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第五章 20世纪科技发展 对自然观的影响 1、19、20世纪之交的物理学革命 2、20世纪科学技术发展的概况 * * 1、 19、20世纪之交的物理学革命 2、 20世纪科学技术发展的概况 3、 现代科学的哲学意义 19世纪末20世纪初,光学、电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整,经典物理学被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽庙堂”。 三大发现: (1) X-射线 (1895,伦琴) (2) 放射性 (1896,贝克勒尔) (3) 电子 (1897, 汤姆逊) 两朵小小乌云:(1)黑体辐射中的“紫外灾难” (2)迈克尔逊-莫雷所做的“以太漂移实验” 理论拟合的曲线2 理论拟合的曲线1 实验曲线 黑体辐射中的“紫外灾难” L1 光源 接收器 L2 运动方向 以太 迈克尔逊-莫雷所做的“以太漂移实验” 经典力学、热力学、经典电磁理论的矛盾和危机: (1)经典力学相对性与经典电磁理论的相对性不相容 (2)热力学第二定律的不可逆性与牛顿力学可逆性的对立 原子论的危机:电子的发现 演化方向上:生物学进化,热力学退化(熵增定律) 力学与统计解释的矛盾:决定论(确定论)与统计论 简单性与复杂性 线性与非线性之间的关系 全面危机 电磁学理论—— 微观、高速 1、时空观 (绝对、无关) 2、相对性原理 经典力学 矛 盾 不统一 物理规律在不同惯性参照系下, 经伽利略变换,数学方程式一样。 解决矛盾在逻辑上的两种可能: 1、相对性原理不适合电磁现象的描述,存在一个绝对参照系 “以太”参照系。 2、相对性原理成立,但是伽利略变换不适用于电磁定律,需要找出一个替代的变换规律。 对经典力学的修补: 1、G.Fizgerald 收缩假说 2、H.A.Lorentz 洛伦兹变换 (1)爱因斯坦(1879-1955)相对论 相对性原理 在所有惯性参照系中,物理学规律都是相同的,不存在一个 优于其他惯性系的绝对惯性系。 光速不变原理 在所有惯性参照系中,真空中的光线都是以确定的速度c运 动的,不管这光线是由静止的还是运动的物体发射出来的。 1907年,爱因斯坦给出著名公式: 1916年,《广义相对论的基础》建立完整的广义相对论理论 1919年,广义相对论理论被验证 1905年6月,《论运动物体的电动力学》提出狭义相对论 物理学革命 2 mc E = “同时性”概念:“对于一个观察者来说是同时发生的两个事件, 对别的观察者来说,就不一定是同时的。”因 此,同时性只是相对的。 爱因斯坦以相对性原理和光速不变原理作为公理前提,并利用同时的相对性,导出了空间坐标和时间坐标在不同惯性参照系之间的变换关系式(在形式上与洛伦兹变换相同),从而最终把力学和电磁学在运动学水平上统一了起来。 几个推论: 1、光速是运动速度极限; 2、距离在运动方向上收缩; 3、运动时钟变慢; 4、质量随速度增加而增大。 狭义相对论 科学意义 经典力学实现了力学现象的综合,电磁学理论实现了磁、电、光现象的综合,狭义相对论的建立,使力学理论和电磁学理论在更高的层次上实现了综合。 哲学意义 1、从根本上否定了牛顿经典力学的绝对时空观。根据相对论,时间、空间与物质不可分割,随物质运动状态而改变。 2、揭示了时间与空间的统一性。狭义相对论证明了时间与空间存在着内在的、本质的联系,把三维空间扩展到四维。 物理学革命 1900年,普朗克提出能量子假说;1905年,爱因斯坦提出光量子假说和理论;20世纪初,卢瑟福提出原子的有核模型——太阳系模型;1912-13年,玻尔建立(经典)量子论原子模型;1923年,德布洛意提出物质波假说;1925年,海森堡提出矩阵力学; 1926年,薛定谔提出波动力学;1927年证明两者等价; 1927年,海森堡提出“测不准原理”,玻尔提出“互补原理”。 (2)量子论和量子力学建立 量子力学的自然图景 在微观领域引入概率随机性; 突现了量子现象的整体性以及伴随而来的主客体分界的模糊性。 连续轨迹的概念 不连续的量子跃迁概念 严格决定论的概念 概率决定论的概念 定域的概念 整体论的概念 爱因斯坦与玻尔(哥本哈根学派)就量子力学是否完备所发生的长达30年的争论。 20世纪上半叶: 相对论
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