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第四章現(xiàn)代自然科學(xué)的發(fā)展,第一節(jié)現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展,本節(jié)要點(diǎn),第一朵烏云：以太漂移實(shí)驗(yàn),開(kāi)爾文所稱第一朵烏云指的是以太漂移實(shí)驗(yàn)。物理學(xué)家們認(rèn)為，電磁傳播的媒介是以太。問(wèn)題在于以太將具有什么樣的物理性質(zhì)。比如，它有重量嗎?它對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生阻力嗎?它的密度有多大？對(duì)這些問(wèn)題都非常難于回答。,邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn),第二朵烏云——黑體輻射與“紫外災(zāi)難”,在同樣的溫度下，不同物體的發(fā)光亮度和顏色（波長(zhǎng)）不同。顏色深的物體吸收輻射的本領(lǐng)比較強(qiáng)，比如煤炭對(duì)電磁波的吸收率可達(dá)到80％左右。所謂“黑體”是指能夠全部吸收外來(lái)的輻射而毫無(wú)任何反射和透射，吸收率是100％的理想物體。,,普朗克公式----與實(shí)驗(yàn)吻合很好,瑞利一金斯公式:--紫外災(zāi)難,“紫外災(zāi)難”,英國(guó)物理學(xué)家瑞利和物理學(xué)家、天文學(xué)家金斯認(rèn)為能量是一種連續(xù)變化的物理量，建立起在波長(zhǎng)比較長(zhǎng)、溫度比較高的時(shí)候和實(shí)驗(yàn)事實(shí)比較符合的黑體輻射公式。但是，從瑞利一金斯公式推出，在短波區(qū)（紫外光區(qū)）隨著波長(zhǎng)的變短，輻射強(qiáng)度可以無(wú)止境地增加，而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是趨于零，這部分的嚴(yán)重偏離，被稱為“紫外災(zāi)難”。,“紫外災(zāi)難”,“紫外災(zāi)難”無(wú)可懷疑地表明經(jīng)典物理學(xué)理論在黑體輻射問(wèn)題上的失敗，所以這也是整個(gè)經(jīng)典物理學(xué)的“災(zāi)難”。無(wú)怪乎凱爾文要把它說(shuō)成是經(jīng)典物理學(xué)晴朗天空上的兩朵烏云之一。,1.發(fā)現(xiàn)Ｘ光,1895年，物理學(xué)家倫琴在探索陰極射線本性的研究中，意外發(fā)現(xiàn)了X光。X光的發(fā)現(xiàn)，不僅揭開(kāi)了物理學(xué)革命的序幕，也給醫(yī)療保健事業(yè)帶來(lái)了新的希望。倫琴因此成為第一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主。,,2.發(fā)現(xiàn)放射性,在對(duì)X光的研究中，物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)只要有鈾元素存在，就有貫穿輻射產(chǎn)生，由此證明，發(fā)射這種射線是鈾原子自身的作用。1903年，貝克勒爾與皮埃居里和居里夫人因發(fā)現(xiàn)放射線榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,1911年，她因發(fā)現(xiàn)兩種新元素而再度獲諾貝爾獎(jiǎng)。這一次是化學(xué)獎(jiǎng)?；瘜W(xué)家們終于承認(rèn)了居里夫人的工作。她成了第一位兩次獲諾貝爾獎(jiǎng)殊榮的人物。,發(fā)現(xiàn)α射線,盧瑟福1898年發(fā)現(xiàn)鈾和鈾的化合物所發(fā)出的射線有兩種不同類型：一種是極易吸收的，他稱之為α射線；另一種有較強(qiáng)的穿透能力，他稱之為β射線。后來(lái)法國(guó)化學(xué)家維拉爾又發(fā)現(xiàn)具有更強(qiáng)穿透本領(lǐng)的第三種射線γ射線。,3.發(fā)現(xiàn)電子,電子是在研究陰極射線的本質(zhì)過(guò)程中得到的，陰極射線究竟是什么？物理學(xué)家湯姆遜設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)裝置，證實(shí)了陰極射線是由帶負(fù)電荷的粒子組成的，并推算出其質(zhì)量和電荷比值,十九世紀(jì)末的物理學(xué)危機(jī),在世紀(jì)交替時(shí)，經(jīng)典物理學(xué)領(lǐng)域中，幾乎所有的原理、基本概念都受到懷疑和重新審查，如物質(zhì)的不滅性、能量守恒性、原子的不可分割和不變性、時(shí)空的絕對(duì)性、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。,在伯爾尼專利局的歲月里，愛(ài)因斯坦廣泛關(guān)注著物理學(xué)界的前沿動(dòng)態(tài)，在許多問(wèn)題上深入思考，形成了自己獨(dú)特的見(jiàn)解。1905年是科學(xué)史上值得記取的一年，這一年中，愛(ài)因斯坦在德國(guó)《物理學(xué)年鑒》發(fā)表了五篇論文，其中的三篇每篇均屬劃時(shí)代的成就。,21,,一篇論文發(fā)表在《物理學(xué)年鑒》第17卷第132—148頁(yè)，是關(guān)于光電效應(yīng)的。第二篇論文發(fā)表在《物理學(xué)年鑒》第17卷第549—560頁(yè)，是關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的。最偉大的成就是第三篇論文《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》，刊于《物理學(xué)年鑒》第17卷第891—921頁(yè)。在這篇論文中，愛(ài)因斯坦提出了他舉世聞名的相對(duì)性理論即相對(duì)論。,《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》，刊于《物理學(xué)年鑒》第17卷第89l一921頁(yè)。,以太概念不再是必要的，以太漂移問(wèn)題也不再存在。如果邁克爾遜的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了零結(jié)果，那么它正是一次成功的實(shí)驗(yàn)，證明所謂以太漂移根本就是虛幻的。,,何謂同時(shí)性的相對(duì)性？不同地點(diǎn)的兩個(gè)事件我們何以知道它是同時(shí)發(fā)生的呢？這個(gè)問(wèn)題看似平常，卻至關(guān)重要。,設(shè)AB兩地各發(fā)生了一個(gè)事件(如發(fā)生了一次閃光)，在AB的中點(diǎn)C處的觀察者，由AB兩地發(fā)來(lái)的光信號(hào)同時(shí)到達(dá)這一點(diǎn)，推測(cè)兩事件是同時(shí)發(fā)生的。按定義，它也的確是同時(shí)發(fā)生的，因此地面上的每一位靜止的觀察者均會(huì)同意。,,,,,A,C,B,,,但一個(gè)由A向B運(yùn)動(dòng)的觀察者卻不同意，因?yàn)橐彩窃贑點(diǎn)，他卻發(fā)現(xiàn)B點(diǎn)的閃光先于A點(diǎn)到達(dá)，按定義，B事件先于A事件，它們是不同時(shí)的。也就是說(shuō)，同時(shí)性不是絕對(duì)的，而取決于觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這一結(jié)論否定了牛頓力學(xué)所引以為基礎(chǔ)的絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間框架。,,,,,A,C,B,,,,狹義相對(duì)論的理論體系,基本假定：1、狹義相對(duì)性原理（物理定律在一切慣性參考系中是平權(quán)的）2、光速不變?cè)恚ㄕ婵罩泄馑俨灰蚬庠吹倪\(yùn)動(dòng)而變，永遠(yuǎn)是30萬(wàn)公里/秒，即邁克爾遜—莫雷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果）,狹義相對(duì)論的理論體系,幾個(gè)推論：1、鐘慢效應(yīng)(已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)）2、尺縮效應(yīng)（無(wú)法在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)）3、光速是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的極限速度4、相對(duì)論力學(xué)還可以還原為牛頓力學(xué)（低速時(shí)）質(zhì)量可變、質(zhì)能關(guān)系式E=MC2（原子彈爆炸）,鐘慢效應(yīng),尺縮效應(yīng),光速不變?cè)?質(zhì)量可變,雙生子宇航悖論,35,,假定有一對(duì)孿生兄弟，其中的一個(gè)要以接近于光速(為了充分顯示相對(duì)論效應(yīng))的速度做一次宇宙航行，按照相對(duì)論效應(yīng)，呆在地球上的那位就會(huì)發(fā)現(xiàn)其兄弟生命周期放慢，比如，自己活了10年，對(duì)方才過(guò)了1年。當(dāng)然，按照相對(duì)論，在宇宙飛船上的那位，也會(huì)發(fā)現(xiàn)呆在地球上的兄弟生命周期放慢，因?yàn)樵谒磥?lái)，地球以一個(gè)與飛船速度相等的速度反向運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在假定，宇航結(jié)束了，兩兄弟又相遇在一起了，那么他們究竟誰(shuí)更老、誰(shuí)更年輕?,正在人們忙于理解狹義相對(duì)論時(shí)，愛(ài)因斯坦正接近完成廣義相對(duì)論。1916年，愛(ài)因斯坦在老同學(xué)格羅斯曼的幫助下，運(yùn)用黎曼幾何完成了廣義相對(duì)論的最終形式。在這個(gè)理論中，引力是被考慮的主要問(wèn)題。,狹義相對(duì)論與牛頓的萬(wàn)有引力理論實(shí)際上存在矛盾。在牛頓看來(lái)，引力是即時(shí)作用，引力場(chǎng)就像是一個(gè)絕對(duì)時(shí)空的載體。這種看法為時(shí)空的相對(duì)性觀念所不容。愛(ài)因斯坦將相對(duì)性原理推廣到引力場(chǎng)中，指出引力場(chǎng)就相當(dāng)于一個(gè)非慣性系。人們對(duì)一個(gè)物體是正被加速，還是正處在引力場(chǎng)中原則上無(wú)法做出區(qū)分。這一原則被稱為等效原理。慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等是等效原理的一個(gè)自然的推論。,愛(ài)因斯坦等效原理思想實(shí)驗(yàn),廣義相對(duì)論還指出，由于有物質(zhì)的存在，空間和時(shí)間會(huì)發(fā)生彎曲，引力場(chǎng)實(shí)際上是一個(gè)彎曲的時(shí)空。也就是說(shuō)，牛頓提出了萬(wàn)有引力，而愛(ài)因斯坦事實(shí)上取消了它：引力的本質(zhì)是沒(méi)有引力，宇宙中無(wú)處不在的引力其實(shí)不是引力，而是時(shí)空的彎曲！在彎曲的宇宙時(shí)空中，天體只能沿路程最短的短程線運(yùn)動(dòng)，投射到歐幾里的空間中，就呈現(xiàn)出橢圓形的運(yùn)動(dòng)軌道。,空間彎曲就好像把一塊石子放在橡皮模上石子=重力橡皮模=彎曲的空間,,時(shí)空幾何量=物質(zhì)的物理量,時(shí)空幾何量=物質(zhì)的物理量（時(shí)空度規(guī)張量）(能量動(dòng)量張量),廣義相對(duì)論的理論體系,基本假定：1、廣義相對(duì)性原理（物理定律在一切參考系中是平權(quán)的）2、等效原理（慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量相等，已經(jīng)實(shí)驗(yàn)嚴(yán)密證實(shí)）,廣義相對(duì)論的理論體系,幾個(gè)推論：1、引力的實(shí)質(zhì)=時(shí)空彎曲2、引力場(chǎng)方程——宇宙學(xué)方程,幾個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)言,1、水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng),廣義相對(duì)論首先解釋了水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)。這個(gè)進(jìn)動(dòng)被曾經(jīng)預(yù)測(cè)海王星的法國(guó)天文學(xué)家勒維列用行星攝動(dòng)方法來(lái)解釋，他推測(cè)水星附近存在一個(gè)新的行星“火神星”。可是許多年過(guò)去了，誰(shuí)也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么“火神星”。愛(ài)因斯坦用太陽(yáng)引力使空間彎曲的理論，很好地解釋了水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)中無(wú)法解釋的43秒。,2、強(qiáng)引力場(chǎng)會(huì)使時(shí)鐘變慢，即會(huì)使原子的振動(dòng)變慢，光的頻率變低，光譜紅移；,廣義相對(duì)論的第二大預(yù)言是引力紅移，即在強(qiáng)引力場(chǎng)中光譜應(yīng)向紅端移動(dòng)。20年代，天文學(xué)家在天文觀測(cè)中證實(shí)了這一點(diǎn)。,3、引力場(chǎng)會(huì)使光線偏折,光線彎曲,一切物體在引力場(chǎng)附近時(shí)，都不可能走直線，因?yàn)橐Φ淖饔靡顾鼈兊能壍榔蛞υ?。根?jù)等效原理可以判斷，光在引力場(chǎng)中傳播時(shí)，也會(huì)有類似的現(xiàn)象。,一束通過(guò)太陽(yáng)表面附近引力場(chǎng)的星光，偏轉(zhuǎn)角只有1".75，當(dāng)沒(méi)有太陽(yáng)時(shí)，星光以直線傳到我們的地球，但當(dāng)太陽(yáng)出現(xiàn)在星體與地球之間時(shí)，光線發(fā)生彎曲，我們將看到星體的位置移動(dòng)到虛線的方向．即如圖8－4所示。,1919年以后，幾乎每逢有便于進(jìn)行觀測(cè)的日全食時(shí)。各國(guó)的天文學(xué)家都要做這個(gè)光線彎曲的實(shí)驗(yàn)。下表中列出各次觀測(cè)的主要結(jié)果。,近年來(lái)射電天文學(xué)的定位技術(shù)大大提高，分辨率超過(guò)了光學(xué)。因此檢驗(yàn)光線彎曲的精度也大大提高了?？汕桑磕耆?、四月間太陽(yáng)要在射電源0116＋08附近通過(guò)一次（見(jiàn)圖8-5）。0116＋08與0119＋11及0111＋02三個(gè)射電源幾乎構(gòu)成一條直線。而當(dāng)太陽(yáng)通過(guò)0116＋08附近時(shí)，它們的相對(duì)位置將要發(fā)生變化。用這種方法得到的光線彎曲值是1."775土0."019。,4、雷達(dá)回波的延遲,1964年．夏皮羅等提出了一個(gè)光在引力場(chǎng)中傳播的新的可以檢驗(yàn)的效應(yīng)。夏皮羅從地球上利用雷達(dá)發(fā)射一束電磁波脈沖，這些電磁波到達(dá)其它行星之后，將發(fā)生反射，然后再回到地球，被雷達(dá)接收到。我們可以測(cè)出來(lái)回一次的時(shí)間，并對(duì)比兩種不同的情況，一種是電波來(lái)回的路程遠(yuǎn)離太陽(yáng)。這時(shí)太陽(yáng)的影響可以不計(jì)；一種是電波來(lái)回的路程要經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近，受到引力場(chǎng)的作用。后一種情況的回波要比前者延遲一些，這就是太陽(yáng)引力場(chǎng)感應(yīng)的傳播時(shí)間的加長(zhǎng)，或叫做雷達(dá)回波的延遲。,相對(duì)論革新了世界圖景。世界圖景不再是”筐子裝東西”式的“時(shí)空+物質(zhì)”模式。由于時(shí)空與物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)之間發(fā)生了關(guān)聯(lián)，世界圖景成了”時(shí)空—場(chǎng)—物質(zhì)—流形”。經(jīng)典物理學(xué)中時(shí)空與物質(zhì)之間的二分消解了，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)與時(shí)間空間成為一體。,量子理論的提出：普朗克、愛(ài)因斯坦,1900年．德國(guó)物理學(xué)家普朗克(1858—1947)采用拼湊的辦法，得出了一個(gè)在長(zhǎng)波和短波部分均與實(shí)驗(yàn)相吻合的公式。但該公式的理論依據(jù)尚不消楚。,,普朗克公式----與實(shí)驗(yàn)吻合很好,瑞利一金斯公式:--紫外災(zāi)難,對(duì)黑體輻射的研究發(fā)現(xiàn)了一些經(jīng)驗(yàn)定律。第一個(gè)定律是：黑體的輻射能力，即它每秒以電磁輻射的形式發(fā)射的能量，正比于它的溫度四次方：（W＝σT4）這個(gè)定律是斯蒂芬（J.Stefanl835—1892）和玻耳茲曼（L.Boltzmannl844—1906）發(fā)現(xiàn)的。,第二個(gè)定律是：隨著黑體溫度T的升高，它所發(fā)射的輻射最強(qiáng)的波長(zhǎng)將要變短，即向光譜的紫色區(qū)移動(dòng)。此定律稱為維恩位移定律（λmT＝0.2898厘米K）。1896年維恩（W.Wienl864—1928）根據(jù)熱力學(xué)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)湊出一個(gè)輻射能譜公式，在短波區(qū)幾乎與實(shí)驗(yàn)完全符合。,1900年英國(guó)物理學(xué)家瑞利（L.J.W.Rayleighl842—1919）從經(jīng)典理論中推導(dǎo)出一個(gè)輻射公式，后經(jīng)金斯（J.H.Jeansl877—1946）改進(jìn)，合稱瑞利—金斯定律：熱物體輻射強(qiáng)度正比于它的絕對(duì)溫度，而反比于這個(gè)發(fā)射光線波長(zhǎng)的平方。但是這個(gè)公式只在可見(jiàn)光譜的長(zhǎng)波部分才能很好地與實(shí)驗(yàn)符合，當(dāng)波長(zhǎng)變短時(shí)，這個(gè)公式就失效了。,,普朗克公式----與實(shí)驗(yàn)吻合很好,瑞利一金斯公式:--紫外災(zāi)難,從瑞利—金斯公式得出：波長(zhǎng)越短，熱輻射強(qiáng)度應(yīng)越大，并且隨著波長(zhǎng)的縮短，輻射強(qiáng)度應(yīng)無(wú)止境地增大，這顯然是荒謬的。這個(gè)公式在紫區(qū)出了問(wèn)題，被稱為“紫外災(zāi)難”；而瑞利—金斯公式是完全根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)推導(dǎo)出來(lái)的，因此，“紫外災(zāi)難”實(shí)際上也是整個(gè)經(jīng)典物理學(xué)的“災(zāi)難”，這就是開(kāi)爾文把它看成是物理學(xué)天空中的一朵“烏云”的原因。,1900年普朗克為了與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合，在維恩公式和瑞利—金斯公式之間利用內(nèi)插法建立了一個(gè)普遍公式。其中引入了一個(gè)常數(shù)h，后來(lái)被稱為普朗克常數(shù)。普朗克公式把前兩個(gè)公式作為它的極限情形。普朗克公式同實(shí)驗(yàn)符合得很好，在高頻區(qū)普朗克公式近似地化為維恩公式，而在低頻區(qū)又近似地化為瑞利—金斯公式。1900年10月19日他在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上報(bào)告了自己的成果，普朗克公式被認(rèn)為是正確的普遍公式。,,+,=,,普朗克公式----與實(shí)驗(yàn)吻合很好,瑞利一金斯公式:--紫外災(zāi)難,普朗克認(rèn)為這個(gè)公式必能從某些理論中推導(dǎo)出來(lái)，經(jīng)典物理學(xué)的所有理論和方法他都試過(guò)了，但都失敗了。他從失敗中認(rèn)識(shí)到這個(gè)公式不能單純從經(jīng)典理論中推導(dǎo)出來(lái)，只要做一個(gè)簡(jiǎn)單的假設(shè)，一切問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。他注意到在過(guò)去的理論中器壁上的分子原子被看作吸收電磁波的“振子”，在能量上可以連續(xù)地變化，就是說(shuō)電磁波和振子之間的能量交換，可以無(wú)限制地減少或增大，正是這一假設(shè)導(dǎo)致了“紫外災(zāi)難”。,普朗克發(fā)現(xiàn)，只要假定物體的輻射能不是連續(xù)變化，而是以一定的整數(shù)倍跳躍式地變化，就可以對(duì)該公式做出合理的解釋。普朗克將最小的不可再分的能量單元稱做“能量子”或“量子“。,1900年12月14日普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)上報(bào)告了自己的研究結(jié)果，他的公式受到歡迎，但他的能量子假說(shuō)，卻受到冷遇，當(dāng)時(shí)沒(méi)有人相信他的假說(shuō)。能量子假說(shuō)的提出，給經(jīng)典物理學(xué)打開(kāi)了一個(gè)缺口，為量子物理學(xué)安放了一塊奠基石，宣告量子物理學(xué)的誕生。,1905年，愛(ài)因斯坦提出光量子假說(shuō)，成功地解釋了光電效應(yīng)；1906年，他又將量子理論運(yùn)用到固體比熱問(wèn)題，獲得成功；1912年，玻爾將量子理論引入到原子結(jié)構(gòu)理論中，克服了經(jīng)典理論解釋原子穩(wěn)定性的困難，建立了他的原子結(jié)構(gòu)模型，取得了原子物理學(xué)劃時(shí)代的進(jìn)展；1922年，康普頓通過(guò)實(shí)驗(yàn)最終使物理學(xué)家們確認(rèn)光量子圖景的實(shí)在性，從而使量子理論得到科學(xué)界的普遍承認(rèn)。,面對(duì)量子論的發(fā)展與成功，以及科學(xué)界的批評(píng)，普朗克最終放棄了倒退的立場(chǎng)。1920年，在諾貝爾獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)儀式上，他作了題為《量子理論的創(chuàng)立和當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r》的演講，演講中他說(shuō)：“……我覺(jué)得整個(gè)的發(fā)展過(guò)程似乎是為歌德在很久以前所說(shuō)的一句名言提供了一個(gè)新的證明，這句名言是：‘人要奮斗就要有錯(cuò)誤。’”,第一個(gè)意識(shí)到量子概念的普遍意義，并將其運(yùn)用到其他問(wèn)題上的是愛(ài)因斯坦。他建立了光量子論以解釋光電效應(yīng)中出現(xiàn)的新現(xiàn)象。他指出：關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的瞬時(shí)現(xiàn)象，波動(dòng)論的結(jié)論同經(jīng)驗(yàn)不相符；要解釋這類現(xiàn)象，只能假設(shè)光是由能量子所組成，即"光量子"，以后人們稱其為"光子"。這是人類認(rèn)識(shí)自然界歷史上第一次揭示了微觀客體的波動(dòng)性和粒子性的對(duì)立統(tǒng)一，即"波粒二象性"。,光量子論的提出使光的本性的歷史爭(zhēng)論進(jìn)入了一個(gè)新的階段。自牛頓以來(lái)光的微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)此起彼伏。愛(ài)因斯坦的理論重新肯定了微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)對(duì)于描述光的行為的意義。它們均反映了光的本質(zhì)的一個(gè)側(cè)面，因?yàn)楣獾拇_有時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)出粒子性。但它既非經(jīng)典的粒子也非經(jīng)典的波。這就是光的波粒二象性。主要由于愛(ài)因斯坦的工作，使量子論在最初的十年得以進(jìn)一步地發(fā)展。,量子力學(xué)的建立者：玻爾、德布羅意、海森伯薛定格、狄拉克,玻爾,1913年，丹麥物理學(xué)家尼爾斯亨利克大衛(wèi)玻爾（1885～1962)，哥本哈根學(xué)派的創(chuàng)始人。將量子理論與盧瑟福行星結(jié)構(gòu)模型相結(jié)合，提出了原子結(jié)構(gòu)新理論，即玻爾模型。,1923年，法國(guó)物理學(xué)家路易德布羅意(1892—1987)提出了物質(zhì)波理論，將量子論發(fā)展到一個(gè)新的高度。,愛(ài)因斯坦一德布羅意關(guān)系式,1925年，德國(guó)青年物理學(xué)家海森伯(1901—1976)寫出了以《關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)關(guān)系的量子論的重新解釋》為題的論文．創(chuàng)立了解決量子波動(dòng)理論的矩陣方法。,沿著物質(zhì)波概念繼續(xù)前進(jìn)并創(chuàng)立了被動(dòng)力學(xué)的，是奧地利物理學(xué)家薛定諤(1887—1961)。1926年推出的波動(dòng)方程與實(shí)驗(yàn)證據(jù)非常吻合。波動(dòng)力學(xué)就此誕生了。,1925年9月玻恩與另一位物理學(xué)家約丹合作，將海森伯的思想發(fā)展成為系統(tǒng)的矩陣力學(xué)理論。在英國(guó)，另一位年輕人狄拉克(1902—1984)改進(jìn)了矩陣力學(xué)的數(shù)學(xué)形式，使其成為一個(gè)概念完整、邏輯自治的理論體系。,量子力學(xué)更激烈地改變了世界圖景的構(gòu)造。如果說(shuō)相對(duì)論只是把時(shí)空框架與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)融為一體，還保留了牛頓力學(xué)固有的嚴(yán)格決定論的數(shù)學(xué)微分方程，保留了因果律，那么這一切在量子世界圖景中都或多或少地遭到了破壞。,物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的第一層次——原子結(jié)構(gòu)模型,1911年，湯姆孫的學(xué)生盧瑟福根據(jù)α散射實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，確立了原子的有核結(jié)構(gòu)，并提出了原子結(jié)構(gòu)的行星模型。,物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的第二層次——微觀粒子,人們通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，原子核是由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子構(gòu)成的。微觀世界中除了質(zhì)子、中子、電子這3種微觀粒子外，還有幾百種微觀粒子，各種微觀粒子都有反粒子。1931年狄拉克提出“正電子”就是電子的反粒子，它們的質(zhì)量相等，電荷相反，同時(shí)狄拉克還指出質(zhì)子也有反粒子，這些都為實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。微觀粒子之間存在著4種基本的相互作用，即引力相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和強(qiáng)相互作用。,根據(jù)相互作用的特點(diǎn)，按照各種基本粒子參與各種相互作用的性質(zhì)，可以將基本粒子分為3大類。,物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的第三層次——夸克模型,1964年蓋爾曼對(duì)微觀粒子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，提出了強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的夸克模型，認(rèn)為所有強(qiáng)子(重子、介子及它們的反粒子)都是由夸克和反夸克組成。1974年美籍華人科學(xué)家丁肇中與美國(guó)科學(xué)家里克特分別發(fā)現(xiàn)了一種大質(zhì)量的電中性介子——J／φ粒子，并證明它是具有“粲”特性的第4種夸克c。1977年7月費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室又發(fā)現(xiàn)一種質(zhì)量更大的粒子，于是提出第5種夸克b。1995年3月，t夸克的發(fā)現(xiàn)得到認(rèn)定。,以上共60余種基本粒子構(gòu)成的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)圖像被稱為“標(biāo)準(zhǔn)模型”，1990年8月在新加坡召開(kāi)的第25屆高能物理會(huì)議上，總結(jié)當(dāng)時(shí)多方面實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論是：“標(biāo)準(zhǔn)模型理論令人注目地成功地經(jīng)受了實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，超出標(biāo)準(zhǔn)模型理論的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一個(gè)也沒(méi)有得到。”這一結(jié)論時(shí)至今日沒(méi)有改變。,TheEnd,