前言：中文期刊網(wǎng)精心挑選了量子力學(xué)和狹義相對(duì)論范文供你參考和學(xué)習(xí)，希望我們的參考范文能激發(fā)你的文章創(chuàng)作靈感，歡迎閱讀。

量子力學(xué)和狹義相對(duì)論范文1

1物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程

1.1 宏觀低速階段

研究宏觀低速的理論是牛頓力學(xué),研究對(duì)象為宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體。例如:汽車、火車的運(yùn)動(dòng),地球衛(wèi)星的發(fā)射。在牛頓力學(xué)中,牛頓認(rèn)為:質(zhì)量、時(shí)間、空間都是絕對(duì)的。也就是說(shuō),對(duì)于時(shí)間來(lái)講不存在延長(zhǎng)和收縮的問(wèn)題,即時(shí)間是在一秒鐘,一秒鐘地或一個(gè)小時(shí),一個(gè)小時(shí)地均勻流失。對(duì)于空間和質(zhì)量來(lái)講也不存在著變大或變小的問(wèn)題。牛頓力學(xué)的三大定律,就是在這樣的基礎(chǔ)上建立的。

1.2 宏觀高速階段

研究宏觀高速的理論是愛(ài)因斯坦的相對(duì)論力學(xué),愛(ài)因斯坦在1905年發(fā)表了論文相對(duì)論力學(xué)。愛(ài)因斯坦認(rèn)為空間、質(zhì)量、時(shí)間都是相對(duì)的。并且找出了動(dòng)質(zhì)量和靜質(zhì)量之間的關(guān)系:其中m0為靜質(zhì)量;m為動(dòng)質(zhì)量。

1.3 微觀低速階段

其理論是薛定諤,海森堡兩個(gè)創(chuàng)立的量子力學(xué)。研究對(duì)象為分子、原子、電子、粒子等肉眼所看不見(jiàn)的物質(zhì)。

1.4 微觀高速階段

理論是量子場(chǎng)論,研究對(duì)象為宇宙射線,放射性元素。例如:“鐳”。量子場(chǎng)論就是粒子通過(guò)相互作用而被產(chǎn)生,湮滅或相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律。例如:通過(guò)對(duì)天外射線射向地球宇宙射線的研究發(fā)現(xiàn)“反粒子”,即電子的反粒子正電子。負(fù)電子與正電子相互作用湮沒(méi)—— 轉(zhuǎn)化為二個(gè)γ光子,例如“閃電”。

2物理學(xué)與工程技術(shù)的關(guān)系

物理學(xué)與工程技術(shù)有著密切的關(guān)系,他們之間是相互促進(jìn)共同發(fā)展的。我們平時(shí)常說(shuō)科學(xué)技術(shù),實(shí)際上科學(xué)和技術(shù)是兩個(gè)不同的概念。科學(xué)解決理論問(wèn)題,而技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題。科學(xué)是發(fā)現(xiàn)自然界當(dāng)中確實(shí)存在的事實(shí),并且建立理論,把這些理論和現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)。科學(xué)主要是探索未知,而技術(shù)是把科學(xué)取得的成果和理論應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中,從而解決實(shí)際問(wèn)題。所以技術(shù)是在理論相對(duì)比較成熟的領(lǐng)域里邊工作。科學(xué)與工程技術(shù)相互促進(jìn)的模式主要有以下兩種。

2.1 技術(shù)—— 物理—— 技術(shù)

例如:蒸汽機(jī)的發(fā)明和蒸汽機(jī)在工業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用形成了第一次工業(yè)革命—— 熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理—— 蒸汽機(jī)效率的提高,內(nèi)燃機(jī),燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)明。這一次主要是這樣:由于蒸汽機(jī)的發(fā)明,在當(dāng)初工業(yè)應(yīng)用上,出現(xiàn)了很多應(yīng)用技術(shù)的問(wèn)題。例如蒸汽機(jī)發(fā)明的初期熱效率很低,大概不到5％。這樣,就對(duì)物理提出了很尖銳的問(wèn)題。那就是熱機(jī)的效率最高能達(dá)到多少？熱機(jī)的效率有沒(méi)有上限？上限是多少？再一個(gè)就是通過(guò)什么樣的方式來(lái)提高熱機(jī)的效率？由于這些問(wèn)題就促進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展,正是在這些問(wèn)題解決的過(guò)程當(dāng)中,逐漸形成和建立了熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理。而熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理很好地回答了提高熱機(jī)效率的途徑,以及提高熱機(jī)效率的限度等等這些理論上的問(wèn)題。

2.2 物理—— 技術(shù)—— 物理

例如:(1)電磁學(xué)—— 發(fā)電機(jī),電力電器,無(wú)線電通信技術(shù)—— 電磁學(xué);電磁學(xué)從庫(kù)侖定律的發(fā)現(xiàn),以及法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律,直到1865年麥克斯韋建立電磁學(xué)基本理論,這些都是科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里邊逐漸形成的,這都是理論建立的過(guò)程,而這些理論應(yīng)用于實(shí)際就發(fā)明了電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等其它電器以及無(wú)線電通信技術(shù),而這些實(shí)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展又給電磁學(xué)提出來(lái)了許多需要解決的實(shí)際問(wèn)題。正是這些問(wèn)題的逐步解決,使得電磁學(xué)更加的完善和在理論上進(jìn)一步得到了提高。(2)量子力學(xué),半導(dǎo)體物理—— 晶體管超級(jí)大規(guī)模集成電路技術(shù),電子計(jì)算機(jī)技術(shù),激光技術(shù)—— 量子力學(xué),激光物理;量子力學(xué)是20世紀(jì)初期為了解決物理上的一些疑難問(wèn)題而建立起來(lái)的一種理論,這種理論應(yīng)用于解決晶體的問(wèn)題就形成了半導(dǎo)體技術(shù),而半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展就發(fā)明了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路,而超大規(guī)模集成電路的發(fā)明是產(chǎn)生電子計(jì)算機(jī)的主要物質(zhì)基礎(chǔ),而正是由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展又向量子力學(xué)提出了一些其他更加深刻需要解決的問(wèn)題,而這些問(wèn)題的解決就促進(jìn)了量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。(3)狹義相對(duì)論,質(zhì)能關(guān)系E=mc2,E=mc2—— 原子彈及核能的利用—— 核物理,粒子物理,高能物理;狹義相對(duì)論是20世紀(jì)初期愛(ài)因斯坦建立的一種理論,他是為了解決電磁學(xué)等其他物理學(xué)科上的一些經(jīng)典物理當(dāng)中理論上的一些不協(xié)調(diào)和不自恰這樣一種矛盾而提出的一種理論,這種理論當(dāng)中有一個(gè)很重要的理論結(jié)果,那就是質(zhì)能關(guān)系E=mc2,E=mc2。而這種質(zhì)能關(guān)系被我們稱為打開(kāi)核能寶庫(kù)的鑰匙,這一理論結(jié)果的應(yīng)用直接導(dǎo)致了或者指導(dǎo)了核能的應(yīng)用,而對(duì)于核能的進(jìn)一步應(yīng)用又提出了許多新的問(wèn)題,而這些新問(wèn)題的進(jìn)一步解決使得理論更加完善而得到進(jìn)一步提高,從而形成像核物理,粒子物理,以及高能物理等等,那么實(shí)際技術(shù)上問(wèn)題的解決又進(jìn)一步促進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展。

3結(jié)語(yǔ)

應(yīng)該說(shuō)物理和技術(shù)有著密切的聯(lián)系,物理原理及理論的初創(chuàng)式開(kāi)發(fā)和應(yīng)用都形成了當(dāng)時(shí)的高新技術(shù),物理學(xué)仍然是當(dāng)代高新技術(shù)的主要源泉。所有新技術(shù)的產(chǎn)生都在物理學(xué)中經(jīng)歷了長(zhǎng)期醞釀。例如:1909年盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)—— 40年后的核能利用;1917年愛(ài)因斯坦的受激發(fā)射理論—— 1960年第一臺(tái)激光器的誕生等,整個(gè)信息技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展,其硬件部分都是以物理學(xué)為基礎(chǔ)的。

參考文獻(xiàn)

[1] 張啟仁.經(jīng)典場(chǎng)論[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

[2] 井孝功.量子力學(xué)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004.

[3] 關(guān)洪.空間:從相對(duì)論到M理論的歷史[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[4] 保羅·貝內(nèi)特[著],蘇福忠[譯].時(shí)間[M].上海:上海人民美術(shù)出版社,2003.

[5] G.司蒂文遜,C.W.凱爾密司特.狹義相對(duì)論[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1963.

[6] 趙展岳.相對(duì)論導(dǎo)引[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.

量子力學(xué)和狹義相對(duì)論范文2

[關(guān)鍵詞]普通物理 現(xiàn)代化 內(nèi)容體系 方法手段

眾所周知，物理學(xué)分為經(jīng)典物理和近代物理。五十年代以前，普通物理只講經(jīng)典物理，五十年代以來(lái)情況發(fā)生了很大變化，各國(guó)的普通物理中紛紛增添了近代物理的內(nèi)容，如天體物理，生物物理和技術(shù)等。這是科學(xué)高速發(fā)展和知識(shí)更新的必然結(jié)果。因此，普通物理課程要與時(shí)代接軌就不得不進(jìn)行改革。本文從“如何進(jìn)行改革”、“面臨的困難”以及“取得的成效”這三個(gè)方面來(lái)探討普通物理課程改革問(wèn)題。

一、普通物理課程現(xiàn)代化的重要性

普通物理學(xué)是大學(xué)學(xué)習(xí)前一個(gè)階段的主要知識(shí)之一，同時(shí)也是其他學(xué)科或?yàn)楸緦W(xué)科后續(xù)課程服務(wù)的基礎(chǔ)。因此，既要重視物理學(xué)本身內(nèi)在的邏輯性和整體的系統(tǒng)性，也要重視與其他學(xué)科技術(shù)銜接的協(xié)調(diào)性以及現(xiàn)代科技和物理前沿發(fā)展的協(xié)同性。毋庸置疑，普通物理學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以及物理學(xué)前沿接口的問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)一直沒(méi)有解決好。這已經(jīng)成為普通物理學(xué)教育發(fā)展的障礙，從這個(gè)意義上講，普通物理學(xué)的現(xiàn)代化問(wèn)題已是迫在眉睫。

二、普通物理課程現(xiàn)代化所涉及的內(nèi)容

1.教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化。近幾年的分析表明，對(duì)課程現(xiàn)代化的改革概括起來(lái)主要有以下兩個(gè)方面：①運(yùn)用現(xiàn)代的觀點(diǎn)，橫向拓寬和縱向延伸經(jīng)典物理的內(nèi)容，也就是用現(xiàn)代的觀點(diǎn)對(duì)經(jīng)典物理概念和規(guī)律進(jìn)行審視，或修正或補(bǔ)充，或重新評(píng)價(jià)或引深發(fā)揮，挖掘新意。例如，在講解力的概念時(shí)，介紹四種基本的自然力；在講解守恒定律時(shí)，插入對(duì)稱性理論；在講授熱學(xué)時(shí)，補(bǔ)充信息熵，耗散結(jié)構(gòu)的內(nèi)容；在講授狹義相對(duì)論時(shí)加進(jìn)廣義相對(duì)論等。②另辟蹊徑，介紹現(xiàn)代物理科學(xué)的新發(fā)展。教學(xué)某些章節(jié)之后，可配置一些閱讀參考材料；或開(kāi)設(shè)第二課堂，組織專題講座或報(bào)告會(huì)，介紹科技前沿的熱點(diǎn)題目；或開(kāi)設(shè)選修課，講解近代物理內(nèi)容；還可以通過(guò)習(xí)題和例題滲進(jìn)現(xiàn)代科技新成就等。上述舉措不但有利于課程內(nèi)容的現(xiàn)代化建設(shè)，開(kāi)闊學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生的熱情，也有利于教師自身素質(zhì)的提高。

2.教學(xué)體系的現(xiàn)代化。教學(xué)體系的現(xiàn)代化應(yīng)從有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)角度出發(fā)。科學(xué)技術(shù)的研究對(duì)象和領(lǐng)域正向深度和廣度發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的研究方法也由分析方法向系統(tǒng)方法轉(zhuǎn)移。長(zhǎng)期使用分析方法，容易產(chǎn)生孤立的靜止的看待事物和思考問(wèn)題的習(xí)慣性與局限性。系統(tǒng)方法是把科學(xué)研究對(duì)象當(dāng)做一個(gè)系統(tǒng)來(lái)處理，即把研究對(duì)象看成是若干相關(guān)聯(lián)的部分所組成的有機(jī)整體，分析各部分在整體中的層次方向。如在教學(xué)中將光學(xué)與振動(dòng)和波動(dòng)一起講，狹義相對(duì)論在力學(xué)后面講，改變以往將物理內(nèi)容分為力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理幾部分的模式，在組織好傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，大膽地將物理學(xué)新成果、新技術(shù)、新思想、新方法有機(jī)地結(jié)合到經(jīng)典課程內(nèi)容里。如熱學(xué)部分加強(qiáng)熵的內(nèi)容，介紹在信息科學(xué)及其他學(xué)科中的應(yīng)用；磁學(xué)部分介紹磁鏡原理、磁流體發(fā)電等；光學(xué)部分介紹光全息等。要把經(jīng)典部分和現(xiàn)代部分、現(xiàn)代物理內(nèi)容與經(jīng)典物理內(nèi)容有機(jī)地融為一體，教師需要不斷地深入研究與探索。

3.教學(xué)方法手段的現(xiàn)代化。要進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容體系的改革，目前的學(xué)時(shí)就顯得緊張。因此，教學(xué)方法和教學(xué)手段的現(xiàn)代化是至關(guān)重要的。教學(xué)方法的現(xiàn)代化應(yīng)以現(xiàn)代教育理論為基礎(chǔ)，處理好教師和學(xué)生的關(guān)系，重在加強(qiáng)學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)。教學(xué)手段的現(xiàn)代化要求充分運(yùn)用教學(xué)媒體和其他工具以增強(qiáng)教學(xué)效果，如幻燈、投影、錄像、CAI等。運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段能使物理課既深入又生動(dòng)，而且信息量大，有力地保證了教學(xué)改革的順利進(jìn)行。

三、普通物理課程現(xiàn)代化改革所面臨的困難

普通物理課程的現(xiàn)代化面臨二個(gè)矛盾：一是課程現(xiàn)代化與學(xué)時(shí)的矛盾；二是如何進(jìn)行現(xiàn)代化。

先談?wù)n程現(xiàn)代化與學(xué)時(shí)的矛盾。就程守誅、江之永先生合編的普通物理教材來(lái)說(shuō)，從1961年第一版到1979年第二版，一直到1982年的修訂本，很明顯，是在不斷地對(duì)原來(lái)的經(jīng)典內(nèi)容進(jìn)行改革，并充實(shí)了近代物理的內(nèi)容。如狹義相對(duì)論、量子力學(xué)、激光技術(shù)等。教材內(nèi)容不斷增加，而學(xué)時(shí)不可能增加，甚至可能減少（因?yàn)樾碌膶W(xué)科，如計(jì)算機(jī)應(yīng)用課程的開(kāi)設(shè)）。這就是課程現(xiàn)代化與學(xué)時(shí)的矛盾。再談如何進(jìn)行現(xiàn)代化的問(wèn)題。現(xiàn)在的普通物理一般分為經(jīng)典物理和近代物理兩部分，近代物理的理論基礎(chǔ)是相對(duì)論和量子力學(xué)。眾所周知，相對(duì)論和量子力學(xué)不僅包含大量的數(shù)學(xué)知識(shí)，而且還非常抽象。怎樣避開(kāi)高深、枯燥的數(shù)學(xué)，用形象化的圖畫(huà)來(lái)表示抽象的東西，這就要求教師要用普通物理的風(fēng)格來(lái)講相對(duì)論和量子力學(xué)。在普通物理課程中，對(duì)當(dāng)前物理學(xué)中最前沿的熱點(diǎn)作適當(dāng)?shù)慕榻B固然是課程現(xiàn)代化的一個(gè)方案，但如何用普通物理的風(fēng)格對(duì)前沿物理學(xué)熱點(diǎn)作適當(dāng)?shù)慕榻B仍是擺在教師及教育工作者面前的一個(gè)難題。

總之，普通物理現(xiàn)代化是一項(xiàng)重要而艱難的任務(wù)。通過(guò)幾年的實(shí)踐，普通物理現(xiàn)代化取得了成果，但也存在矛盾。這說(shuō)明普通物理現(xiàn)代化是一項(xiàng)長(zhǎng)期而細(xì)致的工作，絕不能一蹴而就。需要廣大教育工作者不斷積累經(jīng)驗(yàn)，互相交流，去弊存利，把普通物理課程現(xiàn)代化改革逐步推向前進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙凱華.普通物理現(xiàn)代化問(wèn)題[J].大學(xué)物理,1992,11,(9):6.

量子力學(xué)和狹義相對(duì)論范文3

人類以新的視野觀察和認(rèn)識(shí)世界

相對(duì)論是研究時(shí)間、空間、運(yùn)動(dòng)這三者關(guān)系的理論體系的總稱，它是這100多年來(lái)人類最偉大的兩個(gè)理論之一（另一個(gè)偉大理論是量子力學(xué)）。相對(duì)論的偉大是不足以用諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)來(lái)評(píng)價(jià)的。如果真有一個(gè)上帝的話，上帝過(guò)去總是說(shuō)：“人類一思考，上帝就發(fā)笑。”相對(duì)論誕生之后，上帝改口了：“人類一思考，上帝就發(fā)慌。”

相對(duì)論是關(guān)于時(shí)空和引力的基本理論，依據(jù)研究的對(duì)象不同，分為狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。相對(duì)論從邏輯思想上統(tǒng)一了經(jīng)典物理學(xué)，使經(jīng)典物理學(xué)成為一個(gè)完美的科學(xué)體系。狹義相對(duì)論在狹義相對(duì)性原理的基礎(chǔ)上統(tǒng)一了牛頓力學(xué)和麥克斯韋動(dòng)力學(xué)兩個(gè)體系，指出它們都服從狹義相對(duì)性原理，都是對(duì)洛倫茲變換協(xié)變的，牛頓力學(xué)只不過(guò)是物體在低速運(yùn)動(dòng)下很好的近似規(guī)律。廣義相對(duì)論又在廣義協(xié)變的基礎(chǔ)上，通過(guò)等效原理，建立了局域慣性場(chǎng)與普遍參照系數(shù)的問(wèn)題，從邏輯上得到了合理的安排。相對(duì)論嚴(yán)格考察了時(shí)間、空間、物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)這些物理學(xué)的基本概念，給出了科學(xué)而系統(tǒng)的時(shí)空觀和物質(zhì)觀，從而使物理學(xué)在邏輯上成為完美的科學(xué)體系。

狹義相對(duì)論給出了物體在高速運(yùn)動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并提示了質(zhì)量與能量相當(dāng)，著名的質(zhì)能關(guān)系式，即E=MC2，可以用來(lái)計(jì)算核反應(yīng)過(guò)程中所釋放的能量，并導(dǎo)致了原子彈的誕生。廣義相對(duì)論建立了完善的引力理論，而引力理論主要涉及的是天體。至今，相對(duì)論宇宙學(xué)進(jìn)一步發(fā)展，而引力波物理、致密天體物理和黑洞物理這些屬于相對(duì)論天體物理學(xué)的分支學(xué)科都有一定的進(jìn)展，吸引了許多科學(xué)家為之奮斗。

相對(duì)論極大地改變了人類對(duì)宇宙和自然的“常識(shí)性”觀念，提出了“同時(shí)的相對(duì)性”“四維時(shí)空”“彎曲時(shí)空”等全新的概念。它發(fā)展了牛頓力學(xué)，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度。一位法國(guó)物理學(xué)家曾經(jīng)這樣評(píng)價(jià)愛(ài)因斯坦：“在我們這一時(shí)代的物理學(xué)家中，愛(ài)因斯坦將位于最前列。他現(xiàn)在是、將來(lái)也還是人類宇宙中最光輝的巨星之一”，“按照我的看法，他也許比牛頓更偉大，因?yàn)樗麑?duì)于科學(xué)的貢獻(xiàn)，將更加深入地進(jìn)入人類思想基本要領(lǐng)的結(jié)構(gòu)中。”

對(duì)稱性原理對(duì)物理學(xué)研究有著十分重要的指導(dǎo)意義，愛(ài)因斯坦最善于應(yīng)用這一原理，整個(gè)相對(duì)論都是在此基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。特別是在建立廣義相對(duì)論的過(guò)程中，愛(ài)因斯坦還對(duì)原理做了創(chuàng)造性發(fā)展。過(guò)去是實(shí)驗(yàn)方程對(duì)稱性，但愛(ài)因斯坦認(rèn)為“這個(gè)鏈很有趣，如果從洛倫茲對(duì)稱性以外的對(duì)稱性出發(fā)，推導(dǎo)出方程，再利用它進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不是更好嗎”？愛(ài)因斯坦成功地實(shí)現(xiàn)了這個(gè)關(guān)系的倒置。他所說(shuō)的這種新的對(duì)稱性就是引力場(chǎng)方程在非歐幾里德空間的協(xié)變。

相對(duì)論的建立也把化學(xué)和生物學(xué)推向了新的高峰。19世紀(jì)末，化學(xué)領(lǐng)域取得了巨大的成就，但也遇到了巨大的困難。其主要原因是“原子不可分，元素不能變”的觀念根深蒂固。20世紀(jì)物理學(xué)的這場(chǎng)革命，從根本上改變了化學(xué)的基本概念，并使之獲得了很多新的研究方法。由物理學(xué)家開(kāi)創(chuàng)的化學(xué)鍵理論，X射線衍射法的運(yùn)用，推動(dòng)了結(jié)構(gòu)化學(xué)的發(fā)展。20世紀(jì)后的化學(xué)，主要通過(guò)研究電子在分子和原子中的分布和運(yùn)動(dòng)，由此更深刻地揭示物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)變化的規(guī)律。

分子生物學(xué)創(chuàng)立于20世紀(jì)50年代，物理學(xué)對(duì)其形成和發(fā)展產(chǎn)生了舉足輕重的作用。X射線衍射方法的運(yùn)用使生物大分子晶體結(jié)構(gòu)分析成為可能。特別是薛定諤于1944年出版的《生命是什么》一書(shū)“從思想上喚起生物學(xué)革命”。該書(shū)在運(yùn)用統(tǒng)計(jì)物理的概念分析生命現(xiàn)象后指出，生命物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)必然服從已知的物理學(xué)定律。這啟發(fā)了人們用物理學(xué)的思想和方法探討生命物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。

科技和社會(huì)產(chǎn)生了諸多變革

100年前，愛(ài)因斯坦發(fā)表了具有劃時(shí)代意義的5篇物理學(xué)論文，奠定了相對(duì)論的基礎(chǔ)，并為量子理論的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。原子能、晶體管、計(jì)算機(jī)、激光、納米材料、宇宙飛船、生命科學(xué)等20世紀(jì)重大的發(fā)明，都是由愛(ài)因斯坦開(kāi)創(chuàng)的近代物理學(xué)的結(jié)晶。

相對(duì)論和量子力學(xué)的建立使人類進(jìn)入到信息時(shí)代。固體物理已有幾個(gè)世紀(jì)的歷史，直到20世紀(jì)初，由于X射線衍射的發(fā)現(xiàn)以及金屬的自由電子論和能帶理論的提出才使其成熟了。20世紀(jì)30年代后，量子力學(xué)使它成為一門(mén)研究固體多種物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。近年來(lái)，固體物理的研究對(duì)象由晶體擴(kuò)展到非晶體和物體的表面，故更名為凝聚態(tài)物理學(xué)。半導(dǎo)體材料、磁性材料、納米材料等是它研究的主要對(duì)象，這為計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展奠定了科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。 電路板

信息革命始于20世紀(jì)40年代，以計(jì)算機(jī)問(wèn)世為標(biāo)志，目前方興未艾。從1904年發(fā)明二極管起，到1946年世界上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)研制成功為止，是信息技術(shù)史上的“電子管時(shí)期”。1947年隨著半導(dǎo)體晶體管的問(wèn)世，信息技術(shù)史進(jìn)入了“晶體管時(shí)期”。此后，集成電路的發(fā)明打破了電路與元件分離的傳統(tǒng)觀念，使電子設(shè)備微型化。經(jīng)過(guò)大規(guī)模集成電路階段后，超大規(guī)模集成電路又在迅猛發(fā)展。而計(jì)算機(jī)就是由這些物理元件組成的信息處理器。以激光器發(fā)明為標(biāo)志的光電子技術(shù)，使信息技術(shù)上了一個(gè)新臺(tái)階。因?yàn)椴捎霉庾幼鳛樾畔⑤d體，其響應(yīng)速度比電子快3個(gè)數(shù)量級(jí)，也不存在電磁串?dāng)_等。待到光子集成電路問(wèn)世后，計(jì)算機(jī)的發(fā)展將更迅速，應(yīng)用前景將更廣闊。前兩次工業(yè)革命延伸的是人的肢體功能，這次革命拓展的是人的大腦功能。因此，信息革命是更深刻的革命。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)和伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)就是最有力的證明。

20世紀(jì)初愛(ài)因斯坦相對(duì)論開(kāi)啟的科技革命和20世紀(jì)六七十年代開(kāi)始的高科技時(shí)代，對(duì)人類思想文化的影響更是震撼性的。以網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)為例，我們由此可窺一斑而知全豹。由于數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，人類從觀念到生活方式都發(fā)生了天翻地覆的變化。可以說(shuō)，計(jì)算機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)影響到了當(dāng)今思想文化的每個(gè)角落。姑且不說(shuō)數(shù)字技術(shù)改變了幾百年來(lái)鉛與火的印刷，上千年筆與紙的書(shū)寫(xiě)，現(xiàn)在文化的交流、知識(shí)信息的傳播，甚至到了動(dòng)一下指頭，點(diǎn)擊上網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)的地步。這與以前關(guān)山隔阻，需飛越千山萬(wàn)水，克服重重困難才能達(dá)到目的的情況相比，簡(jiǎn)直有天壤之別。

相對(duì)論與我們的生活息息相關(guān)

盡管大多數(shù)人至今還不知道相對(duì)論究竟是怎么回事，但事實(shí)上，它早就深刻地影響到整個(gè)人類社會(huì)，直接或間接地影響了我們每一個(gè)人的生活。1919年，愛(ài)因斯坦在與兒子埃德瓦的談話中說(shuō)：“當(dāng)一只甲蟲(chóng)在一根彎曲的樹(shù)枝上爬行的時(shí)候，它并沒(méi)有覺(jué)察到這根樹(shù)枝是彎曲的，我有幸覺(jué)察到了甲蟲(chóng)沒(méi)有覺(jué)察到的東西。”愛(ài)因斯坦的這一覺(jué)察，在其后近100年中改變了整個(gè)世界，并且，這種改變現(xiàn)在還在繼續(xù)。

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)是一個(gè)滿大街都可以看到的常用小電器了，可能每個(gè)司機(jī)都有一個(gè)車載的導(dǎo)航系統(tǒng)，或者手機(jī)里裝有一個(gè)導(dǎo)航軟件。如果沒(méi)有相對(duì)論，那么導(dǎo)航系統(tǒng)就會(huì)出大問(wèn)題。愛(ài)因斯坦指出：“傳統(tǒng)的時(shí)間概念只能在簡(jiǎn)單的條件下才能確定，當(dāng)多種因素暫時(shí)聯(lián)系起來(lái)的時(shí)候，傳統(tǒng)的計(jì)時(shí)方法就會(huì)失去作用。”因?yàn)楦鶕?jù)相對(duì)論，衛(wèi)星上的時(shí)鐘會(huì)比地面上的時(shí)鐘走得快，每天大約快38微秒（0.000038秒），如果不校正的話，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)每天積累的誤差將超過(guò)10千米（這個(gè)誤差是垂直方向上的，不是水平方向上的），如果美軍用這個(gè)來(lái)導(dǎo)航導(dǎo)彈的話，那麻煩就大了。因此，在GPS衛(wèi)星發(fā)射前，要先把其時(shí)鐘的走動(dòng)頻率調(diào)慢100億分之4.465，把10.23兆赫調(diào)為10.22999999543兆赫，這些數(shù)字全靠有了相對(duì)論才能那么精確地計(jì)算出來(lái)。

量子力學(xué)和狹義相對(duì)論范文4

結(jié)果有些出入意料，希格斯老爺爺遺憾落選，獎(jiǎng)項(xiàng)授予美國(guó)的大衛(wèi)·維蘭德（David J.Wineland）和法國(guó)的塞爾日·阿羅什（Serge Haroche）。這兩名實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家在過(guò)去20多年的研究中開(kāi)創(chuàng)了測(cè)量與操縱單個(gè)量子系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法。阿羅什的實(shí)驗(yàn)方法是用原子測(cè)量單個(gè)光子，而維蘭德的實(shí)驗(yàn)是用激光控制單個(gè)離子。他們都反復(fù)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，并發(fā)表了大量論文。

科學(xué)背景

高中物理講過(guò)，原子中間是一個(gè)極小的原子核，是電子，不過(guò)原子層次的物理現(xiàn)象沒(méi)法用牛頓的經(jīng)典力學(xué)解釋，為了說(shuō)清楚原子的事兒，物理學(xué)家們創(chuàng)立了量子理論。這個(gè)理論認(rèn)為物質(zhì)粒子也具有波的性質(zhì)；粒子也不像皮球那樣缺乏個(gè)性地沿著確定的路徑運(yùn)動(dòng)，而是可以同時(shí)處于多種狀態(tài)，循著無(wú)窮多的任意路徑達(dá)到最終狀態(tài)。物理過(guò)程必須考慮所有可能路徑的總匯。

量子理論雖然如天書(shū)，卻是微觀世界真實(shí)的客觀規(guī)律。它不但用于原子能級(jí)、光譜、半導(dǎo)體、超導(dǎo)等現(xiàn)象，也被用于化學(xué)、生物等領(lǐng)域，還用來(lái)計(jì)算分子結(jié)構(gòu)以及解釋生物化學(xué)過(guò)程。沒(méi)有量子理論，孰不會(huì)有晶體管、集成電路、激光，也就不會(huì)有計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)通訊。可以說(shuō)，量子的宏觀應(yīng)用已經(jīng)使人類從電氣時(shí)代進(jìn)入了微電子時(shí)代。

暈死人的量子世界

維蘭德來(lái)自于美國(guó)加州，中學(xué)時(shí)并不是最優(yōu)秀學(xué)生，在高中最后一年才對(duì)物理產(chǎn)生了興趣。大學(xué)原本讀的數(shù)學(xué)專業(yè)，后來(lái)才改學(xué)物理，拿到物理博士學(xué)位后在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所當(dāng)研究員。他在那里干了37年，主要研究用離子束縛（iontrap）探索量子世界。

維蘭德與阿羅什的研究是直接操控并測(cè)試單個(gè)粒子的量子系統(tǒng)。對(duì)于維蘭德的實(shí)驗(yàn)，他的方法是用電場(chǎng)把單個(gè)離子（如汞離子）限制在一個(gè)勢(shì)阱（可以把它想象成一個(gè)無(wú)形牢籠）內(nèi)，就像用磁場(chǎng)把磁懸浮列車懸在空中一樣。這個(gè)離子在勢(shì)阱里只能來(lái)回運(yùn)動(dòng)，無(wú)法逃逸出去。

被束縛在勢(shì)阱里的離子整體只能來(lái)回振動(dòng)（你可以理解為折返跑），而離子內(nèi)部的電子也有不同的能級(jí)。這個(gè)振動(dòng)的能量是量子化的，也就是一級(jí)一個(gè)臺(tái)階，只能在不同的能級(jí)之間跳躍。離子內(nèi)部的能量也是量子化的，也是一級(jí)一個(gè)臺(tái)階。

維蘭德的秘訣是調(diào)節(jié)激光的頻率，迫使離子內(nèi)部能級(jí)跳上一個(gè)臺(tái)階的同時(shí)讓它的振動(dòng)能級(jí)跳下一階，這樣離子就會(huì)從內(nèi)部高能級(jí)回落到低能級(jí)，不斷重復(fù)下去達(dá)到降低振動(dòng)能級(jí)的效果，使離子處于運(yùn)動(dòng)能量最低的狀態(tài)。離子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷的時(shí)候釋放的能量轉(zhuǎn)換為一個(gè)光子，而光子的頻率正比于它的能量。在固體與氣體中，原子能級(jí)躍遷時(shí)的發(fā)光受到其他原子以及自身運(yùn)動(dòng)的影響，導(dǎo)致頻率的擾動(dòng)。而單個(gè)孤立的離子則不受這些因素的干擾，因而可以實(shí)現(xiàn)很高的頻率精度。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)不同的激光對(duì)離子照射，使它同時(shí)處于兩個(gè)量子狀態(tài)——這就是量子力學(xué)里“薛定諤的貓”，而且進(jìn)行了相應(yīng)的測(cè)量。在更為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)中，三個(gè)離子形成量子纏繞狀態(tài)，構(gòu)成三個(gè)可以用于量子計(jì)算的量子位元（qubit）……過(guò)去對(duì)量子力學(xué)的檢驗(yàn)大多是基于統(tǒng)計(jì)結(jié)果，而通過(guò)對(duì)單個(gè)離子的精準(zhǔn)控制，維蘭德等人的各種實(shí)驗(yàn)與測(cè)量直接從微觀層次驗(yàn)證了量子力學(xué)。

阿羅什與維蘭德殊途同歸。他的實(shí)驗(yàn)是通過(guò)兩面鏡子來(lái)回反射把光子關(guān)進(jìn)一個(gè)空腔，通過(guò)測(cè)量這些光子對(duì)高能級(jí)原子的影響得出光子的量子信息。

應(yīng)用與展望

量子力學(xué)和狹義相對(duì)論范文5

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究；邊緣科學(xué)知識(shí) ；綜合科學(xué)知識(shí)；實(shí)際應(yīng)用科學(xué)知識(shí)

江西省2008年實(shí)行人教版高中物理新課程至今，教材有較大突破，體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

一、教材將以前的三本書(shū)分成七本書(shū)，其中必修為兩本，是所有學(xué)生必學(xué)的內(nèi)容。選修有五本，是側(cè)重理科學(xué)生學(xué)習(xí)的。而且選修的五本就不同省份高考的考生來(lái)說(shuō)，只須選學(xué)其中四本。這樣學(xué)生的負(fù)擔(dān)大大降低了。

二、教材內(nèi)容梯度好，欄目豐富。

例如選修3-4第十一章機(jī)械振動(dòng)共分五節(jié)，第一節(jié)主要通過(guò)水平彈簧振子、沙漏的擺動(dòng)、豎直彈簧振子的實(shí)驗(yàn)探究得出簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的位移隨時(shí)間變化的關(guān)系，從而定義簡(jiǎn)諧振動(dòng)。書(shū)中的兩個(gè)兩“做一做”又從其他角度實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證簡(jiǎn)諧振動(dòng)的位移隨時(shí)間變化的圖象，該節(jié)提供了七個(gè)實(shí)驗(yàn)探究簡(jiǎn)諧振動(dòng)的位移隨時(shí)間變化的圖象，讓學(xué)生思維更開(kāi)闊，對(duì)簡(jiǎn)諧振動(dòng)定義獲得過(guò)程留下很深的絡(luò)印，和較大的興趣。

三、教材新增實(shí)際應(yīng)用的理論探究，對(duì)學(xué)生理解新問(wèn)題有更深的指導(dǎo)，有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

例如選修3-4第十二章機(jī)械波新增了“多普勒效應(yīng)”和“惠更斯原理”兩節(jié)。通過(guò)學(xué)習(xí)“多普勒效應(yīng)”，學(xué)生就能理解如何測(cè)車速來(lái)監(jiān)控車的違章情況；如何算出星球靠靠近或遠(yuǎn)離我們的速度；彩超的原理等，還可激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣。通過(guò)學(xué)習(xí)“惠更斯原理”，學(xué)生增強(qiáng)了對(duì)波的反射、折射、衍射現(xiàn)象的邏輯理解，對(duì)學(xué)生利用邏輯思維理解和分析問(wèn)題有較大的提高。

四、教材新增了對(duì)邊緣科學(xué)的學(xué)習(xí)

例如選修3-2第十章“傳感器”和選修3-4第十五章“相對(duì)論簡(jiǎn)介”，讓學(xué)生知道狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的基本邏輯理解，對(duì)科學(xué)的探究有更廣的猜想。而傳感器是實(shí)際應(yīng)用較普遍的，介紹了光敏電阻、熱敏電阻、溫控開(kāi)關(guān)等文件在電器中的工作原理，還有一些常見(jiàn)電路的分析，使學(xué)生對(duì)電子技術(shù)在現(xiàn)代化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用有了解，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的重要性認(rèn)識(shí)和興趣。

五、增設(shè)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)探索式學(xué)習(xí)

選修3-5第十六章第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的變量

從生產(chǎn)、生活中的現(xiàn)象（包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）中提出研究的問(wèn)題——碰撞前后會(huì)不會(huì)有什么物理量保持不變呢？接著提出了猜想。為了證實(shí)猜想而提出了“實(shí)驗(yàn)的基本思路”和實(shí)驗(yàn)中“需要考慮的問(wèn)題”。同時(shí)，提供三套實(shí)驗(yàn)方案供學(xué)校選擇，最后讓學(xué)生親自動(dòng)手，經(jīng)歷并體驗(yàn)尋找碰撞中“不變量”的過(guò)程。重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷碰撞問(wèn)題的研究過(guò)程。

一方面為下兩節(jié)“動(dòng)量和動(dòng)量定理”“動(dòng)量守恒定律”的引入提高實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)；另一方面，讓學(xué)生親自經(jīng)歷探究自然規(guī)律的過(guò)程，感悟自然界的和諧與統(tǒng)一；同時(shí)，將實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練與科學(xué)探究過(guò)程的體驗(yàn)，有機(jī)地結(jié)合。教科書(shū)設(shè)計(jì)這一節(jié)實(shí)驗(yàn)課，重在培養(yǎng)探究式學(xué)習(xí)的目的。

六、增設(shè)與其它學(xué)科相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)綜合知識(shí)的聯(lián)系。牢固樹(shù)立人類對(duì)世界探求是不斷深入的思想。

例如：3-5第十七章 波粒二象性 第5節(jié)“不確定性關(guān)系”，本節(jié)內(nèi)容是在上一節(jié)基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化的。學(xué)生已經(jīng)知道單個(gè)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)具有不確定性，但它在空間某點(diǎn)出現(xiàn)的概率卻可通過(guò)波動(dòng)規(guī)律確定。本節(jié)通過(guò)光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)，具體分析了這種不確定性的數(shù)量關(guān)系，給出了量子力學(xué)中一個(gè)著名的教學(xué)關(guān)系式——不確定性關(guān)系：。通過(guò)介紹經(jīng)典物理學(xué)和圍觀物理學(xué)中物理模型與物理現(xiàn)象的巨大差異，量子力學(xué)對(duì)社會(huì)進(jìn)步的重要性及對(duì)量子理論的論爭(zhēng)，為學(xué)生用新的觀點(diǎn)來(lái)認(rèn)識(shí)微觀物理世界提供了有效的空間，也為學(xué)生今后學(xué)習(xí)量子力學(xué)搭建過(guò)渡之橋。雖然我們不可能知道單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)情況，但是大量粒子的運(yùn)動(dòng)卻是有規(guī)律的。這種隨機(jī)現(xiàn)象遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，要從波的理論推測(cè)它的哪個(gè)地方的幾率有多大。反復(fù)強(qiáng)化這個(gè)概念，不確定性關(guān)系的模型才能逐漸在學(xué)生心中建立。通過(guò)物理模型與物理現(xiàn)象的教學(xué)，讓學(xué)生明確，模型是人類認(rèn)識(shí)自然的一種方式，模型是對(duì)自然的一種抽象、純化，但模型本身并不是自然本身。

教材簡(jiǎn)要介紹了量子力學(xué)對(duì)人類社會(huì)的重要貢獻(xiàn)，讓學(xué)生明確已學(xué)的能量子、光子、波粒二象性、不確定關(guān)系是量子力學(xué)的基礎(chǔ)，盡管以量子理論為基礎(chǔ)建立起來(lái)的現(xiàn)代技術(shù)已取得巨大成功。但是，對(duì)于“量子”的圖景和哲學(xué)意義，卻一直存在嚴(yán)重的分歧和激烈的爭(zhēng)論。讓學(xué)生樹(shù)立科學(xué)是不斷發(fā)展的思想，將爭(zhēng)議回歸到愛(ài)因斯坦那句話：整整50年有意識(shí)的思考，并沒(méi)有使我更接近“光量子是什么”這個(gè)問(wèn)題的答案。現(xiàn)在的理論并不是對(duì)微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的終極觀念，這種為了滿足我們“肉眼凡胎”而創(chuàng)立的模型，雖然比較完美地解釋了現(xiàn)在所觀測(cè)到的一切，但隨著認(rèn)識(shí)的深入，我們現(xiàn)在認(rèn)為的單個(gè)微粒運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)規(guī)律也可能是不完備的模型，我們也可能會(huì)了解它的真實(shí)圖景，科學(xué)研究沒(méi)有終點(diǎn)站。

量子力學(xué)和狹義相對(duì)論范文6

摘?要：基本物理常數(shù)是物理學(xué)中的一些普適常數(shù)。這些常數(shù)與自然科學(xué)的各個(gè)分支有著密切的聯(lián)系，物理學(xué)中許多劃時(shí)論的創(chuàng)立和新研究領(lǐng)域的開(kāi)辟，往往與某個(gè)基本物理常數(shù)的發(fā)現(xiàn)或準(zhǔn)確測(cè)定密切相關(guān)。

關(guān)鍵詞：物理常數(shù)；光速；普朗克常數(shù)

基本物理常數(shù)是物理學(xué)中的一些普適常數(shù)。這些常數(shù)與自然科學(xué)的各個(gè)分支有著密切的關(guān)系，在科學(xué)理論的提出和科學(xué)試驗(yàn)的發(fā)展中起著很重要的作用。

物理學(xué)中許多新領(lǐng)域的開(kāi)辟以及重大物理理論的創(chuàng)立，往往與相關(guān)基本物理常數(shù)的發(fā)現(xiàn)或準(zhǔn)確測(cè)定密切相關(guān)。基本物理常數(shù)的測(cè)定及其精度的不斷提高，生動(dòng)地反映了實(shí)驗(yàn)技術(shù)和測(cè)量方法的發(fā)展與更新，現(xiàn)在，許多基本物理常數(shù)的精度已達(dá)10-6量級(jí)，有的甚至達(dá)到10-8~10-10量級(jí)。本文僅以光速C和普朗克常數(shù)h為例來(lái)說(shuō)明。

光速是光波的傳播速度，原與聲波、水波等的傳播速度類似，并不具有任何“特殊的”的地位。但細(xì)分析起來(lái)，光速也似乎確有一些特殊之處。其一是光速的數(shù)值非常大，遠(yuǎn)非其他各種波動(dòng)速度所能比擬；其二是光波可以在真空中傳播，而其他波動(dòng)則離開(kāi)了相應(yīng)的彈性介質(zhì)便不復(fù)存在，由此引來(lái)了關(guān)于以太（假想的彈性介質(zhì)）的種種爭(zhēng)論。

1865年麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)方程組，證明了電磁波的存在，并推導(dǎo)出了電磁波的速度C等于電流的電磁單位與靜電單位之比。1849年斐索用實(shí)驗(yàn)測(cè)出光在空氣中的傳播速度為C =3.14858×108米/秒。分屬光學(xué)和電磁學(xué)的不相及的兩個(gè)傳播速度C電磁波與C光波之間出乎意料的驚人相符，使麥克斯韋立即意識(shí)到光波就是電磁波。于是，以C為橋梁把以前認(rèn)為彼此無(wú)關(guān)的光學(xué)與電磁學(xué)統(tǒng)一了起來(lái)。同時(shí)，由于電磁波傳播依賴的是電磁場(chǎng)的內(nèi)在聯(lián)系，無(wú)需任何彈性介質(zhì)，使得“以太”的存在和不存在沒(méi)有什么差別，不需要強(qiáng)加在它身上種種性質(zhì)。至此，光速C的地位陡然升高。

麥克斯韋電磁場(chǎng)理論揭示了電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律，統(tǒng)一了光學(xué)與電磁學(xué)，開(kāi)創(chuàng)了物理學(xué)的新時(shí)代。但同時(shí)它也提出了新的更深刻的問(wèn)題：麥克斯韋方程組只適用于某個(gè)特殊的慣性系還是適用于一切慣性系。如果麥克斯韋方程組只適用于某個(gè)特殊的慣性系，則不僅違背相對(duì)性原理，且該慣性系就是牛頓的絕對(duì)空間，地球相對(duì)它運(yùn)動(dòng)將受到以太風(fēng)的吹拂，然而試圖探測(cè)其影響的Michelson-Mor1ey實(shí)驗(yàn)卻得出了否定的結(jié)果。如果麥克斯韋方程組適用于一切慣性系，則根據(jù)伽利略變換得出的經(jīng)典速度合成規(guī)律，在不同慣性系中的光速應(yīng)不同，甚至?xí)霈F(xiàn)違背因果關(guān)系的超光速現(xiàn)象，也難以解釋。總之，對(duì)于麥克斯韋電磁場(chǎng)理論，伽利略變換和相對(duì)性原理之間存在著不可調(diào)和的深刻矛盾。直至1905年Einstein以相對(duì)性原理和光速不變?cè)頌榍疤幔⒔柚鍌惼澴儞Q方程建立起狹義相對(duì)論之后，這一切矛盾和困惑才最終得以解決。

由此可見(jiàn)，真空中的光速C從光波的速度上升為一切電磁波的傳播速度之后，又進(jìn)一步成為一切實(shí)際物體和信號(hào)速度的上限，并且在任何慣性系中C的取值都相同。C作為基本物理常數(shù)，提供了不可逾越的速度界限，從根本上否定了一切超距作用，成為相對(duì)論和新時(shí)空觀的鮮明標(biāo)志。

1900年普朗克為解釋黑體輻射，提出諧振子能量不連續(xù)的大膽假設(shè)。1905年Einstein為解釋光電效應(yīng)，把能量子假設(shè)推廣到電磁波，提出“光量子”。1924年德布羅意通過(guò)粒子與波的對(duì)比，假設(shè)微觀粒子也具有波動(dòng)性，也就是波粒二象性，設(shè)其動(dòng)量為p，則其德布洛依波長(zhǎng)由下式絕定：pλ=h，這里h是一常量，叫普朗克常數(shù)，h幾乎處處出現(xiàn)，它宣告物理學(xué)新的研究領(lǐng)域――量子物理學(xué)誕生了。

量子物理學(xué)的進(jìn)展表明，普朗克常數(shù)h是量子物理學(xué)的重要常數(shù)， h不僅必然成為微觀粒子運(yùn)動(dòng)特征的定量標(biāo)準(zhǔn)，而且成為劃分量子物理與經(jīng)典物理的定量界限（正如C是劃分相對(duì)論與非相對(duì)論的定量界限一樣）。如果物理體系具有作用量綱的物理量與h可相比擬，則該體系的行為必須在量子力學(xué)的框架內(nèi)描述；反之，如果物理體系具有作用量綱的物理量遠(yuǎn)大于h，則經(jīng)典物理學(xué)的規(guī)律就在足夠的精確度對(duì)該體系有效。普朗克常數(shù)h的深刻含義和重要地位，使之得以躋身基本物理常數(shù)之列。

普朗克常數(shù)h的一個(gè)意外而有趣的含義在于，它是一個(gè)直接關(guān)系到宇宙存在形式的基本常數(shù)。宇宙中廣泛存在著有形的物質(zhì)與輻射，其間的能量交換（如物體發(fā)光或吸收光）遵從一條物理原理，即能量按自由度均分。如果不存在普朗克常數(shù)，即若h=0，則表明輻射與有形物質(zhì)之間的能量交換可任意進(jìn)行。由于輻射的自由度與頻率的平方成正比，隨著頻率增高，輻射自由度在數(shù)量上是沒(méi)有上限的。因此，輻射通過(guò)與有形物質(zhì)的能量交換，將不斷地從有形物質(zhì)中吸取能量，最終導(dǎo)致有形物質(zhì)的毀滅。于是，整個(gè)宇宙只剩下輻射，沒(méi)有原子、分子，沒(méi)有氣體、液體、固體等，生命與人類當(dāng)然無(wú)從談及。幸而普朗克常數(shù)h不為零，輻射的能量是不連續(xù)的，存在著ε=hv的能量臺(tái)階，波長(zhǎng)越短頻率越高的輻射其能量臺(tái)階越高，在與有形物質(zhì)的能量交換中越不起作用，相應(yīng)的輻射自由度凍結(jié)，從而使有形物質(zhì)與幅射的能量交換受到限制，兩者才能達(dá)到平衡，我們這個(gè)宇宙才能以當(dāng)今豐富多采的形式存在下去。

下面介紹一下近代精確測(cè)量C和h的方法。

測(cè)量真空中光速的精確方法是，直接測(cè)量激光的頻率ν和真空波長(zhǎng)λ，由兩者乘積得出真空光C。1972年，通過(guò)測(cè)量甲烷譜線的頻率與真空波長(zhǎng)，得出真空中光速為c＝299792458±1.2米/秒。1983年第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)規(guī)定新的米定義為：“米是1/299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)光在真空中行程的長(zhǎng)度。”由于光速是定義，不確定度為零，從此不再需要任何測(cè)量，結(jié)束了300多年精密測(cè)量C的歷史。

h首先由普朗克給出，他利用黑體輻射位移定律中的Wien常數(shù)b與k（Boltzmann常數(shù)）、C、h的關(guān)系，由b、k、C算出h，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定h則始于Millikan，他利用光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)得出h，近代精確測(cè)定h的方法是利用Josephson效應(yīng)，這是超導(dǎo)體的一種量子效應(yīng)。

1900年，Thomson在總結(jié)以往幾百年的物理學(xué)時(shí)指出：“在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中，后輩物理學(xué)家似乎只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了；但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云。”這兩朵烏云就是當(dāng)時(shí)無(wú)法解釋的黑體輻射和Michel-son―MOrley實(shí)驗(yàn)，正是它們引起了物理學(xué)的深刻變革，導(dǎo)致量子力學(xué)和相對(duì)論的誕生，與此同時(shí)出現(xiàn)了兩個(gè)基本物理常數(shù)h和C。

參考文獻(xiàn)：

[1] [美]威切曼著，復(fù)旦大學(xué)物理系譯，《量子物理學(xué)》，科學(xué)出版社，1978年