物理学导论.ppt

大学物理导论——凝聚态物理前沿?周剑平?陕西师范大学物理学与信息技术学院? ******@snnu. ? ? College of Physics and Information Technology, SNNU 什么是物理学? ?物理学是探讨物质结构和运动基本规律的学科。?——没有物理学,便不会有当今的科学技术! ?只有通过精心组织,才能汇聚起如此浩瀚庞大又扎实有据的真理,也和表述才能一样,将杂乱无章整理得井然有序的才能是一种富有创造性的才能,也许简直就是同一才能的不同侧面。从原先无数孤立现象的真理之中涌现了存在于它们之间关系的真理:用这种方式一个世界就创造出来了。?——— Hugo von Hoffmannstahl ?参考书目?冯端金国钧凝聚态物理学(上卷)高等教育出版社 2003 ?张礼近代物理学进展(第 2版)清华大学出版社 2009 ? College of Physics and Information Technology, SNNU 什么是物理学? ?处在这日益专业化的时代之中,得以认识到基本物理概念可能应用于一大批看起来五花八门的问题,是令人欣慰的。在理解某一领域所获得的进展常常可以应用于其它领域,这不仅对材料科学的众多领域是确实的,对广义而言的物质结构亦复如此。作为阐述的例证,为理解磁性、超流动性与超导电性所发展的概念也被推广和应用于多样的领域,如核物质,弱与电磁相互作用,高能物理学中的夸克结构与众多的液晶相。?——— John Bardeen ? College of Physics and Information Technology, SNNU 物质结构的不同层次?从原子物理学到原子核物理学,最终进入粒子物理学,处处可见还原论的踪迹。?气体、液体与固体都被分解为分子或原子的聚集体;原子又被分解为原子核与电子;原子核被分解为质子和中子;这些再被分解为夸克、胶子。在每个还原阶段中呈现为准稳态的粒子,曾被误认为‘基本’粒子。在每一还原阶段,长度的尺寸急剧缩短而能量的尺度急剧上升。? College of Physics and Information Technology, SNNU 物质结构的不同层次?理论方法: ?量子物理、统计物理与经典物理?凝聚现象: ?有序化,对称性降低?白纸称为无极,画上一个圆圈,称为无极生太极(宇宙), 中间一条曲线分成黑白两个部分,称为太极生两仪, ? College of Physics and Information Technology, SNNU 物质结构的不同层次?宇宙学、粒子物理的奇妙衔接? e/74562266/ ? College of Physics and Information Technology, SNNU 物质世界的时间尺度?宇宙年龄: 130 ~200 亿年 ~1018 s ?星系形成: 50亿年?地球年龄: ×109 年 = 1017 s ?大气形成: 8×108 年 = 1016 s ?生命的诞生:约 40亿年?脊椎动物: 约6亿年?人类出现:约500 万年?地球公转 3×107 s ?地球自转 ×106 s ?百米跑 10 s ?市电周期 10-2 s ?中子寿命 10-3 s ?介子寿命 10-8 ~ 10-17 s ?中间玻色子寿命~ 10-24 s ? College of Physics and Information Technology, SNNU 物质世界的质量层次? 1050 s ~ 10-30 , 共计跨越了 80个数量级?科学的基本原理之一:万物都是由难以观察到的微小粒子组成的。? College of Physics and Information Technology, SNNU 自然界的基本相互作用种类引力弱力电磁力强力作用对象所有粒子大多数粒子带电粒子强子作用距离(cm) <10 -10 <10 -13 相对强度(10 -13 cm) 传递作用的基本粒子引力子? 中间玻色子光子(γ)胶子 (g)1 ∞∞<10 -38 <10 -13 <10 -2 ?迄今为止,人类了解得最多的是电磁力,了解得最早但最少的是引力。? College of Physics and Information Technology, SNNU 物理理论的发展趋势地球引力 Newton 经典力学(万有引力) 天体引力 Einstein 相对论力学电磁 Maxwell 光电动力学 Glashow Salam Weinberg 弱相互作用规范场弱电统一理论大统一理论? 强相互作用设想的超对称大统一理论?