物理學與人類文明(多媒體課件)2

1、物物 理理 學學 人人 明明 類類 文文 葉高翔葉高翔 2014年秋年秋(1) 幾何光學幾何光學 光由微粒組成光由微粒組成, ,直線傳播直線傳播 ! ! 幾幾何何光光學學的的困困難難： 光光束束 亮亮 欄欄 黑黑 屏屏 ( (2 2) ) 波動光學波動光學 A.A.光是一種波動光是一種波動 0.390.76(m)I藍光藍光0.390.76(m)I（光強度光強度）白色光白色光白光經(jīng)過三棱鏡后的分光現(xiàn)象白光經(jīng)過三棱鏡后的分光現(xiàn)象 例：物體顏色的解釋例：物體顏色的解釋 若物體不吸收（即反射）某波長的光，若物體不吸收（即反射）某波長的光， 就呈現(xiàn)該波長光的顏色。就呈現(xiàn)該波長光的顏色。I* * 朝陽，夕

2、陽：短波部分被大氣層散射，呈朝陽，夕陽：短波部分被大氣層散射，呈紅色紅色； * * 天空：短波部分被散射到人眼，呈天空：短波部分被散射到人眼，呈藍色藍色。 彩虹和佛光：彩虹和佛光： 空氣中水珠對太陽光的折射和反射。空氣中水珠對太陽光的折射和反射。 波長不同，折射角不同。波長不同，折射角不同。 太陽光太陽光 水珠水珠 內(nèi)紫外紅：虹內(nèi)紫外紅：虹 水珠水珠 太陽光太陽光 內(nèi)紅外紫：霓內(nèi)紅外紫：霓 尼亞加拉大瀑布尼亞加拉大瀑布（攝于（攝于2011年年7月月25日）日）“自然科學自然科學”從來謝絕：從來謝絕：“少數(shù)服從多數(shù)，非權(quán)威服從權(quán)威。少數(shù)服從多數(shù)，非權(quán)威服從權(quán)威。”“信則靈，不信則不靈。信則靈，不

3、信則不靈。”“心誠則靈。心誠則靈?！薄爸{言重復一千遍便是真理。謠言重復一千遍便是真理。” 。 。 。 。 。 BAC3. 3. B理論仍是相對真理理論仍是相對真理, ,超出超出B理論所適用理論所適用 的范圍后的范圍后, ,它將被更先進的它將被更先進的C理論所取代理論所取代; ; 。 。 。 。 。1. 1. 在在A理論所適用的范圍內(nèi)理論所適用的范圍內(nèi), ,A理論永遠是理論永遠是 ( (相對相對) )正確的正確的; ; 2. 2. 超出超出A理論所適用的范圍理論所適用的范圍, ,它將被更先進它將被更先進的的 B理論所取代理論所取代, ,且在且在A理論所適用的范圍內(nèi)理論所適用的范圍內(nèi), , A和和

4、B理論得到同樣結(jié)果理論得到同樣結(jié)果; ;（c）否定與創(chuàng)新同步！）否定與創(chuàng)新同步！ 例：光的本質(zhì)例：光的本質(zhì)光是一條條線組成的光是一條條線組成的（古代中國）（古代中國）；光是由一顆顆光是由一顆顆微粒微粒組成的組成的（幾何光學）（幾何光學）；光是一種波動光是一種波動（波動光學，經(jīng)典電磁場理論）（波動光學，經(jīng)典電磁場理論）；光是一種具有波動性的光是一種具有波動性的微粒微粒（量子力學）（量子力學）；光是一種量子場光是一種量子場（量子場論）（量子場論）；光是一種閉合弦光是一種閉合弦 (超弦理論超弦理論) 。 。 。 。 。 - - 否定之否定規(guī)律否定之否定規(guī)律（d） 創(chuàng)新過程創(chuàng)新過程: 從從 0 至至

5、tc，是漫長的探索過程，包含，是漫長的探索過程，包含 大量艱辛和失?。淮罅科D辛和失?。籺c 附近伴隨震蕩，忽然開朗！附近伴隨震蕩，忽然開朗！ 時間時間 領(lǐng)悟程度領(lǐng)悟程度 tc 0 19531953年，英國科學家弗朗西斯年，英國科學家弗朗西斯克里克與美國科學家克里克與美國科學家詹姆士詹姆士沃森在英國劍橋的沃森在英國劍橋的凱文迪許凱文迪許實驗室合作，揭示實驗室合作，揭示了了的基本結(jié)構(gòu)為雙螺旋結(jié)構(gòu)。的基本結(jié)構(gòu)為雙螺旋結(jié)構(gòu)。（e）創(chuàng)新沒有標準路徑）創(chuàng)新沒有標準路徑 在科學史上，創(chuàng)新成功者的成功之路各在科學史上，創(chuàng)新成功者的成功之路各不相同，每一項創(chuàng)新因緣也不相同，與時代、不相同，每一項創(chuàng)新因緣也不相同

6、，與時代、學科、年齡、性別、個人專長、人文環(huán)境等學科、年齡、性別、個人專長、人文環(huán)境等相關(guān)聯(lián)。相關(guān)聯(lián)。 年齡（歲）年齡（歲）創(chuàng)新成功概率創(chuàng)新成功概率20 30 40 50 60 70 實線：科學工作者實線：科學工作者虛線：人文學者虛線：人文學者統(tǒng)計結(jié)果：創(chuàng)新成功概率與年齡的關(guān)系統(tǒng)計結(jié)果：創(chuàng)新成功概率與年齡的關(guān)系I I t t I I 疊加后疊加后 t t I I t t 由于它們的頻率相同，振動方向相同，且具有固定的位相差由于它們的頻率相同，振動方向相同，且具有固定的位相差 =0=0，因此，疊加后光強加強。，因此，疊加后光強加強。 波波 I波波 III I t t I I 疊疊加加后后 t t

7、 I I t t 兩兩束束光光波波在在相相遇遇處處位位相相相相反反，即即= =，疊疊加加后后形形成成光光強強相相消消. . 波波 I波波 II“以太（以太（aether）”學說（亞里士多德）：學說（亞里士多德）： 在宇宙中，在宇宙中，“以太以太”無處不在，為五元素之一，所有星球均在無處不在，為五元素之一，所有星球均在“以太以太”海洋里漂泊。海洋里漂泊。十九世紀物理學：以太是電磁波的傳播媒質(zhì)，在地球上可感受十九世紀物理學：以太是電磁波的傳播媒質(zhì)，在地球上可感受迎面吹來的迎面吹來的 “以太風以太風”。 邁克爾遜干涉實驗證明：宇宙中不存在邁克爾遜干涉實驗證明：宇宙中不存在“以太以太”！反射鏡反射鏡反

8、射鏡反射鏡在地球上能感受到“以太風”嗎？地球公轉(zhuǎn)速度地球公轉(zhuǎn)速度 V 30 千米千米/秒秒D.D. 惠更斯惠更斯菲涅耳原理：菲涅耳原理： 波陣面上每一點波陣面上每一點 dsds，均可看作新的子波源，向四周發(fā)出球面波，均可看作新的子波源，向四周發(fā)出球面波， 任一點任一點 P P 的光強是所有這些子波源在該點振動的相干疊加。的光強是所有這些子波源在該點振動的相干疊加。 光欄光欄 P P r r dsds 光源光源 E E. . 光光的的衍衍射射許許許許多多多多條條光光束束的的干干涉涉 （聲聲、水水波波等等也也有有衍衍射射現(xiàn)現(xiàn)象象，如如隔隔墻墻聞聞鶯鶯等等） 例例：直直邊邊衍衍射射（刀刀刃刃衍衍射射） 直直邊邊 屏屏 干涉記錄（拍攝） ：干涉記錄（拍攝） ： 反射鏡反射鏡 全息底片全息底片 衍射再現(xiàn)：衍射再現(xiàn)： 全息底片全息底片 美國總統(tǒng)大選已經(jīng)基本結(jié)束，而為了報道這場盛況，新聞媒體也是美國總統(tǒng)大選已經(jīng)基本結(jié)束，而為了報道這場盛況，新聞媒體也是挖空了心思，用盡各種方法吸引觀眾，其中美國有線電視新聞網(wǎng)挖空了心思，用盡各種方法吸引觀眾，其中美國有線電視新聞網(wǎng)(CNN)甚至用上了全息技術(shù)。在下邊的視頻和照片里，你可以看到甚至用上了全息技術(shù)。在下邊的視頻和照片里，你可以看到CNN女主持女主持Jessica Yelli