二十世纪物理学的两个最重大的发现
二十世紀物理學的兩個最重大的發現，是世紀初相對論的建立及其後不久量子論的發現，兩者徹底改變了人們對客觀物質世界的看法。廣義相對論是關於時空的理論，它成功地把時空的性質與萬有引力聯繫起來，顛覆了傳統的牛頓引力中絕對時間和絕對空間的觀念，而量子論是描述微觀世界的理論。至今爲止，基於規範對稱性的量子場論近乎完美地描述了主導微觀世界的三種相互作用：電磁、弱和強相互作用。長期以來，人們試圖尋找一個把引力和量子論統一起來的理論，這並不僅僅出於唯美的目的。在時空尺度非常小時，比如早期宇宙或黑洞視界附近，引力的量子效應可以很重要而不能忽略。非常遺憾，儘管經過長期的努力，人們仍然未能建立一個自洽的廣為接受的量子引力理論，弦理論的出現讓人們看到了曙光。
作為一個量子引力的理論，弦理論被寄以厚望[1]，人們相信它可以幫助回答物理學中的一些基本問題：自然界的潛在對稱性，黑洞的量子行為，超對稱的存在性及其破缺，時空奇點的量子處理等。甚至，人們也希望藉由對它的研究可以對更深奧的問題，如量子力學及時空的本性，提供線索。
簡而言之，弦理論是基於這樣一個出發點：所有的基本粒子，包括傳播引力相互作用的引力子，實際上都不是通常量子場論中的點粒子，而是一維的物體，弦，弦非常微小，只有在普郎克尺度下才有望與點粒子區分開來。正如點粒子在時空運動如一根曲線，弦在時空運動時掃出一個曲面(常稱爲世介面)，與粒子理論不同，弦理論中相互作用，超對稱，規範群的選擇都是嚴格地受到限制。已知的基本粒子都在弦的振動譜中出現，而弦間的相互作用可以直觀地從幾何上理解為弦的分裂和聯結。
弦有兩種，一種是開弦，有兩個端點；另一種是閉弦，是一根封閉的弦。很容易想象：開弦的兩個端點接在一起就得到閉弦，這暗示著兩種弦的物理是緊密相聯的。開弦的振動激發譜中包含無質量的規範粒子，而閉弦的振動激發譜中包含無質量的引力子。在某些特定背景下，開弦和閉弦的對偶關係表現為規範理論和量子引力的對應。一個著名的例子是數年前發現的AdS/CFT對應[2]。
弦理論發展至今，經歷了兩次重大的突破，或者稱為革命。第一次弦革命發生在上世紀八十年代
開弦場論和D-膜簡介
文/陳斌
摘要
本文介紹了開弦場論及其在非微擾弦理論研究中的應用。
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中期，微擾弦理論研究突飛猛進。如通常量子場論一樣，微擾理論是對相互作用做漸進展開，只不過弦理論的微擾費曼圖是二維黎曼面。人們發現有五種相互獨立的自洽的弦理論，它們的基本性質，如世介面的幾何，規範群，超對稱等，都截然不同。
第二次弦革命發生於上世紀九十年代中期，通過對非微擾弦理論的研究，人們對弦理論的結構，內部自洽性等有了更深刻的理解，這中間起著決定作用的是弦對偶的概念。通過各種對偶關係，五種相互獨立的微擾弦理論可以聯繫起來，並可以被看作一個統一理論在不同的背景下的展開。非微擾物理指的是不能通過微擾展開來研究的效應。在通常的量子場論中，非微擾效應如孤立子，瞬子等已被證明對理論的研究非常重要。同樣，在弦理論中一個被稱為D-膜的非微擾孤立子也是理解弦理論本質的關鍵[3]。
D-膜是第二次弦革命的一個非常重要的發現，它的存在說明了弦理論中不僅只有弦，也有各種更高維的物體。一個D-膜可以看作是時空中開弦端點開始和結束的地方。Dp-膜是一個(p+1)維的世介面(p維空間加1維時間)，開弦端點在其上可以自由地移動。實際上，對開弦的研究發現，它的端點必須在D-膜上。端點在D-膜上的開弦的無質量激發描述D-膜的振動，所以D-膜的開弦描述在低能下是一個有效規範場論。
上面的討論中我們忽視了一個重要的事實，即膜位形可能是不穩定的。不穩定的膜位形在弦理論中大量存在，而且過去幾年對不穩定的膜位形的研究被證明是極有價值的，大大拓寬了我們對D-膜和非微擾弦理論的認識。不穩定的膜位形指的是其振動譜中包含有質量平方為負的快子，快子的存在說明位形是不穩定的。快子凝聚使不穩定的膜位形衰變到一個穩定的位形，通常是一個穩定的膜位形。描述不穩定的膜位元形物理的一個有效而重要的工具就是開弦場論。
另一方面，儘管人們認識到在五種微擾弦理論背後存在著一個統一的理論，但對其知之甚微。僅僅瞭解理論在不同背景下的微擾性質是遠遠不夠的，要定義一個完整的理論，我們需要知道非微擾的物理，況且為了瞭解我們所處的世界，我們需要對這個統一理論的動力學有一個完整的知識，解決問題的一個可能是每一個微擾弦理論都有一個弦場論，從而有了一個非微擾的定義，不同的弦對偶對應於一個理論通過變數變換到另一個理論。
那麼，什麼是弦場論呢？
在人們熟知的從量子力學到量子場論中，量子力學是粒子運動路徑的積分，常稱為一次量子化描述。而在量子場論中，是對定義在時空點上的場做路徑積分，即二次量子化。當然，量子場的微擾理論是可以通過引進明顯的相互作用頂角用一次量子化的形式來描寫，但如前所述，非常重要的非微擾效應必須求助於量子場論，對稱性原理如規範不變性和廣義座標不變性等決定了理論的形式，類似地，由定義在弦上的場，即弦場，加以對稱性原理，我們可以定義弦場論。
由於弦場是定義在弦上，而弦的振動激發譜有無窮多個態，所以弦場形式上是與這些激發相聯的無窮多個時空場的和。換言之，弦場論不是通常的擁有有限個場量的量子場論，而是一個同時描述無窮多個量子場的理論。另一方面，弦場論的對稱性原理是弦理論的BRST不變。弦的二維世介面上有共形不變性，它是一個經典對稱性。經過量子化
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後，我們希望共形不變性仍然保持，這就給出了弦理論的BRST不變性。BRST不變性在弦理論中被人們認爲是必不可少的，它決定了各種弦理論的自洽維度：玻色弦只能在26維(25個空間維度加1個時間維度)中自洽存在，而超對稱弦只能在10維(9個空間維度加1個時間維度)中自洽存在，它也決定了微擾弦振動譜中什麽樣的態是物理態。加在弦場上的BRST不變性自然地包含了各時空場上的對稱性，如無質量規範場上的規範對稱性。
在上世紀八十年代，對弦場論曾經有大量的研究。人們構造了關於玻色開，閉弦及超對稱開，閉弦的弦場論。對於閉弦，有光錐閉弦場論，光錐閉弦場論損失了理論的協變性，但仍然是一個很重要的工具。近年來，它被用於討論在某些特定背景下的閉弦理論，進而檢驗規範理論和量子引力的對應關係。而各種超對稱弦場論，由於理論的複雜性，還未得到足夠的重視和研究。
本文重點介紹的是過去幾年受到廣泛重視和研究的開玻色弦場論，更準確地說，是E.Witten[4]提出的開弦場論模型(Open String Field Theory, 簡稱為OSFT)及其衍生模型。
OSFT是E.Witten在1986年構造[4]，它有一個非常簡單的作用量形式：
S(Y) =
這兒Y 是弦場，Q是BRST運算元，< , > 是態空間上的內積，* 是弦場間的乘積。這個作用量的第一項描述自由場的傳播，第二項是相互作用項，如果沒有相互作用項，運動方程告訴我們
QY = 0
這正是弦場上的BRST不變性條件，弦場間的相互作用由相互作用項決定，它是一個非常簡單的三弦相互作用，即兩根弦相撞產生第三根弦.
由於弦的相互作用是非局域的，弦場間的乘積需要小心定義。為了保持乘積的結合律，Witten提出了中點相互作用的原則：一根開弦可由中點分成左右兩半，一根弦的左半部分與另一根弦的右半部分重疊而誘導相互作用，剩下的兩個半邊正好組成第三根弦。這樣定義的相互作用保證了乘積的結合性，但仍破壞了乘積的對易性。這是非對易幾何在弦理論中出現的著名例子。由三弦相互作用可以輕易地定義多於三根弦的相互作用。
儘管OSFT的形式異常簡潔，但實際計算卻非常複雜。在八十年代中後期，有大量關於OSFT的研究，然而對它的深入研究和應用卻是在九十年代中後期，對開弦快子凝聚問題的探索給予它新的生命力。
前面提到，快子出現在不穩定膜位形的振動譜中。而實際上開弦快子首先出現在玻色開弦的譜中，表明這個理論的微擾真空是不穩定的，這個不穩定真空的命運如何長期以來困擾著人們。1999年，印度物理學家A. Sen[5]注意到玻色開弦理論實際上描述的是在一個充滿26維時空的D25-膜上的開弦，開弦快子代表著這個D25-膜的不穩定性，進一步地，他提出以下三個猜測：
1. 不穩定真空將衰變到一個穩定真空，兩個真空間的能量密度差正等於D25-膜的張力強度，這樣，在最終的穩定真空中，D25-膜不存在；
2. 弦理論中各種低維D-膜是在D25-膜背景下的OSFT的孤立子解，這意味著不同的D-膜位形可以從同一個OSFT得到；
3. 最終的穩定真空是一個閉弦真空。
同時，Sen也提出OSFT是檢驗以上猜測的當
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然工具，他指出定義在不穩定真空處的OSFT應精確地給出D25-膜的張力強度，而由包含相互作用項的作用量得到的運動方程應給出各種孤立子解，對應到不同的D-膜位形。
確實，利用數值方法，人們發現OSFT很好地驗證了前兩個猜測。這並不能使人們滿意，人們希望利用解析方法來檢驗上面三個猜測。Sen及其合作者進一步發展了OSFT並提出了真空弦場論(Vacuum String Field Theory, 簡稱為VSFT)的概念。
在討論VSFT之前，讓我們更仔細地瞭解一下穩定真空。猜測3告訴我們經典穩定的快子真空是個閉弦真空，沒有任何D-膜存在。如果有微擾態存在的話，也只能是閉弦態。這個快子真空非常特殊，它應該是任何不穩定D-膜位形衰變的最終目的地。這是由於在玻色弦理論中，所有的膜位形都是不穩定的。可以假定，在快子真空處定義的理論與快子凝聚前不穩定D-膜位形的OSFT無關。這是因為這些不穩定D-膜位形的OSFT在穩定真空附近應該可以通過場的重定義互相等價。如果這個假定成立，則說明在真空處存在一個普適的理論，稱為真空弦場論，描寫快子真空的物理。
VSFT是一個非常誘人的想法。Rastelli，Sen 和Zweibach(RSZ)[6]提出了一個非常簡單的VSFT 構造。在這個RSZ理論中，VSFT與OSFT有相同的形式，但BRST運算元有更簡單的構造，從而使弦場分解成兩部分，運動方程也回應地分解。弦場的一部分及其運動方程的解是普適的；而弦場的另一部分則滿足一個投影子方程，它是解析可解的，不同的解給出不同的D-膜位形。而且，這些孤立子解的能量密度之比與已知的不同維數D-膜間的張力強度之比完全一致。儘管RSZ理論有一些非常美妙的性質，但遺憾地是它是一個有奇異性的理論。實際上，RSZ理論中每個孤立子解的能量密度都是零，只有能量密度間的比是有限的。
Sen關於開弦快子凝聚，快子真空的猜測至今已廣爲人所接受。而通過開弦場論對其猜測的檢驗也獲得了很大程度上的成功。其中一個重要的結果是：OSFT可成功地描述具有不同幾何性質的真空。換句話說，不同的開弦幾何背景可以由一個運動方程的不同解給出。這些開弦幾何背景間互不相干，比如說它們的維數不同，不可能在微擾弦理論的框架中討論。
有人甚至認為作為弦理論的一個非微擾定義，OSFT也許可以包含所有的弦背景。這可能過於樂觀。一個簡單的問題是：OSFT如何描寫閉弦背景？這個問題至今仍懸而未決。對於OSFT而言，還有其他的一些相當困難的問題，如：
1.快子真空的解析解。在尋找快子真空的解
方面，數值方法取得了極大的成功。但一
個解析解似乎仍遙不可及。解析解可以幫
助我們加深對理論的瞭解並帶來新的進
展。
2.正則的，而非奇異的VSFT。由於RSZ理
論的成功，人們希望其奇異性可以得到改
善. 但至今進展甚微。
3.超對稱OSFT。這是一個重要的問題，因
為經驗告訴我們通常超對稱的理論擁有更
好的性質。也許超對稱OSFT可以帶來驚
喜。但人們發現至少對於VSFT，其超對稱
化有本質困難。
總之，開弦場論作為弦理論的非微擾定義，在描述開弦快子凝聚的問題上取得了相當大的成
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功，使我們對非微擾弦理論有了更深刻的認識。但
它的成功同時也提出了新的課題，對開弦場論及其
相關的非微擾弦理論問題的研究才剛剛起步，雄關
漫漫，更待後生。
參考資料：
[1] M. Green et al., Superstring Theory (1987).
[2] J. Maldacena et al., Phys. Rept. 112, 183 (2000).
[3] J. Polchinski, String Theory (1998).
[4] E. Witten, Nucl. Phys. B 264, 513 (1986).
[5] A. Sen, JHEP 9912, 027 (1999).
[6] L. Rastelli et al., Adv. Theor. Math. Phys. 5, 353
(2002).
作者簡介
陳斌於1992年從中國科技大學近代物理系畢業，
於1997年從中國科學院理論物理所獲得理論物理
學博士。接著並於日本大阪大學物理系，國際理論
物理中心從事博士後研究，於2003年到中國科學
院理論科學交叉中心服務，任固定期副研究員。專
長為量子場論和數學物理，研究主題為弦理論，非
對易幾何，量子引力。
Email: bchen@https://www.360docs.net/doc/5114036422.html,
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物理雙月刊（廿五卷六期）2003年12月
物理学中的对称性
物理学中的对称性 摘要：物理学中关于对称性探索的一个重要进展就是建立诺特定理，定理指出，如果运动定律在某一变换下具有不变性，必然相应地存在着一条守恒定律。守恒定律与对称性之间也存在着莫大的联系，各种守恒定律的出现不是偶然的，是物理规律具有多种对称性的必然结果。 关键词：物理学、对称性、守恒定律 对称现象遍布于自然界中，人体的左右对称，平面镜成像的对称，正方形的中心对称等等。对称现象是物质世界某种本质和内在规律的体现，物理学以研究物理世界规律为对象，是研究自然界中物体运动变化规律的一门科学，它是自然科学中的一个重要的组成部分，那么物理中蕴含着对称性也是必然的。例如：宏观物质世界中的时空对称性，微观物质世界中的对称性，物理量之间的对称性，物理学中的形体对称性等。物理学是美的，这些对称性都完美的体现出了物理学之美。本文将分别从四个方面来研究物理学中的对称性。前三个方面主要讲解物理学中对称性的概念、对称性与守恒定律以及物理学中的形体对称，第四个方面是通过对电与磁的对称性分析，用更直观的对比来认识物理学中的对称性。一、什么是对称性？ 按照对称的定义来讲，对称就是指物体相对而又相称，或者说它们相仿，相等。所谓对称性是指：某种变化下的不变性。自然界中的事物的对称性表现在两方面。第一：物体的形状或几何形体的对称性。例如：五角星的旋转对称，正方体的中心对称性。这是根据对称性的定义，我们使五角星和正方体都绕它们的中心旋转180°，在这样的变换下，变换后图形具有不变性。第二：事物进程或物理规律的对称性。所谓物理规律的对称性是指：物理规律在某种变换下的不变性。例如：一个物体做平抛运动，水平初速度为V，抛出时离水平地面的高度为H，空气阻力忽略不计。在其他外部条件都相同的情况下，在不同的地方使该物体做如上所述的运动，该物体的运动状况是否相同呢？我们知道，平抛运动可以看成
21世纪物理学的25个难题
21世纪物理学的25个难题 大卫·格罗斯1[①] 编者按：1900年，在巴黎国际数学家代表大会上，德国数学家大卫·希尔伯特（David Hilbert，1864－1943）根据19世纪数学研究成果和发展趋势，提出了新世纪数学家应该致力解决的23个数学问题。希尔伯特的演讲，对20世纪的数学发展，产生了极大的影响。100余年之后的2004年，另一个大卫，因发现量子色动力学中的“渐近自由”现象而荣获2004年诺贝尔物理学奖的美国物理学家大卫·格罗斯教授，同样就未来物理学的发展，提出了25个问题。也许人们会说，在物理学领域提出问题要比数学领域容易得多，因为物理学就像大江大河，而数学则像尼罗河三角洲中纵横交错的河网。但若是反过来想一想，既然物理学界对前沿问题具有更广泛的共识，我们就不难明白，格罗斯教授所提出的问题对未来物理学发展的重要意义。有趣的是，这25个问题中，有1/3落在物理学的边缘地带，其中3个与计算机科学相关，3个与生物学相关，4个与哲学和社会学相关。格罗斯教授的演讲，最初是为美国加州大学卡维利理论物理研究所成立25周年庆典而准备的，该庆典云集了物理学各领域的世界一流学者。此后数月，格罗斯教授先后在欧洲核子中心（CERN）、中国科学院理论物理研究所、浙江大学等地作过内容相近的讲演。这里的译文，系根据格罗斯教授所提供的讲稿译出，中科院理论物理所网站有免费下载的讲演录相（https://www.360docs.net/doc/5114036422.html,/ Video/2005/000.asf），读者也可以参考。 作者简介：大卫·格罗斯（David Gross），美国国家科学院院士，加州大学圣巴巴拉分校（University of California at Santa Barbara）卡维利理论物理研究所（Kavli Institute for Theoretical Physics ）所长。格罗斯教授是量子色动力学的奠基人之一，当代弦理论专家，因发现强相互作用中的渐近自由现象2004年与弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）和戴维·波利策（David Politzer）分享了当年度的诺贝尔物理学奖。 这份讲稿来自于我在2004年10月7日卡维利理论物理研究所（KITP）25周年庆祝会议上所作的演讲。在这次会议中，与会者被邀请提出一些可能引导物理学研究的问题，广泛地说，在未来25年可能引导物理学研究的问题，讲稿中的一部分内容就来自于与会者所提出的问题。 1、宇宙起源 第1个问题关于宇宙的起源。这个问题不仅对于科学而且对于哲学和宗教都是一个永久的问题。现在它是理论物理学和宇宙学亟待解决的问题：“宇宙是如何开始的？” 根据最新的观察，我们知道宇宙正在膨胀。因此，如果我们让时光倒流，宇宙将会收缩。如果我们应用爱因斯坦方程和我们关于粒子物理学的知识，我们可以或多或少对哪儿会出现“初始奇点”做出近似的推断。在“初始奇点”，宇宙收缩成为一种难以置信的高密度和高能量的状态——即通常所称的“大爆炸”。我们不知道在大爆炸点（at the big bang）发生了什么，我们所知的基础物理的所有方法——不仅是广义相对论和标准模型，甚至包括我所知的弦理论——都失灵了。 1[①]作者简介：大卫·格罗斯（David Gross），美国国家科学院院士，加州大学圣巴巴拉分校（University of California at Santa Barbara）卡维利理论物理研究所（Kavli Institute for Theoretical Physics ）所长。格罗斯教授是量子色动力学的奠基人之一，当代弦理论专家，因发现强相互作用中的渐近自由现象2004年与弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）和戴维·波利策（David Politzer）分享了当年度的诺贝尔物理学奖。
物理学的发展
十九世纪末二十世纪初，经典物物学的各个分支学科均发展到了完善、成熟的阶段，随着热力学和统计力学的建立以及麦克斯韦电磁场理论的建立，经典物理学达到了它的顶峰，当时人们以系统的形式描绘出一幅物理世界的清晰、完整的图画，几乎能完美地解释所有已经观察到的物理现象。因为经典物理学的巨大成就，当时很多物理学家产生了这样一种思想：认为物理学的大厦已经建成，物理学的发展基本上已经完成，人们对物理世界的解释已经达到了终点。物理学的一些基本的、原则的问题都已经解决，剩下来的仅仅进一步精确化的问题，即在一些细节上作一些补充和修正，使已知公式中的各个常数测得更精确一些。不过，在十九世纪末二十世纪初，正当物理学家在庆贺物理学大厦落成之际，科学实验却发现了很多经典物理学无法解释的事实。首先是世纪之交物理学的三大发现：电子、X射线和放射性现象的发现。其次是经典物理学的万里晴空中出现了两朵“乌云”：“以太漂移”的“零结果”和黑体辐射的“紫外灾难”。 [1]这些实验结果与经典物理学的基本概念及基本理论有尖锐的矛盾，经典物理学的传统观点受到巨大的冲击，经典物理发生了“严重的危机”。由此引起了物理学的一场伟大的革命。爱因斯坦创立了相对论；海林堡、薛定谔等一群科学家创立了量子力学。现代物理学诞生了！ 把物理学发展的现状与上一个世纪之交的情况作比较，能够看到两者之间有相似之外，也有不同之处。在相对论和量子力学建立起来以后，现代物理学经过七十多年的发展，已经达到了成熟的阶段。人类对物质世界规律的理解达到了空前的高度，用现有的理论几乎能够很好地解释现在已知的一切物理现象。能够说，现代物理学的大厦已经建成。在这个点上，当前有情况与上一个世纪之交的情况很相似。所以，有少数物理学家认为今后物理学不会有革命性的进展了，物理学的根本性的问题、原则问题都已经解决了，今后能做到的仅仅在现有理论的基础上在深度和广度两方面发体现代物理学，对现有的理论作一些补充和修正。不过，因为有了一百年前的历史经验，多数物理学家并不赞成这种观点，他们相信物理学迟早会有突破性的发展。另一方面，虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的水准。在这方面，当前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。所以，我认为当前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。 虽然在微观世界和宇宙学领域中有一些物理现象是现代物理学的理论不能很好地解释的，但是这些矛盾并不是严重到了非要彻底改造现有理认纱可的水准。在这方面，当前的情况与上一个世纪之交的情况不同。在上一个世纪之交，经典物理学发生了“严重的危机”；而在本世纪之交，现代物理学并无“危机”。所以，我认为当前发生现代物理学革命的条件似乎尚不成熟。客观物质世界是分层次的。一般说来，每个层次中的体系都由大量的小体系（属于下一个层次）构成。从一定意义上说，宏观与微观是相对的，宏观体系由大量的微观系统构成。物质世界从微观到宏观分成很多层次。物理学研究的目的包括：探索各层次的运动规律和探索各层次间的联系。
高中物理中及对称性模型
对称性模型 由于物质世界存在某些对称性，使得物理学理论也具有相应的对称性，从而使对称现象普遍存在于各种物理现象和物理规律中，应用这种对称性它不仅能帮助我们认识和探索物质世界的某些规律，而且也能帮助我们去求解某些具体的物理问题，这种思维方法在物理学中为对称法，利用对称法分析解决物理问题，可以避免复杂的数学演算和推导，直接抓住问题的实质，出奇制胜，快捷简便地解决问题。 对称法作为一种具体的解题方法，虽然高考命题没有单独正面考查，但是在每年的高考命题中都有所渗透和体现。从侧面体现考生的直观思维能力和客观的猜想推理能力。所以作为一种重要的物理思想和方法，相信在今后的高考命题中必将有所体现。 在高中物理模型中，有很多运动模型有对称性，如（类）竖直上抛运动的对称性，简谐运动中的对称性，电路中的对称性，带电粒子在匀强磁场中匀速圆周运动中几何关系的对称性. 简谐运动的对称性是指振子经过关于平衡位置对称的两位置时，振子的位移、回复力、加速度、动能、势能、速度、动量等均是等大的（位移、回复力、加速度的方向相反，速度动量的方向不确定）。运动时间也具有对称性，即在平衡位置对称两段位移间运动的时间相等。(从某点到达最大位置和从最大位置再回到这一点所需要的时间相等、从某点向平衡位置运动的时间和它从平衡位置运动到这一点的对称点所用的时间相等). 现将对称模型分为空间对称模型和时间对称模型 1、空间对称模型 例1：如图1所示：在离地高度是h，离竖直光滑的墙是 s处，有一个弹性小 1 球以初速度 v正对着墙水平抛出，与墙发生弹性碰撞后落到地面上，求小球落地 点与墙的距离。 【解析】：小球与墙的碰撞是弹性碰撞，碰撞前后 的动量对于墙面的的法线是对称的。如墙的另一面同一高 度有一个弹性小球以相同的速度与墙碰撞，由于对称性， 它的轨迹与小球的实际轨迹是对称的。因此碰前的轨迹与碰
科幻中的物理学答案
1 【单选题】关于化学能的说法错误是 A、原子与原子之间的反应能量 B、原子与分子之间反应能量 C、分子与分子之间反应能量 D、电子与电子之间反应能量 我的答案：D 得分： 25.0分 2 【单选题】爱因斯坦的质能公式告诉我们 A、质量可以转换为能量 B、能量是质量的一半 C、能量与质量平方成正比 D、能量与速度成正比 我的答案：A 得分： 25.0分 1 【单选题】如果航天飞机重50吨需要 A、1万加仑汽油 B、1.5万加仑 C、2万加仑 D、5万加仑 我的答案：B 得分： 25.0分 2 【单选题】十万分之一克物质大约相当于 A、一万亿焦耳 B、一亿焦耳 C、一千万焦耳 D、一百万焦耳 我的答案：A 得分： 25.0分 1 【单选题】我们人类现在是 A、一类文明 B、0.7类文明 C、二类文明 D、三类文明 我的答案：B 得分： 33.3分 2 【单选题】工业革命前人类主要消耗的能源是 A、人力和畜力 B、煤炭 C、电力
D、水力 我的答案：A 得分： 33.3分 1 【单选题】熵是物理学家在 A、二十世纪初发现的 B、十八世纪发现的 C、牛顿发现的 D、十九世纪发现的 我的答案：D 得分： 33.3分 2 【单选题】热量会 A、与熵无关 B、增加熵 C、从温度低的地方向温度高的地方传 D、减少熵 我的答案：B 得分： 33.3分 1 【单选题】熵与什么成正比 A、系统所占的体积 B、系统的温度 C、系统相空间体积的对数 D、系统的压强 我的答案：C 得分： 25.0分 2 【单选题】最先发现熵的微观定义的是 A、克劳休斯 B、玻尔兹曼 C、普朗克 D、爱因斯坦 我的答案：B 得分： 25.0分 1 【单选题】一个人的大脑的熵 A、随着时间增大 B、随着时间减少 C、不随时间变化 D、与信息量成正比 我的答案：A 得分： 0.0分 2
历 最伟大的物理学家排名
历史上最伟大的物理学家排名1：牛顿(经典力学、光学) 牛顿（Sir Isaac NewtonFRS, 1643年1月4日--1727年3月31日）爵士，英国皇家学会会员，是一位英国物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家和炼金术士。他在1687年发表的论文《自然哲学的数学原理》里，对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里牛顿像(21张)物理世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。他通过论证开普勒行星运动定律与他的引力理论间的一致性，展示了地面物体与天体的运动都遵循着相同的自然定律；从而消除了对太阳中心说的最后一丝疑虑，并推动了科学革命。在力学上，牛顿阐明了动量和角动量守恒之原理。在光学上，他发明了反射式望远镜，并基于对三棱镜将白光发散成可见光谱的观察，发展出了颜色理论。他还系统地表述了冷却定律，并研究了音速。在数学上，牛顿与戈特弗里德·莱布尼茨分享了发展出微积分学的荣誉。他也证明了广义二项式定理，提出了“牛顿法”以趋近函数的零点，并为幂级数的研究作出了贡献。在2005年，英国皇家学会进行了一场“谁是科学史上最有影响力的人”的民意调查，牛顿被认为比阿尔伯特·爱因斯坦更具影响力。 2：爱因斯坦(相对论、量子力学奠基人) 爱因斯坦（Albert Einstein，1879年3月14日-1955年4月18日），举世闻名的德裔美国科学家，现代物理学的开创者和奠基人。爱因斯坦1900年毕业于苏黎世工业大学，1909年开始在大学任教，1914年任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。后因二战爆发移居美国，1940年入美国国籍。
十九世纪末期是物理学的变革时期，爱因斯坦从实验事实出发，从新考查了物理学的基本概念，在理论上作出了根本性的突破。他的一些成就大大推动了天文学的发展。他的量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都有很大的影响。理论天体物理学的第一个成熟的方面——恒星大气理论，就是在量子理论和辐射理论的基础上建立起来的。爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系，解决了长期存在的恒星能源来源的难题。近年来发现越来越多的高能物理现象，狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本的理论工具。其广义相对论也解决了一个天文学上多年的不解之谜，并推断出后来被验证了的光线弯曲现象，还成为后来许多天文概念的理论基础。 爱因斯坦对天文学最大的贡献莫过于他的宇宙学理论。他创立了相对论宇宙学，建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型，并引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念，大大推动了现代天文学的发展。 3：麦克斯韦(经典电动力学、经典统计力学) 詹姆斯·克拉克·麦克斯韦，英国物理学家、数学家。麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。他预言了电磁波的存在。这种理论遇见后来得到了充分的实验验证。他为物理学树起了一座丰碑。造福于人类的无线电技术，就是以电磁场理论为基础发展起来的。麦克斯韦大约于1855年开始研究电磁学，在潜心研究了法拉第关于电磁学方面的新理论和思想之后，坚信法拉第的新理论包含着真理。于是他抱着给法拉第的理论“提供数学方法基础”的愿望，决心把法拉第的天才思
地球年龄的确定——20世纪最伟大的物理学成果之一
物理学史 地球年龄的确定 ———20世纪最伟大的物理学成果之一 杨庆余 (徐州师范大学物理系,江苏徐州 221009) (收稿日期:2001212231) “地有多久?”这一千古难题迷住了古今中外的多少思想大家,很多人为此冥思苦想耗尽心血.最早对地球年龄作出论断的是《圣经》,它认为地球距今不过有6,000年的历史.由于欧洲大多数知识分子接受了带有浪漫色彩的犹太教和基督教的创世说,并从灵魂深处束缚了一代又一代的思想大家,就连最伟大的科学家艾萨克?牛顿也成了《圣经》的受害者;随着近代地质学和生物进化论的产生,开始对“上帝创世”的日期提出挑战. 1896年,法国物理学家亨利?贝克勒尔发现了铀的天然放射性,这一发现使地球年龄的准确确定成为可能;物理学家们大约经过近60年的努力,在20世纪50年代给出了地球的年龄约45亿年的准确论断,终于解决了困惑人类达2,000多年之久的千古谜底,这被人们一致公认为20世纪最伟大的物理学成果之一. 1 近代哲人的理性思考 几千年来,由于没有任何有效地测定长的时间间隔方法,从而使基督教的创世说误导着包括伟大的思想家们.影响最大的早期关于地球年龄的解释是阿菲利加努斯(Alfeligluth)在公元3世纪所著的《年历学》一书中认为,地球年龄大约有6,000年的历史,这一观点一直持续到了中世纪.1520年,伟大的宗教改革家马丁?路德(Martin Luther)再次作出论断:地球是在公元前4000年形成的.后来继任者的厄舍尔(Essher)大主教把这一数值精确到公元前4004年,距今也不过6,000年而已. 对这一年龄首先作出思考的是有史以来最伟大的物理学家牛顿(Isaac Newton),他以他特有的思考方式,首先观察了一系列热星是如何冷却下来的,并把他发现的冷却定律用于地球.他假定地球全部由铁组成,在形成时可能是处于火红状态,牛顿估计要冷却到现在的表面温度那将需要花费50,000年时间.当然这一观点与《圣经》说格格不入而未被人们接受;他遗憾地说道:“我真希望用实验证实地球冷却前后真正的温度比例”. 18世纪杰出的科学家孔特?德?布丰(Comte de.Buffon)接受牛顿的观点,并敢于反对阿菲利加努斯所想象的宇宙学,他进行了一系列不同成分不同体积球体的冷却实验,然后计算出各种星体从炽热冷却到生物可以生存的温度所需要的时间.并在1745年作出结论:地球需要100,696年才能冷却到现在的温度.然后,他考虑到石灰质材料比铁质材料冷却所需时间短,又对此作了修正:太阳的热效应最终需要74,832年.布丰估计,生命在37,849年以前在地球上出现,当时地球表面温度已经很低,足以允许生命的存在.他还指出,由于月球冷却极快,所以月球上的生命已经在2,318年前绝迹.我们现在已经知道,孔特的计算远不准确,但重要的是他取得了历史性的突破,打破了《圣经》的权威,并应用现代已知的物理学定律估计地球的年龄. 同时,大哲学家伊曼纽尔?康德在《自然通史和宇宙论》中描述了关于宇宙的一个非常惊人的现代观点:“宇宙在时间和空间上是
物理学中的对称性
目录 摘要 (1) Abstract (1) 1 引言 (1) 2 对称性 (1) 2.1镜像对称 (2) 2.2 转动对称 (2) 2.3平移对称 (2) 2.4置换对称性 (2) 3 物理定律的对称性 (3) 3.1物理定律的空间平移对称性 (3) 3.2物理定律的转动对称性 (3) 3.3物理定律对时间的平移对称性 (3) 3.4物理定律对于匀速直线运动的对称性 (3) 4 对称性与物理定律的关系 (3) 5 对称性在物理学中的应用 (4) 6结论 (5) 参考文献 (5)
物理学中的对称性 摘要：从自然界中的对称性开始，讲解了物理学中转动对对称性开始称，平移对称，置换对称；还讲解了物理定律中的空间平移对称性，转动对称性，时间平移对称性，匀速直线运动的对称性；进而说明了物理定律与对称性的关系和对称性在物理学中的应用，以及对称性导致物理问题发生和解决。 关键词：对称性；物理定律；守恒 Discuss the Symmetry Secondary Physics Abstract:From the nature of the symmetry of the begining, explain the physics rotation on symmetry started to call, translational symmetry, permutation symmetry; also explained the laws of physics in the spatial translational symmetry, rotational symmetry, time translation symmetry, the symmetry uniform motion in a straight line; then describes the physical laws and symmetry and symmetry in the application of Physics, as well as symmetry leads to physical problems and solutions. Key words:symmetrical; the laws of physicsl; conservation 1引言 对称性是自然界最普遍、最重要的特性[1]。近代科学表明，自然界的所有重要的规律均与某种对称性有关，甚至所有自然界中的相互作用，都具有某种特殊的对称性——所谓“规范对称性”。实际上，对称性的研究日趋深入，已越来越广泛的应用到物理学的各个分支：量子论、高能物理、相对论、原子分子物理、晶体物理、原子核物理，以及化学（分子轨道理论、配位场理论等）、生物和工程技术。 2对称性 什么是对称性？对称性首先来源于生活，对称式自然界中十分普片的现象，从总星系到星系团，从银河系到太阳系，地球，从原生物到各种动植物，都具有不同程度
物理学发展简史
物理学发展简史 摘要：物理学的发展大致经历了三个时期：古代物理学时期、近代物理学时期（又称经典物理学时期）和现代物理学时期。物理学实质性的大发展，绝大部分是在欧洲完成，因此物理学的发展史，也可以看作是欧洲物理学的发展史。 关键词：物理学；发展简史；经典力学；电磁学；相对论；量子力学；人类未来发展 0 引言 物理学的发展经历了漫长的历史时期，本文将其划分为三个阶段：古代、近代和现代，并逐一进行简要介绍其主要成就及特点，使物理学的发展历程显得清晰而明了。 1 古代物理学时期 古代物理学时期大约是从公元前8世纪至公元15世纪，是物理学的萌芽时期。 物理学的发展是人类发展的必然结果，也是任何文明从低级走向高级的必经之路。人类自从具有意识与思维以来，便从未停止过对于外部世界的思考，即这个世界为什么这样存在，它的本质是什么，这大概是古代物理学启蒙的根本原因。因此，最初的物理学是融合在哲学之中的，人们所思考的，更多的是关于哲学方面的问题，而并非具体物质的定量研究。这一时期的物理学有如下特征：在研究方法上主要是表面的观察、直觉的猜测和形式逻辑的演绎；在知识水平上基本上是现象的描述、经验的肤浅的总结和思辨性的猜测；在内容上主要有物质本原的探索、天体的运动、静力学和光学等有关知识，其中静力学发展较为完善；在发展速度上比较缓慢。在长达近八个世纪的时间里，物理学没有什么大的进展。 古代物理学发展缓慢的另一个原因，是欧洲黑暗的教皇统治，教会控制着人们的行为，禁锢人们的思想，不允许极端思想的出现，从而威胁其统治权。因此，在欧洲最黑暗的教皇统治时期，物理学几乎处于停滞不前的状态。 直到文艺复兴时期，这种状态才得以改变。文艺复兴时期人文主义思想广泛传播，与当时的科学革命一起冲破了经院哲学的束缚。使唯物主义和辩证法思想重新活跃起来。科学复兴导致科学逐渐从哲学中分裂出来，这一时期，力学、数学、天文学、化学得到了迅速发展。 2 近代物理学时期 近代物理学时期又称经典物理学时期，这一时期是从16世纪至19世纪，是经典物理学的诞生、发展和完善时期。 近代物理学是从天文学的突破开始的。早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说。根据这一学说，地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，其他天体都绕着地球转动。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类、地球必然在宇宙中居有至高无上地位的宗教教义，因而流传时间长达1300余年。
20世纪最伟大的物理发现
20世纪最伟大的物理发现 19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。（1. 经典力学：伽利略、牛顿、拉格朗日……，2、热力学与统计物理学： 玻耳兹曼、克劳修斯、卡诺……3. 波动光学：惠更斯、菲涅尔、阿拉果……4. 电磁学：高斯、安培、法拉弟、麦克斯韦…… 当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言: “科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。” --开尔文-- 也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！ 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----” 一朵与黑体辐射有关（维恩方程，短波适应，瑞利金斯长波适应，紫外灾难） 另一朵与迈克尔逊实验有关。（在不同的惯性参考系里，光速相同） 然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论。1900年12月14日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年他42岁。普朗克把能量子引入物理学,正确地破除了”能量连续变化”的传统观念,成为现代物理学思想的基石之一, 为我们打开了量子之门,普朗克黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？ 就在1900年，一个名叫爱因斯坦(Albert Einstein)的青年从苏黎世联邦工业大学(ETH)毕业，正在为将来的生活发愁。5年后他受量子化启发提出了光量子,成功的解释了光电效应. 就在那一年,在丹麦，15岁的玻尔(Niels Bohr)正在哥本哈根的中学里读书。玻尔有着好动的性格。学习方面，他在数学和科学方面显示出了非凡的天才，但是他的笨拙的口齿和惨不忍睹的作文却是全校有名。13年后他提出了原子轨道量子化. 德布罗意(Louis de Broglie)当时8岁，还正在家里接受良好的幼年教育。后来他提出了物质波. 再过12个月，维尔兹堡(Wurzberg)的一位著名希腊文学教授就要喜滋滋地看着他的宝贝儿子小海森堡(Werner Karl Heisenberg)呱呱坠地。 (1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。 经典物理学的疑难: 1.、X射线1895年伦琴 2、放射性1896年贝克勒尔 3、电子的发现1897年汤姆生 4、αβ 射线1898年卢瑟福 5.、热辐射偏离维恩分布1899年鲁本斯等 6.、γ 射线1900年维拉德 7、电子质量随速度增加1901年考夫曼
物理知识结构的对称美
物理知识结构的对称美 句容市后白中学陈国军212400 【摘要】：正确发现知识体系间的联系，不但有助于理解掌握知识，也有利于加深对知识本身的认识。哲学的辩证统一教会我们物体现象之间都是联系的。指导我们认识事物及规律的本质。 【关键词】：对称性、最小作用原理、诺特定理 高中物理的各个板块中都会不同程度的出现应用对称性。正确的观察、理解有利于发现深层次的对称。正确的使用对称规律会使问题得以简化，使得某些颇难解的问题迎刃而解。法拉第跟据电和磁的对称，成功的得到了法拉第电磁感应定律，德布罗意跟据逆向对称思想得到了物质波假说，而且还获得诺贝尔物理学奖。 一、形体上的对称性 形体上的对称是最直接的对称，常常使得我们可以不必精确地去求解就可以获得一些结论。例如：上抛一个自由运动的小球，小球的上升和下降是对称的，其运动特征也高度对称，位置、速度大小、能量的对称，不用解就知道是对称的。再如一个无阻力的摆球摆动起来，左右是对称的，向左边摆动的高度与右边摆边的高度一定是相等的，从中间平衡位置向左摆到最高点的时间一定等于从中间平衡位置向右摆到最高点的时间，平衡位置两边等当位置处摆球的速度和加速度的大小必定是相等的，等等。再例如一张无限大平面方格子的导体网络，方格子每一边的电阻是r，在这张方格子网络的中间相邻格点连出两条导线，问这两条导线之间的等效电阻是多少？这个问题涉及到
无穷多个回路和无穷多个节点，要用直流电路中普遍的基尔霍夫方程组将得到无穷多个方程，难以求解。然而这一无穷的方格子网络具有形体上的对称性，利用对称性分析，求解变得相当简单。在高中阶段只能利用对称性，设想用一根导线连接到一个格点，通以电I，电流从网络的边缘流出，由于从该格点向四边流过的电流具有对称性，因此流过与该可知点连接的每一边的电流必定是I/4。再设想电流I从网络的边缘流入，再从网络中心的一个格点上连接的一条导线从上流出，根据同样的对称性分析，流过与该格点连接的每一边的电流也必定是I/4。我们要求解的情形正是这两种情形的叠加，电流I从连接到一个格点的导线流入，从连到相邻格点的导线流出，而在网络边缘，两种情形流出和流入的电流相互抵消。结果在连接导线的两相邻格点之间的那条边上通过的电流是上述两种情形的叠加，即为I/2，这条边的电阻是r，这意味剩下的电流I/2通过其它边，它相应的电阻应是r，换句话说，从相邻格点来看，这一无穷方格子网络的等效电阻是两个阻值为r 的并联，其等效电阻为r/2。由此可以看出，对称性分析在物理学中非常有用，一旦明确了具有对称性，问题常常变得简单可解。 二、物理量及物理规律的对称性 以上谈到对称性的时候，提到的“事物”不一定限指一个具体物件的形体，物理学家更注意到物理规律的对称性。直线运动中的位移、速度、动量、加速度，和曲线运动的角位移、角速度、角动量、角加速度对称，还有力和力矩对称。直线的规律速度时间规律、速度位移
二十世纪物理学的两个最重大的发现
二十世紀物理學的兩個最重大的發現，是世紀初相對論的建立及其後不久量子論的發現，兩者徹底改變了人們對客觀物質世界的看法。廣義相對論是關於時空的理論，它成功地把時空的性質與萬有引力聯繫起來，顛覆了傳統的牛頓引力中絕對時間和絕對空間的觀念，而量子論是描述微觀世界的理論。至今爲止，基於規範對稱性的量子場論近乎完美地描述了主導微觀世界的三種相互作用：電磁、弱和強相互作用。長期以來，人們試圖尋找一個把引力和量子論統一起來的理論，這並不僅僅出於唯美的目的。在時空尺度非常小時，比如早期宇宙或黑洞視界附近，引力的量子效應可以很重要而不能忽略。非常遺憾，儘管經過長期的努力，人們仍然未能建立一個自洽的廣為接受的量子引力理論，弦理論的出現讓人們看到了曙光。 作為一個量子引力的理論，弦理論被寄以厚望[1]，人們相信它可以幫助回答物理學中的一些基本問題：自然界的潛在對稱性，黑洞的量子行為，超對稱的存在性及其破缺，時空奇點的量子處理等。甚至，人們也希望藉由對它的研究可以對更深奧的問題，如量子力學及時空的本性，提供線索。 簡而言之，弦理論是基於這樣一個出發點：所有的基本粒子，包括傳播引力相互作用的引力子，實際上都不是通常量子場論中的點粒子，而是一維的物體，弦，弦非常微小，只有在普郎克尺度下才有望與點粒子區分開來。正如點粒子在時空運動如一根曲線，弦在時空運動時掃出一個曲面(常稱爲世介面)，與粒子理論不同，弦理論中相互作用，超對稱，規範群的選擇都是嚴格地受到限制。已知的基本粒子都在弦的振動譜中出現，而弦間的相互作用可以直觀地從幾何上理解為弦的分裂和聯結。 弦有兩種，一種是開弦，有兩個端點；另一種是閉弦，是一根封閉的弦。很容易想象：開弦的兩個端點接在一起就得到閉弦，這暗示著兩種弦的物理是緊密相聯的。開弦的振動激發譜中包含無質量的規範粒子，而閉弦的振動激發譜中包含無質量的引力子。在某些特定背景下，開弦和閉弦的對偶關係表現為規範理論和量子引力的對應。一個著名的例子是數年前發現的AdS/CFT對應[2]。 弦理論發展至今，經歷了兩次重大的突破，或者稱為革命。第一次弦革命發生在上世紀八十年代 開弦場論和D-膜簡介 文/陳斌 摘要 本文介紹了開弦場論及其在非微擾弦理論研究中的應用。 ■■ 780
(整理)对称性原理在物理学中的重要性.
6、对称性原理在物理学中的重要性 《自然杂志》１９卷４期的‘探索物理学难题的科学意义'的９７个悬而未决的难题：２３．自然界是否存在七种对称性晶体？７７．ＣＰ不守恒难题只能在中性Ｋ介子衰变中见到吗？７８．引起ＣＰ对称性破坏的力是什么？８７．是否存在中性，稳性，质量至少大于４０ＧｅＶ的超对称粒子？美籍华人著名的物理学家、诺贝尔奖金获得者李政道把“一些物理现象理论上对称，但实验结果不对称”、“暗物质问题、暗能量问题”、"类星体的发能远远超过核能，每个类星体的能量竟然是太阳能量的1015倍"、“夸克禁闭”称为是21世纪科技界所面临的四大难题。这些问题都于对称性原理存在着密切的联系。近代科学表明，自然界的所有重要的规律均与某种对称性有关，甚至所有自然界中的相互作用，都具有某种特殊的对称性——所谓“规范对称性”。实际上，对称性的研究日趋深入，已越来越广泛的应用到物理学的各个分支：量子论、高能物理、相对论、原子分子物理、晶体物理、原子核物理，以及化学（分子轨道理论、配位场理论等）、生物（DNA的构型对称性等）和工程技术。 对称美在于：在杂乱中形成规律，在无序中引入秩序。物理学的第三个特点是它的和谐性和统一性。自然界本身就是和谐统一的，自然美反映到物理学理论中，就显示出统一与和谐的物理学美的规范。物理学规律的统一、有序与神秘的和谐、自恰常常使一些物理
学家感到狂喜和惊奇。而物理学家们创造出来的系统的思想所表现的统一与和谐之美又使更多的人感到愉快。我们可在门捷列夫的元素周期表中感到这一体系结构的“诗意”。在牛顿对天地间运动规律的统一之中；在焦耳迈尔对热功的统一之中；在法拉第、麦克斯韦对电与磁的统一之中；在E=MC2所表示的质能统一之中；在广义相对论的引力、空间、物质的统一之中；我们都会感到一种和谐的满足。守恒与对称和统一、和谐的观念紧密相连。守恒和对称会给人一种圆满、完整、均匀的美感。从阿基米德的杠杆原理到开普勒第二定律表现的角动量守恒，以及动量守恒、能量守恒等，都符合守恒的审美标准。在数学中，方程与图形的对称处处可见，这也是数学美的重要标志。中心对称、轴对称、镜像对称等，都是诗人愉悦的形式。笛卡尔建立的解析几何学是在数学方程与几何图形之间建立的一种对称。爱因斯坦于1905年提出了具有革命性意义的狭义相对论，从其新思想的来源看，不仅是逻辑的，而且具有美学的性质，是一种对称美的追求。电磁场的基本方程――麦克斯韦方程组就具有一定程度的优美的数学对称性。它确定了电荷、电流、电场、磁场的普遍规律与联系，用完美而对称的数学形式奠定了经典电动力学的基础。对称性原理简单说就是从不同角度看某个事物都是一样的。在所有这样的对称中，最简单的是左右对称。例如：从镜子里看左右颠倒了的脸，它都是一样的。有些事物比人脸有着更大的对称性。立方体从六个相互垂直的不同方向看，或者颠倒它的左右来看，都是一样的。球从任何方向来看都是相同的。这样的对称性千百年来愉悦和激发着艺术家和科学家。但对
模型组合讲解——对称性模型
模型组合讲解一一对称性模型 马秀红王世华 ［模型概述］ 对称法作为一种具体的解题方法，虽然高考命题没有单独正面考查，但是在每年的高考 命题中都有所渗透和体现。从侧面体现考生的直观思维能力和客观的猜想推理能力。所以作 为一种重要的物理思想和方法，相信在今后的高考命题中必将有所体现。 ［模型讲解］ 1.简谐运动中的对称性 例1.劲度系数为k的轻质弹簧，下端挂一个质量为m的小球，小球静止时距地面的高 度为h,用力向下拉球使球与地面接触，然后从静止释放小球（弹簧始终在弹性限度以内）则： A.运动过程中距地面的最大高度为2h B.球上升过程中势能不断变小 C.球距地面高度为h时，速度最大 D.球在运动中的最大加速度是kh/m 解析：因为球在竖直平面内做简谐运动，球从地面上由静止释放时，先做变加速运动， 当离地面距离为h时合力为零，速度最大，然后向上做变减速运动，到达最高点时速度为零，最低点速度为零时距平衡位置为h,利用离平衡位置速度相同的两点位移具有对称性，最高 点速度为零时距平衡位置也为h,所以球在运动过程中距地面的最大高度为2h,由于球的振 k k 幅为h,由a x可得，球在运动过程中的最大加速度为 a h，球在上升过程中动 m m 能先增大后减小，由整个系统机械能守恒可知，系统的势能先减小后增大。所以正确选项为 ACD。 2.静电场中的对称性 例2. （2005上海高考）如图1所示，带电量为+ q的点电荷与均匀带电薄板相距为2d, 点电荷到带电薄板的垂线通过板的几何中心。若图中b点处产生的电场强度为零，根据对称 性，带电薄板在图中b点处产生的电场强度大小为多少，方向如何？（静电力恒量为k）。 解析：在电场中a点:图1
19世纪末期物理学的三大发现及其意义复习过程
19世纪末期物理学的三大发现及其意义
精品资料 19世纪末期物理学的三大发现及其意义19世纪末，以牛顿力学、热力学、麦克维斯电磁学理论和原子论为基础的经典物理学理论体系已相当完善。正当物理学界陶醉于成功的喜悦中时，一些有远见的科学家却与意识到，在物理学晴朗的天空中出现了乌云。 1900年4月27日，一向以保守著称的英国皇家学会主席、著名物理学家达尔文发表长篇演说，指出：经典物理学本来十分晴朗的天空上出现了两朵“乌云”。一是“紫外灾难”——热辐射在位于短波的紫外线部分的实验结果与经典统计力学、电磁学理论相背；二是“以太危机”——当时的实验结果表明：麦克维斯电磁学理论中光、电、磁传播所需要的介质——“以太”可能根本就不存在。经典物理学正在发生危机，这预示着即将发生一场革命。 其实从1895年开始，连续三年的三大发现，x射线，放射性和电子的发现已经成为揭开物理学革命序幕的三声春雷。1895年伦琴发现了X射线，1896年法国的贝克勒尔发现了铀盐的放射性，1897年英国的J·J汤姆逊发现了电子。这些新发现猛烈的冲击着经典物理学理论，打破了物理学界沉闷的空气，被誉为“世纪之交的三大发现”，是现代物理学发轫的标志。 早在19世纪三四十年代，人们就发现，真空管内的金属电极在通电时其阴极会发出某种射线，这种射线受磁场影响，具有能量，被称为阴极射线。而对阴极射线性质的深入研究导致了X射线的发现。1895年德国物理学家伦琴在赫兹和勒纳德发表了论阴极射线的穿透力的论文后，准备对这一问题做进一步研究。他重复了勒纳德的实验，发现阴极射线确实能穿透铝箔在空气中行进几厘米，使涂有铂氰化钡的荧光屏上产生荧光。在多次实验后，他意外地发现了一 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2
2.现代物理学的辉煌成就解析
2、现代物理学的辉煌成就 二十世纪物理学对人类的思维方式和社会发展做出了三方面的重要贡献：第一，相对论、量子力学和它们相结合产生的量子场论从根本上改变了人类对时空和宇宙万物的看法，使人们从绝对的决定论的宇宙观变为辩证的唯实的宇宙观。第二，二十世纪物理学是带头的学科，它带动了化学、天文、材料、能源、信息等学科的发展，它为生物、医疗、地学、农业提供了强大的探测手段和研究方法。物理学在半导体、集成电路、激光、磁性、超导等方面的发现奠定了信息革命的科学基础。它推动了高技术产业的发展，引发了以微电子、光电子和微光机电技术为核心的工业革命，由物理学研究衍生的新技术和新产品层出不穷，从根本上改变了人们的生产方式和生活方式。第三，通过计算机的帮助，应用古典物理理论讨论流体运动和气象预报时，发现了自组织、混沌和分形等现象。随后发现，这是普遍存在于非线性相互作用的开放系统中的现象，生命系统和社会系统也不例外。物理学是人们对无生命自然界中物质的转变的知识做出规律性的总结。这种运动和转变应有两种。一是早期人们通过感官视觉的延伸，二是近代人们通过发明创造供观察测量用的科学仪器，实验得出的结果。物理学从研究角度及观点不同，可分为微观与宏观两部分，宏观是不分析微粒群中的单个作用效果而直接考虑整体效果，是最早期就已经出现的，微观物理学随着科技的发展理论逐渐完善。现今物理学（狭义与广义相对论、量子力学和量子场论及其发展如标准模型（包含弱电统一理论和量子色动力学））已经把目前实验能触及到的领域都涵盖进去了。从尺度讲，包含从10-17米的极微观到1026米的宇观范围；从能量角度讲，已经到达现在LHC的TeV能标。所以现在的新物理，都只能出现在：（1）10-17米以下尺度（检验超对称、超弦是否存在，检验超引力及量子引力）；（2）从星系尺度到1026米的宇观尺度（检验所谓的暗物质、暗能量是否存在及其本质）；（3）在LHC的TeV 能标之上，解决标准模型（弱电统一理论和量子色动力学）中出现的一些疑难。虽然标准模型整个框架已经确定，应该也不存在什么问题，但模型本身提出了不少更为本质的疑问，暗示着新的发展路线。标准模型现在的情况就好比1900－1926年的旧量子论，未来还将存在TeV能标以上的新物理，包括弱、电、强力三者的统一（大统一理论）。（4）超低能低温下的丰富的对称破缺。这是凝聚态物理的事情。能量标度上升，对称性增高及得以恢复，各种力都走向同一，物理学趋向统一，所以大统一理论（弱、电、强力三者的统一）以及四种力（弱、电、强、引力）的统一，都必然是在极高能标下完成的；能量标度下降，对称破缺产生，四种力（弱、电、强、引力）都逐渐分离，表现不同行为。总之，高能量标度使得对称性恢复，物理世界变得简单及统一；能量标度下降，世界变得复杂，丰富多彩。超低能低
最新对称性原理在物理学中的重要性
对称性原理在物理学中的重要性
6、对称性原理在物理学中的重要性 《自然杂志》１９卷４期的‘探索物理学难题的科学意义' 的９７个悬而未决的难题：２３．自然界是否存在七种对称性晶体？７７．ＣＰ不守恒难题只能在中性Ｋ介子衰变中见到吗？７８．引起ＣＰ对称性破坏的力是什么？８７．是否存在中性，稳性，质量至少大于４０ＧｅＶ的超对称粒子？美籍华人著名的物理学家、诺贝尔奖金获得者李政道把“一些物理现象理论上对称，但实验结果不对称”、“暗物质问题、暗能量问题”、"类星体的发能远远超过核能，每个类星体的能量竟然是太阳能量的1015倍"、“夸克禁闭”称为是21世纪科技界所面临的四大难题。这些问题都于对称性原理存在着密切的联系。近代科学表明，自然界的所有重要的规律均与某种对称性有关，甚至所有自然界中的相互作用，都具有某种特殊的对称性——所谓“规范对称性”。实际上，对称性的研究日趋深入，已越来越广泛的应用到物理学的各个分支：量子论、高能物理、相对论、原子分子物理、晶体物理、原子核物理，以及化学（分子轨道理论、配位场理论等）、生物（DNA的构型对称性等）和工程技术。 对称美在于：在杂乱中形成规律，在无序中引入秩序。物理学的第三个特点是它的和谐性和统一性。自然界本身就是和谐统一的，自然美反映到物理学理论中，就显示出统一与和谐的物理学美的规范。物理学规律的统一、有序与神秘的和谐、自恰常常使一些物理学家感到狂喜和惊奇。而物理学家们创造出来的系统的思想
所表现的统一与和谐之美又使更多的人感到愉快。我们可在门捷列夫的元素周期表中感到这一体系结构的“诗意”。在牛顿对天地间运动规律的统一之中；在焦耳迈尔对热功的统一之中；在法拉第、麦克斯韦对电与磁的统一之中；在E=MC2所表示的质能统一之中；在广义相对论的引力、空间、物质的统一之中；我们都会感到一种和谐的满足。守恒与对称和统一、和谐的观念紧密相连。守恒和对称会给人一种圆满、完整、均匀的美感。从阿基米德的杠杆原理到开普勒第二定律表现的角动量守恒，以及动量守恒、能量守恒等，都符合守恒的审美标准。在数学中，方程与图形的对称处处可见，这也是数学美的重要标志。中心对称、轴对称、镜像对称等，都是诗人愉悦的形式。笛卡尔建立的解析几何学是在数学方程与几何图形之间建立的一种对称。爱因斯坦于1905年提出了具有革命性意义的狭义相对论，从其新思想的来源看，不仅是逻辑的，而且具有美学的性质，是一种对称美的追求。电磁场的基本方程――麦克斯韦方程组就具有一定程度的优美的数学对称性。它确定了电荷、电流、电场、磁场的普遍规律与联系，用完美而对称的数学形式奠定了经典电动力学的基础。对称性原理简单说就是从不同角度看某个事物都是一样的。在所有这样的对称中，最简单的是左右对称。例如：从镜子里看左右颠倒了的脸，它都是一样的。有些事物比人脸有着更大的对称性。立方体从六个相互垂直的不同方向看，或者颠倒它的左右来看，都是一样的。球从任何方向来看都是相同的。这样的对称性千百年来愉悦和激发着艺术家和科学家。但对称性在物理学