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第一节 科学世界图景的演变(第5页)

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在这些事实面前,两种竞争的学说互相修正。

1925年,路易斯·德布罗意提出一切物质皆是波的观点。

电子波得到了证实,德布罗意也因此获得了1929年度诺贝尔物理学奖。

实验证明质子、中子等粒子同样具有波动性。

波粒二象性成为公认的微观世界粒子的基本属性,是解释微观世界现象的出发点。

波粒二象性是量子世界的奇特特征。

依据此观点,当我们研究固体、**和气体时,我们面对的是量子的海洋,一切微观现象都是由次一层级的粒子涨落引起的。

每一粒子的行为是无规则的,但整个层级的总体表现是可以把握的。

我们不再妄图寻找每一事物间的因果联系,但却要通过层级间的差别与不同的表观来认识世界。

从波粒二象性出发,我们可以发现一个更简单、更清晰的内在世界。

四、相对论的形成

19世纪的物理学家接受了牛顿的绝对时空观念:绝对空间与任何外界事物无关地存在着,绝对时间同样与外界事物无关地流逝着。

运动定律对所有匀速运动的观察者都是相同的。

爱因斯坦的相对论打破了牛顿的绝对时空观念,他把三百年来物理科学的发展推向了顶峰。

(一)狭义相对论的创立

1905年,爱因斯坦提出了两条全新的物理学原理:相对性原理和光速不变原理。

前者是指宇宙中各处的物理规律都是相同的,不论观测者的运动速度如何;后者是指光速是一个常数,它与光源的运动无关。

当物体运动的速度接近光速时,牛顿定律失效了,许多奇怪的现象出现了。

爱因斯坦指出,接近光速运动的物体,在一个静止的观察者看来,会在运动的方向上变扁。

收缩的程度取决于运动物体的实际速度;同时性的概念取决于观测者的速度,而不再是绝对的。

在相对论中,运动的时钟比静止的时钟走得慢。

当物体运动的速度接近光速时,它的质量会变得无限大,因为光速不变,所以没有质量无限大的运动物体。

只有静止质量是零的粒子才能以光速运动,比如光子。

(二)广义相对论的建立和验证

爱因斯坦没有停止对时空本性的探索,他清醒地知道狭义相对论的局限:狭义相对论是针对接近光速的匀速运动的观察者而言的,然而,实际的观测者都在经受着加速度。

他试图提供一种适合于所有观测者的物理描述,把加速运动和引力的影响包括在内。

1907年,爱因斯坦提出了等效原理:引力和加速度是等效的。

经过8年的努力,他创立了广义相对论。

在广义相对论的宇宙中,引力被转化到时空的几何曲率中。

时空弯曲的程度,由宇宙中物质的分布所决定:一个区域内物质的密度越大,时空的曲率就越大。

1919年,英国天文学家爱丁顿在观测日食时,发现星光经过太阳附近时光线发生弯曲。

他自己把对广义相对论的验证看作是一生中最伟大的时刻。

爱因斯坦也因此获得了世界性的声誉。

广义相对论对于我们认识高能量、大质量、大距离的天体来说是至关重要的,它把宇宙学变成了数学和几何学的一个分支,这是现代科学重大的智力成就之一。

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