第一讲物理学的概念范畴PPT课件
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超低温 超导态：比如，水银的温度将到4.173K，即 — 269℃时…
超流态：比如，液态氦的温度将到2. 17K， 出现超流动态…
成熟的经典力学、热力学、电动力学、光学、
不完备的原子物理学；
不完全成熟的量子力学、不成熟现代宇宙学；
3
⑵ 关于场
目前对场 的认识
①传递实物间相互作用的一种形态；
②场是物质存在的基本形态；
比如，力学：力、质量、惯性、碰撞、参照系… 比如，热学：温度、内能、理想气体、熵、…
★基本概念 ★导出概念
比如，电磁学：电场强度、电势差、位移电流、涡旋电场…
比如，光学：光线、点光源、干涉、衍射、偏振、双折射… 比如，原子物理学：原子核、能级、磁矩、量子数、放射性…
二202、0年9物月2理8日 学的研究对象
2020年9月28日
相对论粒子方程
6
⑸大学物理学概念体系的尝试1——“实物与场”的角度
第一篇 宏观力学——质点与刚体
第1章 第2章 第3章 第4章
低速范围的宏观力学——牛顿力学 高速范围的宏观力学——狭义相对论 万有引力场与天体力学 广义相对论与宇宙学基础
第二篇 电磁场——场
第5章 电荷与电场
第6章 电流与磁场
●将该波函数对时间求导，得
t iE (1)
E h
●平面波 y A c o s (t k r) A c o s (p r E t) p h k eix cos x i sin x
●自由粒子的波函数
(r,t)Aei(p rE)t
●将该波函数对时间求导，得 t iE (1)
2020年9月28日
10
★自由粒子的波函数——平面波 (r,t)Aei(prE)t
④实物粒子之间的相互作用表现为场之间的相互作用；
实物粒子场
相互作用场
引力相互作用
电磁相互作用
弱相互作用
强相互作用
量子几何动力学 (引力场、实物粒子场)
量子电动力学
量子味动力学
量子色动力学
(电磁场、电子场) (电磁场、电子场) (胶子场、夸克场)
统一场论 （2引02力0年场9月与28日电磁场的统一）
大统一理论 四种相互作用
应量，是相互量子场的极限； ④ 任何量子场都是真实的物理波场，可以用波动方程描述场的运
动规律；用算符及其对易关系进行描述其粒子性运动规律 ⑤ 量子场的基态：“真空态”，彻底否定了脱离物质的绝对时空观；
实物粒子场
狄拉克方程
引力场
电磁场
弱相互作用场
强相互作用场
引力场方程
麦克斯韦方程组
普罗卡方程
量子色动力学
为，只是波动场粒子的可能出现的时空几率……是一种不完
2020备年9的月28量日 子观点、波粒二象性的描述；
8
●介质波（机械波）波动方程
★设原点的扰动函数—简谐振动 F ky 2y2y0 yA co st
★平面简谐波的波函数
yAc
os来自百度文库t
t2
x)
y A cot sk(r)
u
●对波函数求时间t 的偏导数，得 ●对波函数求传播空间x 的偏导数，得
第7章 电磁感应
第8章 麦克斯韦方程组与电磁辐射
附录 高速运动的电荷与电场的磁场统一性
2020年9月28日
7
2、粒子与波
实物粒子
⑴ 两类粒子
微观粒子 （正、反粒子）
质子、中子、 轻子（电子、中微子） 夸克…
引力子？（传递引力作用） 光子（传递电磁作用）
媒介粒子 希格斯玻色子 W玻色子（传递弱作用）
yAsi n(tx)
t
u
2t2y2Acos(tux)
yAsi n(tx)
x u
u
x2y2 u22
Acos(tx)
u
●综合，得
2020年9月28日
2 y x2
1 u2
2 y t2
←波动方程
物理学的典型方程之 一；麦克斯韦据此推
断出光的电磁说 9
●概率波（波粒二象性）的薛定谔方程
★自由粒子的波函数——平面波
超统一理论，超对称理论 实物粒子场与 相互作用场
两种量子场的统一 5
⑷实物与场的描述：量子场论关于场和实物粒子的特性
① 一切微观粒子(实物粒子和媒介粒子 )都对应其量子场(实物 粒子场和媒介粒子场)
② 实物粒子场(电子场……)—— 没有经典场概念与其对应量; ③ 相互作用场(电磁场、引力场……)——有经典场概念与其对
胶子（传递强作用）
⑵ 两类波 介质波 机械波：声波、水波… 概率波 波粒二象性 ：光波、物质波（德布罗意波）…
●介质波：需要介质（媒质），介质粒子的振动——能量的 传播，介质粒子没有迁移……是一种经典的机械波；
●概率波：无需介质（媒质），波动场粒子可以脱离波源独立
的传播——能量的传播；波强弱并非是波动场粒子的真实行
④不能描述粒子的产生与消失——微观粒子的转化；
2020年9月28日
4
⑶实物与场的统一：量子场论关于物质存在形式的观点：
①场是物质存在更基本的形态:
场处于基态时——无能量、信号释放——所谓“真空”； 实物粒子——是场量子的激发态； ②两种场: 实物粒子场—— 场量子是实物粒子：电子场、中子场…… 相互作用场—— 场量子是媒介粒子：引力场、电磁场…… ③真空是各种量子场的基态——零点振动和虚粒子……
★物质的结构以及各种低级的运动形式！ 2
三、大学物理学基本概念范畴的简单讨论
1、实物与场
物质的定义：客观实在性……——无论实物还是场……
⑴ 关于实物 日常条件 固、液、气、非晶态、液晶态
实物的 （到目前）
十种形态
描述实物 运动规律 20的20年理9月论28日：
超高温 等离子态：恒星内部…
超高压 超固态：恒星后期的“白矮星”，原子被压碎 中子态：恒星后期的“中子星” ，原子核被压碎 黑洞……
③场可以量子化—— 波粒二象性: Eh ph
④场与实物并无定性区别—— 质能守恒: Emc2
描述场运动规律的理论：成熟的电动力学、不完全成熟的量子场论！
量子力学的不足
①主要侧重于实物粒子的波粒二象性，甚至没有把光当作粒子处理；
②在粒子的基础上谈其波动性——概率波——波、粒二象性地位不平等；
③实物粒子的波动性——概率波——不是真正物理波场；
第一讲 物理学的基本概念范畴
2020年9月28日
1
第一讲 物理学的基本概念范畴
一、物理学的概念范畴
物质存在的基本形态：实物与场（粒子与场）
1、总范畴
物质的根本属性：运动的绝对性、运动描述的相对性、
各种低级运动形式的特殊性
物质存在的基本形式：时间和空间←广延性
2、具体学科的范畴——构成概念体系
★什么是概念
超流态：比如，液态氦的温度将到2. 17K， 出现超流动态…
成熟的经典力学、热力学、电动力学、光学、
不完备的原子物理学；
不完全成熟的量子力学、不成熟现代宇宙学；
3
⑵ 关于场
目前对场 的认识
①传递实物间相互作用的一种形态；
②场是物质存在的基本形态；
比如，力学：力、质量、惯性、碰撞、参照系… 比如，热学：温度、内能、理想气体、熵、…
★基本概念 ★导出概念
比如，电磁学：电场强度、电势差、位移电流、涡旋电场…
比如，光学：光线、点光源、干涉、衍射、偏振、双折射… 比如，原子物理学：原子核、能级、磁矩、量子数、放射性…
二202、0年9物月2理8日 学的研究对象
2020年9月28日
相对论粒子方程
6
⑸大学物理学概念体系的尝试1——“实物与场”的角度
第一篇 宏观力学——质点与刚体
第1章 第2章 第3章 第4章
低速范围的宏观力学——牛顿力学 高速范围的宏观力学——狭义相对论 万有引力场与天体力学 广义相对论与宇宙学基础
第二篇 电磁场——场
第5章 电荷与电场
第6章 电流与磁场
●将该波函数对时间求导，得
t iE (1)
E h
●平面波 y A c o s (t k r) A c o s (p r E t) p h k eix cos x i sin x
●自由粒子的波函数
(r,t)Aei(p rE)t
●将该波函数对时间求导，得 t iE (1)
2020年9月28日
10
★自由粒子的波函数——平面波 (r,t)Aei(prE)t
④实物粒子之间的相互作用表现为场之间的相互作用；
实物粒子场
相互作用场
引力相互作用
电磁相互作用
弱相互作用
强相互作用
量子几何动力学 (引力场、实物粒子场)
量子电动力学
量子味动力学
量子色动力学
(电磁场、电子场) (电磁场、电子场) (胶子场、夸克场)
统一场论 （2引02力0年场9月与28日电磁场的统一）
大统一理论 四种相互作用
应量，是相互量子场的极限； ④ 任何量子场都是真实的物理波场，可以用波动方程描述场的运
动规律；用算符及其对易关系进行描述其粒子性运动规律 ⑤ 量子场的基态：“真空态”，彻底否定了脱离物质的绝对时空观；
实物粒子场
狄拉克方程
引力场
电磁场
弱相互作用场
强相互作用场
引力场方程
麦克斯韦方程组
普罗卡方程
量子色动力学
为，只是波动场粒子的可能出现的时空几率……是一种不完
2020备年9的月28量日 子观点、波粒二象性的描述；
8
●介质波（机械波）波动方程
★设原点的扰动函数—简谐振动 F ky 2y2y0 yA co st
★平面简谐波的波函数
yAc
os来自百度文库t
t2
x)
y A cot sk(r)
u
●对波函数求时间t 的偏导数，得 ●对波函数求传播空间x 的偏导数，得
第7章 电磁感应
第8章 麦克斯韦方程组与电磁辐射
附录 高速运动的电荷与电场的磁场统一性
2020年9月28日
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2、粒子与波
实物粒子
⑴ 两类粒子
微观粒子 （正、反粒子）
质子、中子、 轻子（电子、中微子） 夸克…
引力子？（传递引力作用） 光子（传递电磁作用）
媒介粒子 希格斯玻色子 W玻色子（传递弱作用）
yAsi n(tx)
t
u
2t2y2Acos(tux)
yAsi n(tx)
x u
u
x2y2 u22
Acos(tx)
u
●综合，得
2020年9月28日
2 y x2
1 u2
2 y t2
←波动方程
物理学的典型方程之 一；麦克斯韦据此推
断出光的电磁说 9
●概率波（波粒二象性）的薛定谔方程
★自由粒子的波函数——平面波
超统一理论，超对称理论 实物粒子场与 相互作用场
两种量子场的统一 5
⑷实物与场的描述：量子场论关于场和实物粒子的特性
① 一切微观粒子(实物粒子和媒介粒子 )都对应其量子场(实物 粒子场和媒介粒子场)
② 实物粒子场(电子场……)—— 没有经典场概念与其对应量; ③ 相互作用场(电磁场、引力场……)——有经典场概念与其对
胶子（传递强作用）
⑵ 两类波 介质波 机械波：声波、水波… 概率波 波粒二象性 ：光波、物质波（德布罗意波）…
●介质波：需要介质（媒质），介质粒子的振动——能量的 传播，介质粒子没有迁移……是一种经典的机械波；
●概率波：无需介质（媒质），波动场粒子可以脱离波源独立
的传播——能量的传播；波强弱并非是波动场粒子的真实行
④不能描述粒子的产生与消失——微观粒子的转化；
2020年9月28日
4
⑶实物与场的统一：量子场论关于物质存在形式的观点：
①场是物质存在更基本的形态:
场处于基态时——无能量、信号释放——所谓“真空”； 实物粒子——是场量子的激发态； ②两种场: 实物粒子场—— 场量子是实物粒子：电子场、中子场…… 相互作用场—— 场量子是媒介粒子：引力场、电磁场…… ③真空是各种量子场的基态——零点振动和虚粒子……
★物质的结构以及各种低级的运动形式！ 2
三、大学物理学基本概念范畴的简单讨论
1、实物与场
物质的定义：客观实在性……——无论实物还是场……
⑴ 关于实物 日常条件 固、液、气、非晶态、液晶态
实物的 （到目前）
十种形态
描述实物 运动规律 20的20年理9月论28日：
超高温 等离子态：恒星内部…
超高压 超固态：恒星后期的“白矮星”，原子被压碎 中子态：恒星后期的“中子星” ，原子核被压碎 黑洞……
③场可以量子化—— 波粒二象性: Eh ph
④场与实物并无定性区别—— 质能守恒: Emc2
描述场运动规律的理论：成熟的电动力学、不完全成熟的量子场论！
量子力学的不足
①主要侧重于实物粒子的波粒二象性，甚至没有把光当作粒子处理；
②在粒子的基础上谈其波动性——概率波——波、粒二象性地位不平等；
③实物粒子的波动性——概率波——不是真正物理波场；
第一讲 物理学的基本概念范畴
2020年9月28日
1
第一讲 物理学的基本概念范畴
一、物理学的概念范畴
物质存在的基本形态：实物与场（粒子与场）
1、总范畴
物质的根本属性：运动的绝对性、运动描述的相对性、
各种低级运动形式的特殊性
物质存在的基本形式：时间和空间←广延性
2、具体学科的范畴——构成概念体系
★什么是概念