搜索
光速和普朗克常数§1.2探讨中国科学在历史上逐渐落后的原因——“李约瑟难题”著有《中国科学技术史》的英国科学家李约瑟指出:“作为一个整体的现代科学没有发生在中国，它发生于西方——欧美，即欧洲文明的广大范围。这有什么原因呢？我以为必须找出这个原因，因为如果我们不了解它，我们关于科学技术史的观点就处于混乱之中。如果我们不了解过去，也就没有多少希望掌握未来。”八大基本概念物质、运动、时间、空间、场、实物、粒子、波两大基本常数8(2.9974245800.000000012)10/cms34(6.6216760.000036)10hJs三大守恒定律能量守恒动量守恒角动量守恒东西方文化不同西方文化首先强在科学文化，西方科学文化不但主导着世界的科学文化，甚至也主导着西方人文文化。东方文化在科学文化上弱于西方，但是在人文文化方面并不弱于西方。在当今日益严重的全球性危机面前，一些西方学者正在把目光逐渐转向东方文化。中国古代哲学所提倡的“和而不同”、“天人合一”已被作为处理人与人和人与自然关系的思想原则物理界十大最美丽的实验1.托马斯·杨的双缝演示应用于电子干涉实验牛顿和托马斯·杨对光的性质研究得出的结论都不完全正确。光既不是简单的由微粒构成，也不是一种单纯的波。20世纪初，麦克斯·普克朗和阿尔伯特·爱因斯坦分别指出一种叫光子的东西发出光和吸收光。但是其他实验还是证明光是一种波状物。经过几十年发展的量子学说最终总结了两个矛盾的真理：光子和亚原子微粒（如电子、光子等等）是同时具有两种性质的微粒，物理上称它们：波粒二象性。将托马斯·杨的双缝演示改造一下可以很好地说明这一点。科学家们用电子流代替光束来解释这个实验。根据量子力学，电粒子流被分为两股，被分得更小的粒子流产生波的效应，它们相互影响，以至产生像托马斯·杨的双缝演示中出现的加强光和阴影。这说明微粒也有波的效应。2.伽利略的自由落体实验从文化视角看：我过传统文化讲究“实用”，缺乏科学探索，建立理论思维的动力。_从科学方法看：满足表面现象，虽有演绎法的萌芽，但没有严格意义下的实验和归纳法。例如，只有“勾三股四弦五”，却没有a2+b2=c2。_制度问题：科举制度，闭关锁国_在16世纪末，人人都认为重量大的物体比重量小的物体下落得快，因为伟大的亚里士多德已经这么说了。伽利略，当时在比萨大学数学系任职，他大胆地向公众的观点挑战。著名的比萨斜塔实验已经成为科学中的一个故事：他从斜塔上同时扔下一轻一重的物体，让大家看到两个物体同时落地。伽利略挑战亚里士多德的代价也许是他失去了工作，但他展示的是自然界的本质，而不是人类的权威，科学作出了最后的裁决。3.罗伯特·米利根的油滴实验很早以前，科学家就在研究电。人们知道这种无形的物质可以从天上的闪电中得到，也可以通过摩擦头发得到。1897年，英国物理学家J·J·托马斯已经确立电流是由带负电粒子即电子组成的。1909年美国科学家罗伯特·米利肯开始测量电流的电荷。米利根用一个香水瓶的喷头向一个透明的小盒子里喷油滴。小盒子的顶部和底部分别连接一个电池，让一边成为正电板，另一边成为负电板。当小油滴通过空气时，就会吸一些静电，油滴下落的速度可以通过改变电板间的电压来控制。米利肯不断改变电压，仔细观察每一颗油滴的运动。经过反复试验，米利肯得出结论：电荷的值是某个固定的常量，最小单位就是单个电子的带电量。4.牛顿的棱镜分解太阳光艾萨克·牛顿出生那年，伽利略与世长辞。牛顿1665年毕业于剑桥大学的三一学院，后来因躲避鼠疫在家里呆了两年，后来顺利地得到了工作。当时大家都认为白光是一种纯的没有其它颜色的光（亚里士多德就是这样认为的），而彩色光是一种不知何故发生变化的光。为了验证这个假设，牛顿把一面三棱镜放在阳光下，透过三棱镜，光在墙上被分解为不同颜色，后来我们称作为光谱。人们知道彩虹的五颜六色，但是他们认为那是因为不正常。牛顿的结论是：正是这些红、橙、黄、绿、青、蓝、紫基础色有不同的色谱才形成了表面上颜色单一的白色光，如果你深入地看看，会发现白光是非常美丽的。5.托马斯·杨的光干涉实验牛顿也不是永远正确。在多次争吵后，牛顿让科学界接受了这样的观点：光是由微粒组成的，而不是一种波。1830年，英国医生、物理学家托马斯·杨用实验来验证这一观点。他在百叶窗上开了一个小洞，然后用厚纸片盖住，再在纸片上戳一个很小的洞。让光线透过，并用一面镜子反射透过的光线。然后他用一个厚约1／30英寸的纸片把这束光从中间分成两束。结果看到了相交的光线和阴影。这说明两束光线可以像波一样相互干涉。这个实验为一个世纪后量子学说的创立起到了至关重要的作用。6.卡文迪许扭矩实验牛顿的另一伟大贡献是他的万有引力定律，但是万有引力到底多大？18世纪末，英国科学家亨利·卡文迪许决定要找出这个引力。他将两边系有小金属球的6英尺木棒用金属线悬吊起来，这个木棒就像哑铃一样。再将两个350磅重的铅球放在相当近的地方，以产生足够的引力让哑铃转动，并扭转金属线。然后用自制的仪器测量出微小的转动。测量结果惊人的准确，他测出了万有引力恒量的参数，在此基础上卡文迪许计算地球的密度和质量。卡文迪许的计算结果是：地球重6.0×1024公斤，或者说13万亿万亿磅。7.埃拉托色尼测量地球圆周长古埃及的一个现名为阿斯旺的小镇。在这个小镇上，夏至日正午的阳光悬在头顶：物体没有影子，阳光直接射入深水井中。埃拉托色尼是公元前3世纪亚历山大图书馆馆长，他意识到这一信息可以帮助他估计地球的周长。在以后几年里的同一天、同一时间，他在亚历山大测量了同一地点的物体的影子。发现太阳光线有轻微的倾斜，在垂直方向偏离大约7度角。剩下的就是几何学问题了。假设地球是球状，那么它的圆周应跨越360度。如果两座城市成7度角，就是7／360的圆周，就是当时5000个希腊运动场的距离。因此地球周长应该是25万个希腊运动场。今天，通过航迹测算，我们知道埃拉托色尼的测量误差仅仅在5％以内。8.伽利略的加速度实验伽利略继续提炼他有关物体移动的观点。他做了一个6米多长，3米多宽的光滑直木板槽。再把这个木板槽倾斜固定，让铜球从木槽顶端沿斜面滑下，并用水钟测量铜球每次下滑的时间，研究它们之间的关系。亚里士多德曾预言滚动球的速度是均匀不变的：铜球滚动两倍的时间就走出两倍的路程。伽利略却证明铜球滚动的路程和时间的平方成比例：两倍的时间里，铜球滚动4倍的距离，因为存在恒定的重力加速度。9.卢瑟福发现核子实验1911年卢瑟福还在曼彻斯特大学做放射能实验时，原子在人们的印象中就好像是“葡萄干布丁”，大量正电荷聚集的糊状物质，中间包含着电子微粒。但是他和他的助手发现向金箔发射带正电的阿尔法微粒时有少量被弹回，这使他们非常吃惊。卢瑟福计算出原子并不是一团糊状物质，大部分物质集中在一个中心小核上，现在叫作核子，电子在它周围环绕。10.米歇尔·傅科钟摆实验去年，科学家们在南极安置一个摆钟，并观察它的摆动。他们是在重复1851年巴黎的一个著名实验。1851年法国科学家傅科在公众面前做了一个实验，用一根长220英尺的钢丝将一个62磅重的头上带有铁笔的铁球悬挂在屋顶下，观测记录它前后摆动的轨迹。周围观众发现钟摆每次摆动都会稍稍偏离原轨迹并发生旋转时，无不惊讶。实际上这是因为房屋在缓缓移动。傅科的演示说明地球是在围绕地轴自转的。在巴黎的纬度上，钟摆的轨迹是顺时针方向，30小时一周期。在南半球，钟摆应是逆时针转动，而在赤道上将不会转动。在南极，转动周期是24小时。物理学方法论实验法1.定义实验方法和观察方法相比较所不同的是，实验方法是指人们根据一定的科学研究目的，利用科学仪器设备，在人为控制或模拟的特定条件下，排除各种干扰，对研究对象进行观察的方法。(一)科学实验的种类科学实验有两种含义：一是指探索性实验，即探索自然规律与创造发明或发现新东西的实验，这类实验往往是前人或他人从未做过或还未完成的研究工作所进行的实验；二是指人们为了学习、掌握或教授他人已有科学技术知识所进行的实验，如学校中安排的实验课中的实验等。实际上两类实验是没有严格界限的，因为有时重复他人的实验，也可能会发现新问题，从而通过解决新问题而实现科技创新。但是探索性实验的创新目的明确，因此科技创新主要由这类实验获得。归纳法归纳法或归纳推理，有时叫做归纳逻辑，是论证的前提支持结论但不确保结论的推理过程。它把特性或关系归结到基于对特殊的代表(token)的有限观察的类型；或公式表达基于对反复再现的现象的模式(pattern)的有限观察的规律。例如，使用归纳法在如下特殊的命题中:冰是冷的。在击打球杆的时候弹子球移动。推断出普遍的命题如:所有冰都是冷的。或:在太阳下没有冰。对于所有动作，都有相同和相反的重做动作。人们在归纳时往往加入自己的想法，而这恰恰帮助了人们的记忆。物理学研究方法之一。通过样本信息来推断总体信息的技术。要做出正确的归纳，就要从总体中选出的样本，这个样本必须足够大而且具有代表性。比如在我们买葡萄的时候就用了归纳法，我们往往先尝一尝，如果都很甜，就归纳出所有的葡萄都很甜的，就放心的买上一大串。归纳法有两种常用定义。一种定义为从个别前提得出一般结论的方法；根据这个定义，它包括简单枚举归纳法、完全归纳法、科学归纳法、穆勒五法、赖特的消除归纳法、逆推理方法（参见江天翼《归纳逻辑导论》）和数学归纳法。第二种定义为个别前提或然得出结论的方法；根据此定义，包括简单枚举归纳法、穆勒五法、赖特的消除归纳法、逆推理方法和类比法，而不包括完全归纳法、科学归纳法和数学归纳法。类化法在我们学习一些十分抽象地看不见、摸不着的物理量时，由于不易理解，我们就拿出一个大家能看见的且与之很相似的量来进行对照学习。如电流的形成和电压的作用是通过以熟悉的水流的形成和水压是水管中形成了水流进行类比，从而得出电压是形成电流的原因的结论。学生在学习电学知识时，在老师的引导下，联想到水压迫使水沿着一定的方向流动，使水管中形成了水流；类似地，电压迫使自由电荷做定向移动使电路中形成了电流。抽水机是提供水压的装置；类似地，电源是提供电压的装置。水流通过涡轮时，消耗水能转化为涡轮的动能；类似地，电流通过电灯时，消耗的电能转化为内能和光能。我们学习分子的动能时，将它与物体的动能进行类比；学习功率时，将它与速度进行类比。类比是将一类事物的某些相同方面进行比较，以另一事物的正确或谬误证明这一事物的正确或谬误。这是运用类比推理形式进行论证的一种方法.对比，是将论据中截然相反的两种情况进行比较。因为比较的双方形成鲜明的对照，互为衬托，所以，这种方法特别能突出一方面的性质，具有很强的论证力量，因而，用得也很普遍。区别:说白了就是，类比都是引用和自身比较相同的，有共同性的，对比是引用有明显不同的，可以显出差别的。演绎法演绎法──从普遍性结论或一般性事理推导出个别性结论的论证方法。是演绎推理在议论文中的运用。在演绎论证中，普遍性结论是依据，而个别性结论是论点。演绎推理与归纳推理相反，它反映了论据与论点之间由一般到个别的逻辑关系。_