En la historia de la física, ¿quiénes son los que son testarudos y no están dispuestos a aceptar nuevos conocimientos?
Física clásica y física moderna
En primer lugar, la física clásica y las ciencias naturales clásicas basadas en la mecánica newtoniana tratan en gran medida de cosas naturales y ciencias naturales. procesos y leyes de la naturaleza, pero a menudo no logra explicar las relaciones de causa y efecto de estas cosas, propiedades, procesos y leyes. Lo que las ciencias naturales modernas pueden o deben hacer es resolver estas preguntas del "por qué" basándose en la comprensión de los procesos microscópicos.
En segundo lugar, la ciencia natural clásica tiene su universalidad e integridad, pero en términos de reflejar todo el mundo natural, la teoría clásica es básicamente un conocimiento especial y parcial sobre el campo natural. La ciencia moderna tiene una universalidad superior y una; alcance mundial más amplio.
Capítulo 1 El desarrollo de la física
1 Teoría de la relatividad
La teoría de la relatividad es una piedra angular importante de la física moderna. Su establecimiento es uno de los mayores descubrimientos de las ciencias naturales del siglo XX y ha tenido un profundo impacto en la física, la astronomía e incluso el pensamiento filosófico. La teoría de la relatividad es el producto inevitable del desarrollo de la ciencia y la tecnología hasta cierto punto, la continuación lógica y el desarrollo de la teoría electromagnética y el resultado de otra síntesis de ramas relevantes de la física. La teoría de la relatividad se estableció mediante el desarrollo de los experimentos de Michelson, Morley, Lorenz y Einstein.
2 Mecánica Cuántica
En 1900, Planck introdujo el concepto de energía para superar la dificultad de explicar la ley de radiación del cuerpo negro con la teoría clásica, sentando las bases de la teoría cuántica. Posteriormente, Einstein propuso la hipótesis del cuanto de luz en respuesta a la contradicción entre el experimento del efecto fotoeléctrico y la teoría clásica, y aplicó con éxito el concepto de cuantos de energía al calor específico de los sólidos, abriendo una nueva situación para el desarrollo de la teoría cuántica. 50438+0913 Bohr aplicó el concepto de cuantificación basándose en el modelo nuclear de Rutherford y dio una explicación satisfactoria al espectro del hidrógeno, dando a la teoría cuántica una victoria inicial. Después del trabajo pionero de Bohr, Somerset Heisenberg, Schrödinger, Dirac y otros, finalmente se desarrolló un conjunto completo de teorías de la mecánica cuántica entre 1925 y 1928.
3 Núcleo Atómico y Partículas Elementales
La física nuclear, que tuvo su origen en el estudio de la radiactividad, es una disciplina completamente nueva que surgió a finales del siglo XIX. Antes de esto, no se sabía nada sobre esta zona. Los físicos involucrados en esta investigación realizaron varios experimentos y observaciones mediante instrumentos simples recién construidos, recolectaron datos, resumieron experiencias, buscaron reglas y exploraron nuevas áreas. No fue hasta después de 1933 que la teoría de la física nuclear tomó forma gradualmente.
4 Física del estado sólido
A principios del siglo XX, la física del estado sólido comenzó a penetrar en el campo microscópico y la gente comenzó a utilizar leyes microscópicas para calcular observaciones experimentales. La mecánica cuántica se aplicó por primera vez a osciladores armónicos simples y átomos simples y demostró ser correcta. En segundo lugar, logró resultados sobre el problema de los enlaces químicos. Después de la década de 1920, nació la física del estado sólido como disciplina en el campo de la física.
5 Física y Tecnología
El desarrollo de la física proporciona la base para las nuevas tecnologías, y también existe plenamente la relación contraria. Sin el uso de diversas máquinas con tecnología electrónica, la física actual e incluso toda la investigación científica podrían no existir ni por un día. Para construir un enorme acelerador que sea indispensable para la física de energías ultraaltas, es necesario movilizar la tecnología mecánica de precisión y la tecnología electrónica más avanzadas. Al mismo tiempo, debido a la constante demanda de avances tecnológicos, también está aumentando la investigación sobre la física que subyace a estas tecnologías. Se puede decir que no existen tales aspectos.
6 Institucionalización de la ciencia
La tendencia a la disciplinarización de la ingeniería básica en la física moderna, por supuesto, está formada e impulsada por el surgimiento de nuevas condiciones sociales que rodean la ciencia.
7 La expansión geográfica de la física
Los cambios en la física van acompañados de la expansión geográfica de la física. La expansión geográfica de la física en Rusia (la Unión Soviética), Estados Unidos, Japón, China, Europa, Asia y África seguramente ampliará aún más la investigación en física de vanguardia, por lo que no hay razón para pensar que estos países lo harán. No produciremos investigaciones reales sobre física en el futuro.
8 Tecnificación de la Investigación
Esta tendencia se puede combinar con las posibilidades de diversas nuevas tecnologías apoyadas en la física como signo de progreso social.
El capítulo 2 es el prefacio de la física moderna
El descubrimiento de los electrones
Antecedentes: El descubrimiento de los electrones se originó a partir del estudio de los rayos catódicos. Los rayos catódicos son un fenómeno extraño durante las descargas de gas a baja presión.
Hertz y otros apoyan esta opinión, y la mayoría de la gente está de acuerdo con la teoría del éter. Los físicos británicos Crookes y Schuster creían que los rayos catódicos estaban compuestos de partículas basándose en sus propios experimentos y explicaciones. La escuela alemana defiende la teoría del éter y la escuela británica defiende la teoría de las partículas cargadas.
La investigación de J. Thomson sobre los electrones
Investigación cualitativa: J. J. Thomson también mejoró el experimento de desviación del campo electrostático de Hertz. Aumenta aún más el grado de vacío, reduce el voltaje entre electrodos para evitar la ionización del gas y finalmente obtiene una desviación electrostática estable.
Investigación cuantitativa: un método consiste en utilizar un tubo de desviación de campo electrostático, agregar bobinas energizadas en ambos lados del tubo para generar un campo magnético perpendicular a la dirección del campo eléctrico y luego calcular el cátodo basado sobre las desviaciones causadas por el campo eléctrico y el campo magnético respectivamente. La relación carga-masa del rayo es e/m. Otro método consiste en medir el aumento de temperatura del cátodo. Debido a que los rayos catódicos inciden sobre el cátodo, la temperatura del cátodo aumentará. J.J. Thomson conectó un termopar al cátodo y midió su cambio de temperatura. Dos métodos diferentes.
3. Prueba de universalidad
Investigación sobre los rayos X
En 1895, el profesor Röntgen descubrió los rayos X durante una investigación con rayos catódicos en la Universidad de Würzburg. Alemania.
En tercer lugar, el descubrimiento de la radiactividad
El estudio de los rayos catódicos condujo al descubrimiento de las sustancias radiactivas. El 18 de mayo de 1996 Becquerel descubrió la radiactividad.
Aunque el descubrimiento de la radiactividad de Becquerel no fue tan sensacional como el descubrimiento de la radiactividad de Roentgen allanó el camino para la investigación y el desarrollo.
Capítulo 3 El establecimiento de la teoría de la relatividad
El estudio de la teoría de la relatividad se originó a partir de la exploración de la "deriva del éter" y la observación de aberraciones ópticas. En 1678, Huygens comparó las vibraciones de la luz con las vibraciones del sonido y las consideró pulsos elásticos en el éter. Pero más tarde, cuando la teoría de las partículas ligeras se hizo popular y la teoría del éter fue suprimida, Newton creyó que el éter no era necesario y abogó por la acción a distancia. Después de 1800, la teoría ondulatoria explicó con éxito la interferencia y la difracción. La teoría del éter está resurgiendo. Los partidarios de la teoría ondulatoria creen que, dado que la luz es una onda, debe tener un portador, y este portador es el éter. Consideran el éter como una "materia" rígida, omnipresente, absolutamente estática y extremadamente delgada.
La ecuación de onda de las ondas mecánicas y la ecuación de onda de las ondas electromagnéticas
La vibración mecánica sólo se propaga en medios elásticos para formar ondas mecánicas. Aplicando la ley de Newton y la ley de Hooke en medios elásticos se puede establecer la ecuación de onda de las ondas mecánicas. La ecuación de onda de las ondas de corte unidimensionales es
¿Las ecuaciones de onda y las velocidades de onda de las ondas mecánicas también son aplicables a las ondas electromagnéticas (incluidas las ondas de luz)? Las ondas electromagnéticas tienen ecuaciones de onda similares a las ondas mecánicas. Entonces, ¿en qué sistema de referencia se basa la ecuación de onda de las ondas electromagnéticas y con qué sistema de referencia se relaciona la velocidad en el vacío?
En 1861, el físico británico Maxwell derivó la ecuación de onda de las ondas electromagnéticas en el vacío basándose en un resumen de las reglas experimentales de sus predecesores. La ecuación de onda de vacío unidimensional es:
3. Experimento de Michelson-Morley
La teoría ondulatoria supone que el vacío está lleno de éter y la luz se propaga a una velocidad c relativa a el éter. ¿Cuál sería el valor de la velocidad de la luz en el vacío medida por un observador en la Tierra? Si el éter no fue impulsado en absoluto cuando la Tierra se movía, entonces la velocidad de la luz en el vacío medida en la Tierra debería ser la diferencia vectorial entre la velocidad de la luz al éter y la velocidad de la Tierra en relación con el éter. Para ilustrar que la velocidad de la luz que viaja con respecto a la Tierra es diferente de C, Michelson diseñó un experimento muy inteligente.
En el dispositivo original de Michelson, la franja de 0,04 se podía obtener utilizando la velocidad de revolución de la Tierra. Este es un efecto muy pequeño, pero su instrumento sólo observó un cambio de 0,02 franjas. Incluso con mejoras adicionales, no se observó ningún movimiento en los bordes.
4. Aportaciones de Lorenz y otros
Fitzgerald propuso la famosa hipótesis de la contracción de Lorenz-Fitzgerald en 1889. Lorenz fue propuesta de forma independiente en 1892. Todos reconocieron la existencia del éter. Cuando un objeto de longitud L está en reposo en el éter, se acorta a .
5. Einstein y la Teoría Especial de la Relatividad
Aplicando los principios de la relatividad a la teoría electromagnética, si las ecuaciones del campo electromagnético de Maxwell (la constante universal de la velocidad de la luz C en el vacío) son correctas. aparece en la ecuación ), también debemos admitir que la velocidad de la luz C en el vacío es la misma para todos los sistemas inerciales y no tiene nada que ver con el movimiento de la fuente de onda.
Sin embargo, esto no es equivalente a la mecánica newtoniana. En la mecánica newtoniana, la velocidad siempre es relativa a un determinado sistema de referencia y la velocidad universal no está permitida en las ecuaciones dinámicas.
6. El establecimiento de la teoría general de la relatividad
Tras el establecimiento de la teoría especial de la relatividad, Einstein no se detuvo. Él cree que todavía hay muchos problemas con la relatividad especial, tales como: ¿por qué la masa inercial cambia con la energía y por qué todos los objetos caen en el campo gravitacional con la misma aceleración? En 2006, Einstein publicó "Fundamentos de la Relatividad General", que proporcionaba un resumen completo de la investigación sobre la relatividad general. En el artículo, Einstein demostró que la teoría de Newton puede utilizarse como una aproximación de primer orden a la teoría de la relatividad gravitacional y es válida.
7. Análisis del éxito de Einstein
1. Elegido
2. Atrévete a innovar y romper las reglas
3.Cultivo filosófico.
Estados Unidos lanzó un satélite de detección para verificar la predicción de Einstein hace 88 años.
El capítulo 4 trata sobre el desarrollo de la mecánica cuántica.
Investigación sobre la radiación de cuerpo negro
La relación entre la emisividad e(v, T) de la radiación térmica del objeto de Kirchhoff en 1859 y la tasa de absorción a(v, T) es igual a La emisividad de un cuerpo negro a la misma longitud de onda a esta temperatura.
En 1879, Stepan concluyó, basándose en experimentos, la relación entre la energía de radiación total de un cuerpo negro y la cuarta potencia de la temperatura del cuerpo negro.
Fórmula empírica de Wien 1893
1900 Rayleigh
Para resolver las dificultades anteriores, Planck utilizó el método de interpolación para combinar la fórmula de Wien aplicable a ondas cortas y En relación con la fórmula de ondas largas de Rayleigh-Jenkins, en 1900 se propuso una nueva fórmula.
Planck y la fluctuación de los pensamientos unificados
La principal razón de las vacilaciones y vacilaciones de Planck en el estudio de la teoría cuántica fue la unidad de la física, es decir, cómo explicar la teoría cuántica.
La formación de la teoría de Bohr
Alcance
Rutherford
Teoría cuántica
Teoría de Bohr
1913 Estructura atómica y estructura molecular propusieron dos supuestos básicos: estado estacionario y transición.
En 1914, Frank y G. Hertz diseñaron un experimento de colisión entre electrones y átomos basándose en la idea rectora de la separación de energía. Utilizaron el método de colisión de electrones lentos con vapor fino de mercurio para determinar el potencial de excitación o potencial de ionización de los átomos de plata, confirmando así que los átomos sólo pueden estar en ciertos estados de energía discretos. Como resultado, rompieron con la visión de la física clásica de la continuidad energética "natural sin saltos". Este experimento se convirtió en una prueba importante para la teoría atómica de Bohr.
En 1918, para explicar la intensidad de las líneas espectrales, un problema que la teoría atómica no podía resolver en ese momento, Bohr propuso un principio correspondiente para coordinar la relación entre la teoría física clásica y la teoría cuántica microscópica. teoría.
La intuición de Bohr y los métodos de investigación innovadores
Los pensamientos de investigación científica de Bohr están conectados con su intuición. Nunca se inmuta y no sigue el llamado camino lógico estricto. Las características y métodos de pensamiento flexible de Bohr han sido comprendidos y apreciados por cada vez más personas en la actualidad.
El establecimiento de la mecánica cuántica
Pauli propuso el principio de exclusión en 1924. Este principio llevó a Uhlenbeck y Gausmit a proponer la visión del espín del electrón en 1925, que resolvió problemas inexplicables de larga data, como la estructura espectral fina, el efecto Zeeman anómalo y el experimento de Stern-Gerlach. Ese mismo año, Heisenberg fundó la mecánica matricial. La teoría cuántica alcanza un nuevo nivel. En 1923, De Broglie propuso la hipótesis de la materia-onda, lo que llevó a Schrödinger a establecer una nueva teoría cuántica en forma de ecuación de onda en 1926. Schrödinger pronto demostró que las dos teorías cuánticas eran completamente equivalentes, sólo que en formas diferentes. Además, Schrödinger +0928,
El capítulo 5 es la contribución de los físicos chinos al desarrollo de la física moderna.
Estudiar en el extranjero
Los estudios de los académicos chinos en el extranjero se remontan a mediados del siglo XIX. En el proceso de "buscar fuerza" y "buscar riqueza" en las actividades de occidentalización de la dinastía Qing, muchos estudiantes fueron enviados a estudiar a varios países para cultivar un nuevo ejército y una marina, establecer una industria militar moderna y empresas de seguridad civil. Durante el período de 1862 a 1900, las habilidades prácticas y militares como conducir, cableado, electricistas, artillería, construcción naval, fundición, minería y tejido eran imposibles y no existía la visión de enviar a los estudiantes a aprender materias básicas de matemáticas, física y química.
2. El desarrollo de la educación física
La Escuela Tianjin West y el Shanghai Nanyang College se fundaron en 1895 y 1897 respectivamente.
Las escuelas chinas y occidentales se dividen en escuelas de primera clase y escuelas de segunda clase, siendo las primeras equivalentes a universidades.
Shi Jing, fundada en 1898, en el Paraninfo de la Universidad.
3. Establecer instituciones de investigación
En marzo de 1928, se estableció el Instituto Nacional de Física e Industria Química en Shanghai, y en junio del mismo año, se estableció el Instituto Central de Investigación. . En octubre de 1654, parte del Instituto de Física y Química pasó a llamarse Instituto de Física y se afilió a la Academia Sínica.
En septiembre de 1929, se estableció en Peiping el Instituto de Investigación de Pekín.
A finales de la década de 1920, el estado aprobó universidades calificadas para establecer departamentos de investigación para llevar a cabo investigaciones científicas mientras enseñaban.
Sociedad China de Física
La Sociedad China de Física se estableció en 1932, lo cual es un resultado inevitable del desarrollo de la enseñanza y la investigación de la física en mi país. Alrededor de 1932, había alrededor de 300 físicos.
La Revista China de Física se fundó en 1933. De 1933 a 1935, se publicó el primer volumen * * * y, en 1950, se publicaron siete volúmenes. La revista se publica en idiomas extranjeros (principalmente inglés, pero también en francés y alemán), con subtítulos en chino.
El papel de los físicos extranjeros en el desarrollo de la física moderna en China
1 Los físicos extranjeros han cultivado y ayudado a los físicos chinos. Muchos físicos chinos fueron formados por físicos extranjeros famosos.
Los físicos extranjeros vienen a China para dar conferencias, lo que promueve en gran medida el desarrollo de la física china. En 2008+0921, Cai Yuanpei y Xia Yuan0 visitaron a Einstein y lo invitaron a dar conferencias en China. Lang vino a China para dar conferencias a finales de 2008. 31 de mayo al 4 de junio de 1937,
Principales aportaciones de los físicos chinos a la física moderna
Wu es famoso en Estados Unidos por sus investigaciones sobre el efecto Compton. Sus dos artículos experimentales sobre la relación de distribución de energía entre líneas variables y fijas en el efecto Compton demostraron la existencia del efecto Compton, enriquecieron y desarrollaron el trabajo de Compton y aceleraron la comprensión del efecto Compton por parte de la comunidad académica internacional. Después de que Wu regresó a China, continuó participando solo en investigaciones relacionadas o dirigió estudiantes de posgrado.
En experimentos para estudiar el coeficiente de absorción y la dispersión de rayos duros, Zhao Zhongyao observó por primera vez la generación y aniquilación de pares electrón-positrón.
La investigación de Sa Bendong sobre el álgebra vectorial paralela de circuitos trifásicos en la década de 1930, que pertenece al triángulo de las matemáticas, la física y la maquinaria eléctrica, recibió el título de "Mejor artículo en teoría e investigación". por el Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos en 1937. . En la década de 1940, Sabendong se dedicó a la investigación de motores de CA y analizó los problemas de los motores de CA en sistemas modulares. Escribió el libro "Conceptos básicos de los motores de CA" basándose en los materiales que impartió en la Universidad de Xiamen y en los Estados Unidos, y ganó premios en el Reino Unido y los Estados Unidos.
Durante 1949, Zhang Wenyu descubrió el fenómeno de los neutrones y la radiación de neutrones durante el estudio de las cámaras de niebla de absorción de mesones, abriendo un nuevo campo de investigación en física atómica exótica. Estos dos descubrimientos se conocen internacionalmente como "radiación Zhang" y "átomo Zhang".
En 1947, Huang Kun descubrió lo que más tarde se denominó "dispersión amarilla", es decir, la dispersión difusa de los rayos X provocada por defectos de impurezas en los sólidos, que se convirtió directa y eficazmente en un medio para estudiar micro- Defectos en los cristales. En 1950, Huang Kunhe (Fu) *** propuso una teoría cuántica de radiación multifónica y transiciones no radiativas, conocida internacionalmente como "teoría de Huang". 48660.68668686661
Xie colaboró con W.V. Houston para estudiar la estructura fina del sistema Balmer del espectro atómico del hidrógeno estadounidense de 1932 a 1934 y descubrió el cambio "Lamb" que no se confirmó hasta finales de la década de 1940. Al final de la década, se hizo una sugerencia audaz de que la teoría de la renormalización debería desarrollarse en la misma dirección.
El origen del universo y el estudio de los materiales superconductores.
En mecánica cuántica, criptografía cuántica, ordenadores cuánticos y otras subdisciplinas relacionadas con lo cuántico.
Desarrollarse de maneras cada vez más pequeñas.
Más pequeños: aprenda de qué está hecha la materia y vea si los quarks se pueden subdividir.
Más grande: ¡aprende sobre el universo! Física Cósmica
La Existencia de Extraterrestres