我心目中的现代物理.PDF

我心目中的现代物理 于建峰 生活在地球上的人们，面对广阔无垠的宇宙， 恒星的总数已达 人类常常被宇宙的浩瀚而震撼！对于宇宙，人类从 几千亿颗。 未停止过探索，而且还编出各种各样的神话故事。 银河系是一 到了近代，天文学才从神话学中分离出来，成为现 个巨型旋涡星系， 代的天文学。 包含一二千亿颗 自 16 世纪以来，随着天文学和力学的长足发 恒星。形状呈扁平 展，哥白尼、伽利略、牛顿等以自然科学的观点和 的圆盘，共有 4 条巨大的旋臂，中间厚边缘薄，整 实验手段研究天体方面取得了巨大的成就。特别是 个圆盘的直径约为 10 万光年，中间最厚的部分约 牛顿的万有引力定律，为研究天体方面取得了一系 12000 光年。它还有一个由分布比较稀疏的恒星组 列巨大成就。并且为人们描绘了一幅宇宙结构的自 成的直径约 100000 光年的球状晕——银晕。银河系 然图景：无限多的星体均匀地分布在无限的绝对的 估计的总质量为 1000 亿个太阳质量。其中银晕的质 空间中，靠万有引力作用相互联系着，它们沿着各 量占总质量的 10% 。太阳位于离银河盘的中心约 自的轨道运行着。现代天文学是以爱因斯坦的广义 30000 光年处，在盘中心平面稍微“偏北”的地方。 相对论为基础。随着粒子物理学以及整个理论物理 离太阳最近的恒星是比邻星，它与太阳的距离约 学的发展，结合天体观察手段的进步，天文学获得 有 4.3 光年。整个银河系盘子在旋转，速度达 了迅速的发展。现代天文学全方位地研究宇宙的结 250km/s ，并且呈现出巨大的旋臂，整个银河系在 构、起源和演化。20 世纪 60 年代以来，天体物理 空中非常雄壮。20 世纪初人们所说的宇宙大致就 观测上的一系列重大发现，极大地推动了现代天文 是我们的银河系。 学的发展，近几十年，高能物理学和粒子物理学的 70 多年前，美国天文学家哈勃在银河系外找到 发展，特别是规范场论、大统一理论的发展，使得 了一些新的星系，这些新发现的星系与银河系一样， 天文学的研究紧密结合起来，互相推动。目前现代 也是由许多恒星组成，称为河外星系。这几十个河 天文学已经成为整个自然科学的重要研究领域。 外星系距地球都在 200 万光年以上。哈勃的重要发 宇宙是万物的总称。人们对宇宙的认识，小到 现使人类对宇宙的观测突破了银河系，进一步扩展 地球，大到银河系、河外星系、星系团，乃至整个 了人类对宇宙的认识。目前，用较大的光学和射电 宇宙。目前，天文观测的视野已经达到一百亿光年 望远镜，在我们的银河系之外已经发现了约有 1011 (一光年=9.6 ×1012km) 。我们生活的地球可以说是宇 个星系，其中大的星系包括 1013 颗恒星，小的也有 宙海洋中的微不足道的小沙粒，而太阳也只是银河 106 颗恒星。它们的形状各不相同，有球形、椭圆形、 系中 2000 多颗比较亮的恒星之一，而银河系中各类 旋涡状（银河系就是这种外形）、棒旋状等，还有稀 才知道原来主要是太阳风造就了气体彗尾。太阳风 微观之间的一颗尘埃——这在它们看来是广袤无垠 中的高速带电粒子先是大量撞碎彗星挥发气体中的 的战场上相互对抗、彼此角逐，从而影响了这颗尘 分