科学技术主要部分研讨.doc

二、若干基本概念（Some basic terms） 科学：我们理解自然界的最有效的方式；科学活动包括观察或实验，以及将收集到的证据上升到理论；科学是系统的、有条理的知识。 技术：应用科学；技能和知识的集合体，通过这些技能和知识，来实现人类对自然的控制和改造；医学也是一种技术。 科学技术与社会语境（social context）：政治语境、经济语境、教育与文化语境……；科学共同体；伦理道德与行为规范。 控制复杂性：人的作用：人群动力学机制，群集智能系统。 Eg1：腮腺炎—麻疹—风疹疫苗和孤独症的关联：接种麻疹、腮腺炎、风疹三联疫苗可能增加孩子患上孤独症的危险。 Eg2：Ignaz Semmelweis和产褥热（1818-1865），匈牙利医生；1844-1848年维也纳医院工作；第一产科病房的产褥热发病率极高，达到10%，远高于第二产科病房的2.3%。 19世纪末20世纪初的物理学革命 古典物理学的顶峰与物理学危机 1、19世纪末古典物理学大厦建成：形成牛顿力学体系为中心，声学、热学、光学和电磁学大一统，小到原子、大到宇宙天体的世界图景，使物理学显示出一种形式上的完整，物理学大厦已经最终建成，剩下的工作只是把物理常数的测量弄得再准确一些； 3、物理学晴朗天空中的两朵乌云：迈克尔逊-莫雷实验的零结果1886年，美国物理学家迈克尔逊和莫雷进行探测光以太对于地球的漂移速度的实验，在人们当时的观念里，以太代表了一个绝对静止的参考系，而地球穿过以太在空间中运动，就相当于一艘船在高速行驶，迎面会吹来强烈的“以太风”。这可能是当时物理史上进行过的最精密的实验了，但是迈克尔逊和莫雷一连观测了数天，没有观测到以太的飘移速度，以失败告终；难以观测到以太的绝对运动，这便动摇了经典物理学和经典时空观的基础。 4、黑体辐射与紫外灾难：在同样的温度下，不同物体的发光亮度和颜色（波长）不同。颜色深的物体吸收辐射的本领比较强，比如煤炭对电磁波的吸收率可达到80％左右。所谓“黑体”是指能够全部吸收外来的辐射而毫无任何反射和透射，吸收率是100％的理想物体；英国物理学家瑞利和物理学家、天文学家金斯认为能量是一种连续变化的物理量，建立起在波长比较长、温度比较高的时候和实验事实比较符合的黑体辐射公式。但是，从瑞利一金斯公式推出，在短波区（紫外光区）随着波长的变短，辐射强度可以无止境地增加，而实验数据是趋于零，这部分的严重偏离，被称为“紫外灾难”。 X射线：伦琴；放射性：居里夫妇；电子：汤姆孙；原子结构：卢瑟福；量子：普朗克 相对论：世界图景的重建 1、早在16岁时爱因斯坦就在想一个问题，如果一个人以光速远行，他将看到一幅什么样的世界景象呢，电磁波是不是就像凝固了那样静止不动呢，如果是那样，电动力学就完了。看起来，电动力学的麦克斯韦方程只对一个绝对静止不动的参考系即以太参考系是成立的。可是这与牛顿力学所遵从的惯性系等效原理相矛盾。 2、所有的牛顿定律对于所有的惯性系都是成立的，伽利略恰当地称之为相对性原理。他的著名实验是，一个坐在船舱里的人无论用什么物理实验，也无法确定该船是否在相对于河流做均匀直线运动即惯性运动。可是，电动力学为什么不遵从伽利略的相对性原理呢? 4、第一篇论文发表在《物理学年鉴》第17卷132-148页，是关于光电效应的。爱因斯坦将德国物理学家普朗克在此之前提出的量子观点大胆推广，指出光是由一定能量的光量子组成。正是这些光量子激发了金属内部的电子，而且，只有一定能量的光量子能被金属所吸收，并激发一定能量的电子。这就解释了光电效应。由于这篇论文，爱因斯坦获得了1921年的诺贝尔物理奖。 6、第二篇论文发表在《物理学年鉴》第17卷549-560页，是关于布朗运动的。布朗运动是1827年英国植物学家布朗发现的显微镜下花粉颗垃的无规则运动，长期以来得不到解释。分子运动论建立之后，曾有人从大量分子无规则运动的观点解释布朗运动。但爱因斯坦第一个从数学上详尽地解决了这一问题。 7、最伟大的成就是第三篇论文《论动体的电动力学》，刊于《物理学年鉴》第17卷第89l-921页。在这篇论文中，爱因斯坦提出了他举世闻名的相对性理论即相对论。他以同时性的相对性这一点作为突破口，建立了全新的时间和空间理论。并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式。 9、狭义相对论（1905，Special Relativity）：惯性参照系等价；同时性的相对性；光速不变；广义相对论（1913，General Relativity?）：引力质量=惯性质量，等效原理；火箭实验(升降机实验) 10、狭义相对论： （1）光速不变：在所有惯性系中，真空中的光速都等于299 792 45