文档介绍：物理学的新时代——19世纪末20世纪初的物理学革命
人文学院科技所
屠聪艳
参考书目
主要参考:
《科学技术史讲义》清华大学出版社
辅助参考:
《大学物理导论——物理学的理论方法、历史与前沿》(上册)向义和清华大学出版社
《科学史及其与宗教和哲学的关系》丹皮尔商务印书馆
《历史上的科学》贝尔纳科学出版社
本书的优缺点
优点:条理清晰,容易把握,讲课的理想选择;
缺点:过于简单,需要辅助理解。
比较:
《科学史》:重思想,有逻辑,过难;
《大学物理导论》:兼顾理论、方法与历史,是理解相对论的最佳选择(p267-p337);
《历史上的科学》:揭示了很多本质性的东西,但缺乏内在的连贯性。
※物理学革命的序幕
古典物理学的顶峰与物理学危机
X射线、放射性与电子的发现
物理学的新发现与哲学上两条路线的斗争
※相对论的创立
从绝对时空观到狭义相对论的建立
广义相对论极其验证
1、古典物理学的顶峰
牛顿力学建立后,被顺利地推广到刚体和流体。到了19世纪,热力学、统计力学和电动力学也建立起来了。古典物理学在科学与技术的各个领域得到了广泛的应用,取得了巨大的成功。1846年海王星的发现又完全证实了根据牛顿理论所作出的预言。19世纪40年代能量守恒定律的发现,揭示了各种物质运动形式之间的转化关系,从而把力学、热学、电学、化学等联系在一起。牛顿力学成为各门科学的理论基础,这样,大至日月星辰、小到原子分子,似乎无不被牛顿体系所包罗。大部分人认为,物理学大厦已经最终建成,剩下的工作只是把物理常数的测量弄得再准确一些。
2、物理学危机
隐含的危机:麦克斯韦电磁场理论的无法解释
正当古典物理达到了顶峰,人们陶醉于“尽善尽美”的境界时,却出乎意料地发生了物理学危机。
这场危机是从以太漂移实验和黑体辐射定律的研究开始的。
—以太漂移实验的零结果
—对比热和热辐射定律研究中出现了“紫外灾难”
两朵乌云——>乌云密布
这次危机
终于酿成了
序幕:阴极射线的发现
1836年法拉第就注意到低压气体中的放电现象,但因缺少高真空的手段未能实现真空放电;
1854年盖斯勒发明了“盖斯勒真空管”;
1876年戈尔茨坦指出真空放电时阴极管壁上产生的绿色光辉,是由负极上所产生的某种射线射到玻璃上引起的,他把这种射线称为“阴极射线”。
“阴极射线”的发现,引起科学家的兴趣,不少人来研究射线的性质,从而导致了X射线、放射性和电子等一系列重要发现。
X射线的发现
德国物理学家伦琴在用“希托夫-克鲁克斯真空管”研究阴极射线时偶尔发现,一个涂有亚铂氰化钡(一种荧光物质)的幕屏放在放电管附近时,屏幕上会闪耀着青绿色的光辉;无论怎么挪远屏幕距离,结果都是一样;他将一些东西放在玻璃管与屏幕之间,发现有某种新射线从管中射出来;这种射线不仅能使某些物质发出荧光,而且还能穿透玻璃、厚纸板甚至金属;这种射线还能透过黑纸使照相底片感光。