中国科学技术大学-图文

中国科学技术大学_图文.ppt,我曾对中国科技大学的同学们提出过“三P”,：,Perception，,Persistence，,Power,意思是：直觉，坚持，力量。要有科学的,直觉意识去创造，用坚持不懈的努力去奋斗，,以扎实的知识力量去克服困难。,杨振宁,2,绪 论,目 录,1、物理学与物质世界,2、物理学与科学技术,3、物理学与科学思维,4、悟物穷理,3,联合国大会于2004年6月10日通过了2005年为“国际物理年”,的决议。决议全文如下：,联合国大会，,承认物理学为了解自然提供了重要基础，,注意到物理学及其应用是当今众多技术进步的基石，,确信物理教育提供了建设人类发展所必需的科学基础设施,的工具。,意识到2005年是爱因斯坦关键性科学发现一百周年，这,些发现为现代物理学奠定了基础，,1、欢迎联合国教科文组织宣布2005年为国际物理年；,2、邀请联合国教科文组织，与世界各国，包括发展中国,家的物理学会和团体一道，组织活动庆祝2005年国际物理年；,3、宣告2005年为国际物理年。,联合国第58次会议决议,4,一、物质世界,物理学的骄傲在于研究对象无所不包，大至宇宙，小至原子内部(宇观、宏观 、介观、微观)。,物理学是探讨物质结构和相互作用以及它们的运动规律的学科，是自然科学的基础。,时间尺度(相差10,45,)：,空间尺度(相差10,45,10,46,)：,速率范围：,10,18,s(150亿年,宇宙年龄)10,-27,s(硬,射线周期),10,26,m(约150亿光年,宇宙)10,20,m(夸克),0(静止)-3,10,8,m/s(光速),物理学与物质世界,5,物质世界总图象：,从整个物理学的发展中，可以看到一条鲜明的主线，这就是执着地追求宇宙的统一，找寻支配宇宙万物的最基本、最统一的规律.,探索物质的组成,物理学上对应,粒子物理学,(微观理论),人们从自己向小尺度追问,粒子物理的标准模型:目前，粒子物理的所有观测结果都可以用存在三族基本粒子（夸克、轻子、规范玻色子）和三种（或四种）基本相互作用来解释。,人们从自己向大尺度追问,探索宇宙的奥秘,物理学上对应,天体物理学,(宇观理论),宇宙是怎样运动的呢？宇宙有限又无边!有中心？无中心？,宇宙学的标准模型:大爆炸宇宙学,6,7,三、物理学使人们深入认识世界,场与粒子是统一体的两种表现形式；,场论给出最新认识,每种粒子对应一种场,场有不同能量状态,物质存在的基本形式,物质的凝聚状态,凝聚态:固、液、气态、等离子体,致密态:恒星晚年，白矮星、中子星、黑洞,基本,相互作用,强相互作用 （强度1，作用距离 ）,电磁相互作用（强度 ，作用距离长）,弱相互作用 （强度 ，作用距离 ）,引力相互作用（强度 ，作用距离长）,8,物理学与科学技术,从物理学300多年发展的历史看，已经历了三次革命：,17世纪牛顿力学率先发展，完成了物理学的,笫一次,大综合，这是笫一次革命；,笫二次,是18世纪到19世纪，把光、电、磁三者统一起来的麦克斯韦电磁理论的建立；到20世纪，,第三次,大革命则是由相对论和量子力学带动起来的。每一次革命物理学在观念上都产生深刻的转变。,一 物理学的发展,物理学的发展依赖于一种基本的信念：物质世界存在着,完整的因果链条，即自然界是统一的。自然界的运动现象是,多种多样的，物理学的责任就是寻找支配这些现象的统一的,力。,9,三 发展模式：,技术物理技术,物理技术物理,卢瑟福,粒子散射实验(1909)核能利用(40年代以后),量子力学费米狄拉克统计固体能带理论(20年代)晶体管,诞生(1947)集成电路(1962)大规模集成电路 (70年代后期),微结构物理,实例：,由于物理学的发展，成为科学技术和社会发展的巨大推动力，,引发了三次技术革命：,笫一次,是开始于18世纪60年代，主要标,志是蒸汽机的广泛应用,它是牛顿力学和热力学发展的结果。,笫,二次,是开始于19世纪70年代，主要标志是电力的广泛应用和无线,电通讯的实现，它是电磁学发展的结果。,笫三次,则是开始于20,世纪40年代的电脑、电信革命，也叫做“数字革命”。目前正处,于笫三次工业革命的初期阶段。它则是近代物理学发展的结果。,二 物理学发展与技术革命,10,隧道效应,经典观点,量子观点,70年代罗伯特.杨制成场发射显微镜。,1981年 宾尼和罗雷尔应用隧道效应改进了场发射显微镜,制造,出扫描隧道显微镜（STM），1986年获得诺贝尔物理学奖。,量子力学隧道效应扫描隧道显微镜（STM）,11,隧道效应及隧道显微镜（STM）,1.隧道效应,2.扫描隧道显微镜（STM）,粒子能穿透比其更高的势垒的现象。,0,a,x,横向分辨率0.1nm,纵向分辨率0.01nm,电子显微镜分辨率0.30.5nm,扫描探针,电子云,样品表面,12,中国科学院科学家“写”出的,平均每个字的面积仅百万分之一平方厘米,操纵原子不是梦“原子书法”,13,在扫描隧道显微镜下，科学家将48个铁原子排列在铜表面上，形成一个圆形围栏.,14,演绎推理 演算,归纳假设 模型,估算定性和半定量,直觉、想象力、,洞察力,一、物理学的研究方法和步骤,物理学与科学思维,提出命题,修改理论,推测答案,理论预言,实验检验,研究的步骤,应用,15,二、物理学思维特点,物理教学，重要的是要启发学生的思维，加强科学方法论的,教学。如果学生能从学习中体会到物理学特有的思维方式，将,终生受益。,物理学思维特点主要表现在：,1.敢于想像。,要认识敢想才有物理学，不敢想就没有物理学。,爱因斯坦说：“想像力比知识更重要。”例如，麦克斯韦的位移,电流假说，爱因斯坦的狭义相对论和光电效应的论述。,一,2.善于归纳。,物理学的构架是一系列大大小小的定律。这些,定律都是从实验（或观察）中归纳出来的。但这种所用的科学,方法，只能是“不完全”归纳法，而不是数学的完全归纳法。例,如“势”概念的应用。,16,