只适用于宏观物体（宏观宏观世界）的运动世界）的运动;只适用于物体运动的只适用于物体运动的低速低速状态，是绝对的时空论状态，是绝对的时空论物理学的重大进展物理学的重大进展经典力学经典力学牛顿创立经典力学体系牛顿创立经典力学体系 3 3）意义）意义:对解释和对解释和预见预见物理现象有决定性意义；物理现象有决定性意义；（根据（根据万有引力定律万有引力定律海王星的发现）海王星的发现）实现了自然科学的第一次实现了自然科学的第一次理论性大综合理论性大综合；标志着近代科学的形成标志着近代科学的形成有人说：有人说：“三个苹果的出现，改变了世界。三个苹果
7、的出现，改变了世界。”第一个诱惑了夏娃，第一个诱惑了夏娃，第二个砸醒了牛顿，第二个砸醒了牛顿，第三个曾属于史蒂夫第三个曾属于史蒂夫-乔布斯的掌握。乔布斯的掌握。近代科学开端的标志：近代科学开端的标志：天文学革命天文学革命近代科学正式形成的标志：近代科学正式形成的标志：经典力学体系的建立经典力学体系的建立 亚里士多德认为地球是个正球体，两千年来人们对此深信不疑。牛顿却说地球是个扁球体，像个大桔子。法国科学家经过三次实地测量，终于证实了牛顿的看法。哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是7576年，由此预言它将在1758年再次出现。1705年49岁的哈雷却要预言53年以后
8、的事，可1758年这颗彗星果然如期出现，并被命名为哈雷彗星。1781年1846年海王星牛顿为工业革命创造了一把科学的钥匙，瓦特拿着这把钥匙开启了工业革命的大门。电视纪录片大国崛起解说词这些开国元勋们在阐述美国的政治机构设计时，坚持依照平顺运行、自我调节的宇宙模型。在这群打下美国江山的人的眼中，确保政治稳定的平衡状态可直接模拟太阳系平衡的自然引力。伍德罗威尔逊稍后会写道：“美国宪法臣服于牛顿的理论。”美爱德华多尼克机械宇宙艾萨克牛顿、皇家学会与现代世界的诞生牛顿的成就证明，通过观察、实验和理论综合可以推翻一些宗教观念法国启蒙思想家把牛顿学说中的部分思想上升到意识形态的高度，作为批判当时法国社会唯
9、一有效的罗马教的权威，政治上的专制主义。郑晓松牛顿力学革命之于法国启蒙运动的意义思考：牛顿的学说有何历史意义？经 济：为工业革命提供科学理论基础。政 治：为美国政治机构设计提供参考。思 想：为启蒙运动理性认识提供方法。物理学的重大进展物理学的重大进展经典力学经典力学 探讨：探讨：牛顿牛顿何以能创何以能创立立经典力学经典力学？我不知道世人对我是怎样看的，不过我只觉得自己像是我不知道世人对我是怎样看的，不过我只觉得自己像是一个在海滨玩耍的孩子，有幸拾到光滑美丽的石子，但一个在海滨玩耍的孩子，有幸拾到光滑美丽的石子，但真理的大海，我还没有发现。我所以有这样的成就，是真理的大海，我还没有发现。我所以有
10、这样的成就，是因为我站在巨人们的肩膀上的缘故。因为我站在巨人们的肩膀上的缘故。经济经济:资本主义的发展提供了物质基础资本主义的发展提供了物质基础思想思想:文艺复兴文艺复兴、宗教改革宗教改革等思想解放运动的影响等思想解放运动的影响前人基础：伽前人基础：伽利略为经典力学的建立奠定了基础。利略为经典力学的建立奠定了基础。经典物理学是以经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物日常生活中常见的低速运动的物质为研究对象质为研究对象的，在这里，的，在这里，时间和空间时间和空间被认为是被认为是绝对绝对的，是与物质运动无关的因素。似乎宇宙间存在着一的，是与物质运动无关的因素。似乎宇宙间存在着一个永远走动着的大
11、钟，在任何情况下，它的速率永远个永远走动着的大钟，在任何情况下，它的速率永远都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度都是相同的，世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。量标准。因此，一旦物理学研究的这种基础发生变化，如因此，一旦物理学研究的这种基础发生变化，如所研究的物质是以光速或接近光速运动时，经典物理所研究的物质是以光速或接近光速运动时，经典物理学的某些结论就变得不准确。学的某些结论就变得不准确。“物理学危机物理学危机”1现代物理学的产生 普朗克、爱因斯坦 爱因斯坦爱因斯坦（1879-19551879-1955）普朗克普朗克（1858194718581947）相对论的创立相对论的创
12、立 1.1.背景背景 1 1）1919世纪科学得到了飞速发展；世纪科学得到了飞速发展；2 2）物理学研究中遇到了一些经典力学无法解释的新）物理学研究中遇到了一些经典力学无法解释的新问题。问题。2.2.相对论的提出及主要内容相对论的提出及主要内容 2020世纪初，世纪初，爱因斯坦爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论提出了狭义相对论和广义相对论狭义相对论认为：狭义相对论认为：时间和空间随着物质运动速度的变时间和空间随着物质运动速度的变化而变化化而变化，发生尺缩效应和钟慢效应；，发生尺缩效应和钟慢效应；质量会随着物质量会随着物体运动速度增大而增大。体运动速度增大而增大。E=M.C2广义相对论认为：空
13、间和时间的性质不仅取决于物质广义相对论认为：空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也的运动情况，也取决于物质本身的分布状态取决于物质本身的分布状态。相对论相对论 1.1.背景背景 1 1）1919世纪科学得到了飞速发展；世纪科学得到了飞速发展；2 2）物理学研究中遇到了一些经典力学无法解释的新）物理学研究中遇到了一些经典力学无法解释的新问题。问题。2.2.相对论的提出及主要内容相对论的提出及主要内容 2020世纪初，世纪初，爱因斯坦爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论提出了狭义相对论和广义相对论3.3.相对论的历史意义相对论的历史意义 1 1）是物理学思想的一次重大革命）是物理学思想的一次
14、重大革命 2 2）相对论也发展了牛顿力学，推动物理学发展到一相对论也发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度个新的高度。3）再次改变了人们认识世界的角度和方法。推动了人类第三次科技革命 绝对的空间，就其本性而言，绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而且永远是与外界任何事物无关而且永远是相同的和不动的。是相同的和不动的。牛顿自然哲学的数学原理牛顿自然哲学的数学原理（1879-19551879-1955年）年）狭义相对论（狭义相对论（19051905年提出）：年提出）：质量质量会随着物体运动速度增大而增大；时会随着物体运动速度增大而增大；时间和空间随着物质运动速度的变化而间和空间随着
15、物质运动速度的变化而变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。变化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。广义相对论：广义相对论：空间和时间的性质不空间和时间的性质不仅取决于物质的运动情况，也取决于仅取决于物质的运动情况，也取决于物质本身的分布状态。物质本身的分布状态。A=X+Y+Z A A代表成功，代表成功，X X代表艰苦的劳动，代表艰苦的劳动，Y Y代表正确的方法代表正确的方法Z Z代表少说废话。代表少说废话。相对论打破了牛顿以来传统的绝对时相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但空观，但全盘否定牛顿力学。全盘否定牛顿力学。牛顿力学反映的是宏观物体低速运动牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而狭义相
16、对论反映的是物体的客观规律，而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继继承和发展。承和发展。牛顿力学是相对论的一种特例（物体牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。低速运动状态），包括在相对论体系中。相对论和经典力学的关系相对论和经典力学的关系运动物体上显示的时间地球上显示的时间质量随速度增大而增大当速度接近光速时时间变慢质量增加 19 19世纪末世纪末2020世纪初，电子和放射性的发现，促世纪初，电子和放射性的发现，促进人们对物质的认识深入到了原子内部。但大量的进人们对物质的认识深入到了原子内部。但大量的实验表明
17、，微观粒子的运动不能用通常的宏观物体实验表明，微观粒子的运动不能用通常的宏观物体的运动规律进行描述。这就需要人们对微观世界开的运动规律进行描述。这就需要人们对微观世界开展研究。展研究。三、量子论的诞生与发展三、量子论的诞生与发展1.1.背景：背景：电子和放射线的发现，打开了原子的大门电子和放射线的发现，打开了原子的大门 微观粒子的运动不能用经典力学原理说明微观粒子的运动不能用经典力学原理说明2 2、诞生：、诞生：19001900年，德国年，德国普朗克普朗克提出量子假说提出量子假说3 3、发展：、发展：爱因斯坦利用量子理论成功解释光电效应爱因斯坦利用量子理论成功解释光电效应 玻尔提出了有关原子的
18、量子理论玻尔提出了有关原子的量子理论 2020世纪世纪3030年代，量子力学建立年代，量子力学建立4 4、影响：、影响：使人类对微观世界的认识取得革命性的进步，是使人类对微观世界的认识取得革命性的进步，是2020世世纪最深刻、最有成就的科学理论之一纪最深刻、最有成就的科学理论之一量子论与相对论量子论与相对论共同构成现代物理学的基础，弥补了共同构成现代物理学的基础，弥补了经典力学在认识微观世界和宏观世界方面的不足。经典力学在认识微观世界和宏观世界方面的不足。不仅推动了物理学自身的发展，而且还开阔了人们的不仅推动了物理学自身的发展，而且还开阔了人们的视野，改变了人们认识世界的角度和方式。视野，改变
19、了人们认识世界的角度和方式。对对 话话 1919世纪经典物理学达到巅峰状态，世纪经典物理学达到巅峰状态，在人们心目中，经典物理学已经达到近在人们心目中，经典物理学已经达到近乎完美的程度。这时，年轻的普朗克和乎完美的程度。这时，年轻的普朗克和他的老师发生了一段对话：他的老师发生了一段对话：普朗克普朗克：“老师，我准备把我的一生都老师，我准备把我的一生都献给物理理论学！献给物理理论学！”老师：老师：“年轻人，物理学是一门已经完年轻人，物理学是一门已经完成了的学科，不会再有多大的发展，把成了的学科，不会再有多大的发展，把一生都献给这门学科，太可惜了。一生都献给这门学科，太可惜了。”（1858-194
20、71858-1947年）年）科学家们有哪些共同的精神品质？量子假说量子假说量子论量子论敢于质疑 批判继承 独立思考 重视实践 淡泊名利 勤奋探索除了科学家积极探索，近现代物理学取得重大进展的原因还有哪些？经济的发展经济的发展：三次科技革命等：三次科技革命等政治的进步政治的进步：民主制度的建立等：民主制度的建立等政策的完善政策的完善：重：重视、视、保保护、奖励等护、奖励等思想的解放思想的解放：三次思想解放运动等：三次思想解放运动等（文艺复兴、宗教改革、启蒙运动）文艺复兴、宗教改革、启蒙运动）现代物理学的产生 现代物理学的价值 核能发电，核武器，激光，半导体元件以及今天核能发电，核武器，激光，半导
21、体元件以及今天的计的计 算机通信工程，假如没有量子力学，所有这算机通信工程，假如没有量子力学，所有这些工程都不可能发生。些工程都不可能发生。杨振宁杨振宁美与物理学美与物理学 现代物理学的发展改变了人们认识世界的角度和方现代物理学的发展改变了人们认识世界的角度和方式，推动了第三次科技革命。式，推动了第三次科技革命。托勒密创造了一个宇宙，他持续了一千四托勒密创造了一个宇宙，他持续了一千四百年。牛顿也创造了一个宇宙，持续了三百百年。牛顿也创造了一个宇宙，持续了三百年。爱因斯坦又创造了一个宇宙，我还不能年。爱因斯坦又创造了一个宇宙，我还不能告诉你们它会持续多久？告诉你们它会持续多久？爱因斯坦及相对论会
22、是物理学的终极权威吗？爱因斯坦及相对论会是物理学的终极权威吗？萧伯纳萧伯纳1930科学是在对经典不断的科学是在对经典不断的继承继承和和理性理性的质疑中向前发展！的质疑中向前发展！谁企图在真理和认识的领域内要人们认为他是不可动摇的权威，那他就要在上帝的哈哈大笑中垮台。爱因斯坦经典力学经典力学、量子力学、量子力学相对论力学相对论力学经典力学的经典力学的奠基奠基1717世纪初世纪初经典力学的经典力学的建立建立1717世纪后期世纪后期相对论相对论2020世纪初世纪初量子论量子论2020世纪初世纪初伽利略伽利略（意）（意）牛顿牛顿（英）（英）爱因斯坦爱因斯坦（德）（德）普朗克普朗克（德）（德）科学家科学
23、家主要成就主要成就意义意义伽利略伽利略落体定律落体定律为经典力学奠定基础为经典力学奠定基础匀速运动、匀加速运动匀速运动、匀加速运动望远镜、望远镜、关于托勒密关于托勒密和哥白尼两大世界体系和哥白尼两大世界体系的对话的对话（天文方面）（天文方面）证明哥白尼的证明哥白尼的“日心说日心说”的正确性的正确性注重科学研究方法注重科学研究方法标志着物理学的真正开端标志着物理学的真正开端牛顿牛顿自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理（物体运动三大定律和（物体运动三大定律和万有引力定律）万有引力定律）标志着牛顿力学体系的形标志着牛顿力学体系的形成成标志着近代标志着近代科学的形成科学的形成爱因斯爱因斯坦坦相对论相对
24、论（狭义、广义）、（狭义、广义）、光速不变原理光速不变原理（否定了（否定了修正了修正了揭示了揭示了发展了发展了推推动动）为现代自然为现代自然科学和现代科学和现代技术革命提技术革命提供了重要的供了重要的理论基础理论基础成功解释光电效应出现成功解释光电效应出现的现象和光的本质的现象和光的本质进一步推动了量子论的发进一步推动了量子论的发展展普朗克普朗克量子论量子论揭示了揭示了冲击了冲击了指指出了出了 ）物理学发展过程中的主要成就及意义物理学发展过程中的主要成就及意义 宇航员在月球上，将一个铁球和一片鹅毛同时落下，结宇航员在月球上，将一个铁球和一片鹅毛同时落下，结果同时到达地面。果同时到达地面。汽车在
25、拐弯时倾斜加速，我们的身体为什么向后仰；而汽车在拐弯时倾斜加速，我们的身体为什么向后仰；而减速时向前倾减速时向前倾 长相相同的两个孪生兄弟，哥哥一天乘坐光速的宇宙飞长相相同的两个孪生兄弟，哥哥一天乘坐光速的宇宙飞船去太空旅游，一年回到地球，发现哥哥明显比弟弟年船去太空旅游，一年回到地球，发现哥哥明显比弟弟年轻。轻。学以致用学以致用：指出下列现象体现了何人的什么：指出下列现象体现了何人的什么理论？理论？伽利略的自由落体定律伽利略的自由落体定律牛顿的作用和反作用定律牛顿的作用和反作用定律爱因斯坦的相对论爱因斯坦的相对论1、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为命，主要是因为 否定了经典力学的绝对时空观否定了经典力学的绝对时空观 揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性 打破了经典力学体系的局限性打破了经典力学体系的局限性 使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界世界 A、B、C、D、2、现代自然科学和现代技术革命的基础是现代自然科学和现代技术革命的基础是 A、牛顿力学、牛顿力学 B、相对论、相对论 C、量子假说、量子假说 D、量子理论、相对论、量子理论、相对论AD
