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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,现代物理,-,基础学科,物理学,-,特别是,现代物理学,已成为现代科学的,基础学科,甚么是基础学科？,语言学（语言，文学，外语等）,数学（包括计算机及计算数学,）,绪 论,现代物理学？,相对论,E,=,Mc,2,量子论,1918年：普朗克 1932年：海德堡,1933年:薛 定 谔、狄 拉 克,1945年：泡 利 1954年:玻 恩,物质,反物质,反物质是一种假想的物质形式，在,粒子物理学,里，反物质是,反粒子,概念的延伸，反物质是由反粒子构成的,宏观物体都是由,质子,、,中子,和,电子,所组成的。这些粒子因而被称为,基本粒子,，在,30,年代初，就有人发现了带正电的电子，这是人们认识反物质的第一步。到了,50,年代，随着,反质子,和,反中子,的发现，人们开始明确地意识到，任何基本粒子都在自然界中有相应的反粒子存在。,量子力学：,亚原子世界，或者一切事物中物理量都是,量子化,的：原子能量、角动量、磁矩,.,。,量子力学,Photon,E,=,h,光学显微镜不能研究原子的内部结构,!,量子力学,：粒子具有波动性，波具有粒子性,l=,h,/,p,用电子显微镜,大型电子正电子对撞机,LEP,是目前世界上最大的电子显微镜,l=,h,/,p,10,-3,fm=10,-18,m,电子,隧穿几率,不,越,可势穿,垒,可,势,穿,垒,越,经典力学,量子力学,d,E,V,0,物理学研究的尺度,Electrons(10,-18,m),Atom nucleus nucleon quark,10,-10,m 10,-14,m 10,-15,m 10,-18,m,微观结构,see,原子,原子核,核子,夸克,African,Elephant Height,3.3 m,Rabbit,(Length),3 x 10,-1,m,Red Blood Cell,7x10,-6,m by,10,-5,m,Virus(Length),9 x 10,-7,m,10,-7,m,Carbon-Carbon,Bond Length,1.5 x 10,-10,m,Cross section of human hair,8 x 10,-5,m,10,-4,m,Housefly,7.5 x 10,3,m,10,2,m,10,7,m,较大结构及尺度,地球,太阳,（,Sun）,日冕,10,9,m,Sun 2x10,30,kg 10,57,(,核子,),10,11,m,地球轨道,旋涡星系,（,Spiral Galaxy）,10,21,m,10,11,stars,galaxy cluster of galaxies,10,21,m 10,22,m 10,23,m,super-cluster,metagalaxy,universe,m,10,2,4,m 10,25,m 10,26,m,组成物质的基本粒子,作用力及传播子,引力,作用,引力子,（尚未发现）,电磁作用,光子,（,1905,爱因坦）,弱作用,中间玻色子,(CERN 83),强作用,胶子,（,DESY 1979,）,质量生成,HIGGS,玻色子,(,？,),物理学的尺度,从,10,26,m,到,10,-18,m,物质的基本组成,夸克和,轻子及各种相,互作用的传播子,物理学与其他学科的关系,近代,物理学,化学,生命科学,材料科学,近代力学,天体与,天文学,地学,金融、,社会学,电子技术,计算机,量子 激光 计算化学,结构生物学,细观力学,纳米科技、材料,量子计算机,金融物理,物理学与其他学科的关系,杨振宁,：,“,近些年来物理学对化学和生命科学的发展起了极重要作用”,物理学已改造了化学,-,正在改变生命科学、材料科学,-,已进军电子学、金融、社会学,现代物理学吸收其它学科资源,也将渗透和改变整个现代科学,1989年,纳米科技,Scanning Probe Techniques,物理学近十年的一个新方向,用科学语言阐述并研究社会科学中的各种问题，使社会科学问题更接近物理学,交通流,城市膨胀,人 迹 系 统,社会网络几何学,科学研究之经济回报,金 融 物 理,第二届,“物理学在金融分析中的应用”国际学术讨论会,Application of Physics in Financial Analysis,University of Liege,Institut,Zoologique,Liege,Belgium July 13-15,2000,Conference,第一届,“物理学在金融分析中的应用”国际学术讨论会,1999,年,7,月爱尔兰都柏林三叶学院（,Trinity College,）,金融物理研究的崛起,金融物理专题讨论的国际会议频频召开,经济物理国际高级研讨班及金融复杂性学术讨论会,2000,年,9,月合肥,中国科技大学非线性科学中心主办,第二届,复杂性科学和经济物理学的理论与应用国际学术会议,（广西师范大学 桂林,2001.8.22-26,）,现代物理学的基础地位决定了它的“多交叉学科性”,界面,古典,物理学,现代,物理学,研究对象,一、课程定位,整个宇宙各层次的尺寸（单位,m,）,10,26,宇宙,10,20,银河系,10,12,日地距离,10,6,地球半径,10,0,人,10,-3,尘埃,10,-6,细胞、大分子、分子,10,-10,原子,10,-15,原子核,10,-18,基本粒子,课程定义：,研究原子内部结构、性质及其运动规律的物理学分支,原子,二、原子物理学发展简史,1,、古人对物质结构的探讨与认识,国外,古希腊,（,B.C.400),德膜克利特：,万物的本原是原,子,(atom),和虚空。,atom,，希腊文的原意就是“不可分割性”,亚里士多德：,万物由水气火土（以太）组成；物质无限可分,“吾爱吾师，吾更爱真理”；“法律是不受情欲影响的理智”；主张学生德智体美全面发展,中国，,B.C.475-221,年,战国时期,墨翟，墨经中，“,端，体之无序而最前者也”,当连续递进分割过程，至先后次序将不复存在时，端将是最后的分析结果,公孙龙，,一尺之棰，日取其半，万世不竭,五行说：,物质由金、木、水、火、土构成,阴阳说：,物质由阴、阳二气组成,直觉、猜想、思辨,2,、,19,世纪，建立了原子学说,物质的原子学说：所有的化学元素都由原子组成,热的原子学说：利用原子的运动解释热力学定律,电的原子学说：自然界存在带电的原子,实验总结，认识到原子是物质结构的一个层次,3,、,19,世纪末,20,世纪初，建立了严格的原子物理理论,量子力学。,重大发现有：,1869,，周期表发现，门捷列夫,1885,，氢原子光谱规律发现，巴耳末,1895,，,X,射线发现，伦琴,1896,，放射线发现，贝克勒耳,1897,，电子发现，汤姆逊,1900,，能量子概念建立，普朗克,1911,，原子核式结构建立，卢瑟福,1913,，玻尔量子理论建立，玻尔,1925,前后，量子力学建立，,近代物理的序幕,原子物理的新篇章,对原子这一层次的认识，从实验到理论获得比较完全的认识。,4,、,20,世纪初至现在，对物质结构的认识不断地深入，原子,-,原子核,-,基本粒子,-,夸克,分子是由原子组成的,基本粒子指人们认知的构成物质的最小最基本的单位。但在,夸克,理论提出后，人们认识到基本粒子也有复杂的结构，故现在一般不提“基本粒子”这一说法。根据作用力的不同，,粒子,分为,强子,、,轻子,和,传播子,三大类。,基本粒子，即在不改变物质属性的前提下的最小体积物质,。,原子是由原子核和电子构成。,原子核由质子与中子组成（氢原子核只有一个质子）。,原子序数,=,质子数,=,核电荷数,=,核外电子数,质子由两个,上夸克,和一个,下夸克,组成，带一个单位正电荷。,20,世纪,60,年代，美国物理学家,默里,盖尔曼,和,G.,茨威格,各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元,夸克（,quark,）组成的。,所有的中子都是由三个夸克组成的，,反中子,则是由三个相应的反夸克组成的，比如质子，中子。质子由两个上夸克和一个下夸克组成，中子是由两个下夸克和一个上夸克组成。,三、课程内容,（章节介绍。）,四、课程特点,1,、新的概念、原理较抽象，不够直观,2,、重实验，理论由实验建立，不完全靠逻辑推理从理论推导出实验结果,（,光谱是研究原子内部结构与电子运动规律的主要实验手段,。,）,五、课程学习的重要性,现代物理学的一门主要课程。,了解与掌握现代高科技的基础,如：宇宙起源与演化，星际分子，激光技术及光电子领域，材料科学，医学，化学，生命科学中的应用。,六、原子物理学学习中应注意的问题,1.,实践是检验真理的标准，科学是逐步地不断地发展的,2.,对微观体系不能要求都按宏观规律来描述,3.,要善于观察、善于学习、善于动脑、开拓进取，不断创新,谢谢！,希望我们共同努力完成该课程,
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