第10讲 20世纪的科学与技术 一探究宇宙与生命之谜的新征程
第10讲 20世纪的科学与技术 —探究宇宙与生命之谜的新征程
回 顾 世纪，古典科学得到了极大的发展 物理科学领域：以牛顿力学为基础统一了声学 光学、电磁学和热学，有效的支配着小到超微 粒子、大到宇宙天体的物理世界 生命科学领域：以细胞学说和生物进化论为基 础，统一了生物学的诸分支，确立了人在自然 界中的真正地位 这些巨大的成就使人们相信：古典科学已经发 展到了顶峰，剩下的事情只是将已经建立起来 的原理用于自然界的种种现象上去
回 顾 n 19世纪，古典科学得到了极大的发展。 n 物理科学领域: 以牛顿力学为基础统一了声学、 光学、电磁学和热学，有效的支配着小到超微 粒子、大到宇宙天体的物理世界。 n 生命科学领域: 以细胞学说和生物进化论为基 础，统一了生物学的诸分支，确立了人在自然 界中的真正地位。 n 这些巨大的成就使人们相信：古典科学已经发 展到了顶峰，剩下的事情只是将已经建立起来 的原理用于自然界的种种现象上去
一个故事 著名物理学家普朗克(1858-1947)在年轻 的时候曾向老师表示要献身于理论物理学， 老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已 经完成了的科学，不会再有多大的发展了， 将一生献给这门科学，太可惜了
一个故事 著名物理学家普朗克（1858-1947）在年轻 的时候曾向老师表示要献身于理论物理学， 老师劝他说： “年轻人，物理学是一门已 经完成了的科学，不会再有多大的发展了， 将一生献给这门科学，太可惜了。
数学物理的危机 物理学的新发现已经推翻了物理学过去 建立起来的基本原理：放射性和镭的永恒发热 的发现，推翻了能量守恒定律；电子电磁质量 随速度而变化的发现，推翻了质量守恒定律， 以太漂移”实验的否定结果，推翻了伽利略 相对性原理；电磁作用以有限速度传播，使电 荷体之间的相互作用违反了牛顿第三定律。 一庞加莱《科学的价值》
数学物理的危机 n “ ……物理学的新发现已经推翻了物理学过去 建立起来的基本原理：放射性和镭的永恒发热 的发现，推翻了能量守恒定律；电子电磁质量 随速度而变化的发现，推翻了质量守恒定律， “以太漂移”实验的否定结果，推翻了伽利略 相对性原理；电磁作用以有限速度传播，使电 荷体之间的相互作用违反了牛顿第三定律。 ” n —庞加莱《科学的价值》
危机之一：以太漂移实验 什么是“以太”？ (aether) 就以太这个词而言，它源于希腊，现在 所知它最早的出处在亚里士多德的《物理学》 一书中：“地在水中，水在空气里，空气在 以太里，以太在宇宙里。但宇宙再不能在别 的事物里了”。亚里士多德把以太当作第五 元素引入，认为它是一种不变的完美物质， 月上世界就是由以太组成的
危机之一：以太漂移实验 什么是“以太”？ （aether） 就以太这个词而言，它源于希腊，现在 所知它最早的出处在亚里士多德的《物理学》 一书中： “地在水中，水在空气里，空气在 以太里，以太在宇宙里。但宇宙再不能在别 的事物里了” 。亚里士多德把以太当作第五 元素引入，认为它是一种不变的完美物质， 月上世界就是由以太组成的
亚里士多德之后，笛卡 尔第一个赋予以太一种 力学性质。他认为宇宙 中充满以太，能够传递 力和施加力于“浸在” 其中的物体之上。他用 以太的旋涡来说明天体 的运动，并反对牛顿的 超距作用。波义耳相信 笛卡尔的以太说
n 亚里士多德之后，笛卡 尔第一个赋予以太一种 力学性质。他认为宇宙 中充满以太，能够传递 力和施加力于“浸在” 其中的物体之上。他用 以太的旋涡来说明天体 的运动，并反对牛顿的 超距作用。波义耳相信 笛卡尔的以太说
牛顿也在另外一种意义上使用以太这个概念。 他提出以太可能伴随引力作用、电磁现象和 热辐射的传播，但是认为，“光既非以太也 不是它的振动，而是从发光体传播出来的某 种与此不同的东西
n 牛顿也在另外一种意义上使用以太这个概念。 他提出以太可能伴随引力作用、电磁现象和 热辐射的传播，但是认为， “光既非以太也 不是它的振动，而是从发光体传播出来的某 种与此不同的东西”
你见过“以太”吗？ 以太是什么？它有重量吗？它的密度有多 大？它对物体的运动会产生阻力吗？ ■以太是我们看不见、摸不着的物质，就像 风一样。 谁看见过风？ 我没有见过，你也没见过； 可是每当树叶飘摇 风就在穿过
你见过“以太”吗？ n 以太是什么？它有重量吗？它的密度有多 大？它对物体的运动会产生阻力吗？ n 以太是我们看不见、摸不着的物质，就像 风一样。 谁看见过风？ 我没有见过，你也没见过； 可是每当树叶飘摇， 风就在穿过
麦克斯韦：地球就像一艘没有摩擦力 的船穿过海水一样穿过“以太” C:游泳者的速度；：水流速；L:距离 ■游泳者往返一次所需时间： L T= C+V C-v =2 c1-(v1c2 如果将游泳者换成光，地球的公转速度可以算出， 那么有：v/c=1/10000.因此在地球上验证地球穿 越以太的实验，其精度起码达到一亿分之一！
麦克斯韦：地球就像一艘没有摩擦力 的船穿过海水一样穿过“以太” 。 n C:游泳者的速度；V:水流速；L:距离 n 游泳者往返一次所需时间： 如果将游泳者换成光，地球的公转速度可以算出， 那么有：v/c=1/10000.因此在地球上验证地球穿 越以太的实验，其精度起码达到一亿分之一！ 2 1 / 1 2 c v c L c v L c v L T
1887:迈克尔逊一莫雷实验 迈克尔逊 莫雷 物理学家 化学家
1887:迈克尔逊—莫雷实验 迈克尔逊 莫雷 物理学家 化学家