自然界的物质运动.ppt
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1、自然辩证法课程,第三讲 物质运动的自然图景主讲 姚莉萍 同济大学 法政学院,第1页,教学相长 开拓创新,马克思主义理论部,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,本讲内容,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第1页,马克思主义理论部,本讲主要讨论五方面的内容 自然界的物质性物质观的演变 宇宙的起源和发展 星系和恒星的起源和发展 地球的起源和发展 生命的起源与进化,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,一、物质观的演变,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第2页,马克思主义理论部
2、,自 然 广义的自然,是指包括人类自身在内的具有无限多样性的整个存在,是我们这个宇宙的总和。包括人和社会。在这个意义上自然可以作为宇宙、物质、存在、客观实在的同义词 狭义的自然,则指与社会相对立的自然界,可以理解为人类生存的自然环境。,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第3页,马克思主义理论部,区分哲学上的“物质”概念 与具体的“物质”形态 哲学上的“物质”概念不是指某个或某些具体的物质,而是指“各种实物的总和”,是抽象的,是共性具体的“物质”形态是指“各种特定的、实在的物质”,是具体的,是个性
3、,1、关于“物质”的认识,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,蒙太格语法(MG)研究,第4页,马克思主义理论部,古代朴素唯物主义自然观在哲学思辨的基础上提出了自然界是物质的思想,此时的“物质”作为世界的本原是在比较直观的层面上指代各种实物的总和,是一种朴素的物质观;机械唯物主义自然观虽吸收了近代的自然科学成果(主要是力学),克服了古代自然观的直观性、猜测性,但却把哲学上的物质概念与具体的物质形态混为一谈,把个性当作是共性,是一种形而上学的物质观,片面、静止;辩证唯物主义自然观则吸收了19世纪自然科学的新成果,用辩证的思维
4、方式,奠定了辩证唯物主义物质观的基础;,2、新进展:19世纪末20世纪初的物理学革命,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第5页,马克思主义理论部,(1)物理学危机 由牛顿所创立的经典物理学曾被视作物理学的终极形式:牛顿力学被认为 是万能的,物理学中一切基本问题在牛顿力学的基础上都已得到解决,剩下的一点点工作只需把物理常数测得更准确些,把一些基本规律应用到具体问题中去而已。即使当时由法拉第、麦克斯韦提出的电磁场理论已超出牛顿力学的框架,仍被归结为是“以太”(一种虚构物质)的力学运动。在经典物理学体系中,自然被归结为绝对不
5、可分的原子和绝对静止的以太两种物质始原。两朵乌云以太漂移实验、黑体辐射定律,a、以太漂移实验,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第6页,马克思主义理论部,1887年,迈克尔逊(A.A.Michelson,1852-1931)和莫雷(E.W.Morley,1836-1923)根据麦克斯韦提出的一种探测方法,为寻找地球相对于绝对静止的以太的运动,进行了著名的“以太漂移实验”。,光源S,B,D,A,E,迈克尔逊干涉仪,以太漂移实验,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读
6、与思考,第1页,第7页,马克思主义理论部,“绝对静止的以太”所提供的绝对参考系,是经典力学体系所需要的。但是,实验的“零结果”否定了以太风的存在,也否定了绝对运动。以太站不住脚了,力学体系本身可能就需要重新改写。虽然,为解释“零结果”,1889年爱尔兰物理学家菲兹杰拉德提出物体在以太风中的收缩假说,即在运动方向上物体长度将会缩短,以致我们无法在光学实验中探测出以太漂移的迹象。1892年,荷兰物理学家洛伦兹也独立提出收缩假说,并给出著名的洛伦兹变换。该变换使相对于以太运动以及相对于以太静止的两种坐标系均满足同样形式的麦克斯韦方程,暂时保全了经典体系形式上的完美。但洛伦兹的工作已经大大修改了许多传
7、统的观念,例如,运动粒子的质量不再是不变的,速度均以光速为上限等。这些煞费苦心的修补工作,引起物理学家的深思,“以太是不可能探测到的,长度收缩也是不可能探测到的”,b、紫外灾难,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第8页,马克思主义理论部,在经典物理学看来,黑体辐射的能量应该是连续分布的,所谓“黑体”是指吸收率是100的理想物体。19世纪末,由于冶金等各方面的需求,人们急于知道辐射强度与光波长之间的函数关系。维恩和瑞利-金斯分别发表公式,试图解决这一问题。在波长比较长、温度比较高的时候,实验事实比较符合辐射公式。然而,根
8、据瑞利-金斯由经典热学推导出来的公式,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。事实上,这是不可想象的,而且它和实验数据相差十万八千里。因此,这个公式在短波的紫外光谱区遇到了不解之谜,被埃伦菲斯特称为“紫外灾难”。,意义,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第9页,马克思主义理论部,“以太漂移实验”否定了绝对不变、绝对静止和绝对连续的以太物质,动摇了牛顿的绝对时空观,为从根本上抛开以太存在的假设、创立狭义相对论提供了重要依据“紫外灾难”否定了能量是绝对连续的旧观念,导致了普朗克提出量子假说,为量子理论
9、的建立奠定了基础,(2)物理学革命,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第10页,马克思主义理论部,新发现X射线、放射性现象、电子狭义、广义相对论创立量子力学,a、新发现X射线、放射性现象、电子,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第11页,马克思主义理论部,X射线 1895年,伦琴(1845-1923)研究阴极射线时意外发现X射线;是第一个获得诺贝尔物理学奖的人;X射线后促进或激励了一连串发现;X射线的穿透性使得它对于弄清原子的内部结构、以及医疗
10、来说都具有十分重要的意义。,伦琴用X射线拍摄的夫人的手骨照片,放射性现象,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第12页,马克思主义理论部,1896年,贝克勒耳(1852-1908)意外发现放射性现象;铀是人们发现的第一个放射性元素。,居里夫妇发现放射线元素(钍、钋和镭);证实了元素的嬗变;并促使元素嬗变理论建立(卢瑟福,1902年);,电子,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第13页,马克思主义理论部,1897年,J.J.汤姆逊发现了电子“阴极射
11、线管内发光的那种物质束不是别的,而是一种流动着的粒子。它能被电场和磁场所偏移,带有电荷(负电),在各种轻于空气的气体中自由穿行。这说明这种粒子体积极小,质量极轻。尤其是它轻于氢。而在元素表上,氢的前面不可能再有新的元素了。这证明,这种粒子不应当是原子一级。它们是物质的某种基本组成部分。而如果它们只是一部分,那么,就必定有一个整体。这个整体就是原子。反过来说,这种粒子是原子的某种基本组成部分一个部分。由于它以带负电为其主要特征,这样,一开始汤姆生就给它起了一个贴切的名字电子。”,新发现的意义,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第
12、1页,第14页,马克思主义理论部,X射线、放射性现象、电子的发现,打开了原子的大门,否定了原子不可分,元素不可变的传统观念使人们的认识深入到微观领域,推动人们去研究原子的内部结构,开辟了原子物理学的崭新领域打破了物理学已达到最终真理的梦想,揭开了物理学革命的序幕,b、爱因斯坦与相对论,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第15页,马克思主义理论部,在牛顿的绝对时空观里,存在着绝对静止的以太参照系,时空不依赖于物质而独立存在着。爱因斯坦在时空观彻底变革的基础上建立了狭义相对论。在他看来,根本不存在绝对静止的空间,同样不存在
13、绝对同一的时间,所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。对于任何一个参照系,都只有属于这个参照系的空间和时间。这就是相对性原理。但光速在所有惯性参考系中都是不变的,它是物体运动的最大速度。爱因斯坦在广义相对论中则指出,由于有物质的存在,空间和时间会发生弯曲,引力场实际上就是一个弯曲的时空,相对论的意义,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第16页,马克思主义理论部,狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系,指出它们都服从狭义相对性原理。牛顿力学是物体在低速运动下很好的近似规律。狭义相
14、对论则给出了物体在高速运动下的运动规律,并给出了质能关系式(Emc2)。这一理论对于低速运动的宏观物体来说并不明显,但在研究微观粒子时却显示了极端的重要性。因为微观粒子的运动速度一般都比较快,有的接近甚至达到光速,所以粒子的物理学离不开相对论。广义相对论则建立了完善的引力理论,引力理论主要涉及的是天体。,c、普朗克与量子力学,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第17页,马克思主义理论部,普朗克放弃了经典的能量均分 原理,提出能量子假说:黑体 由振子组成,振子吸收和辐射 电磁波时只能一份一份的进行,每份能量为E=h。但普
15、朗克由于对经典物理学的热爱,他的能量子假说是不彻底的,他仍支持电磁波在本质上是连续的,只在它与器壁振子发生能量交换时,电磁能量才显示出量子性。量子力学建立:德布罗意物质波、海森堡矩阵力学、薛定谔波动力学、玻恩、玻尔、测不准关系(微观粒子的位置和动量不可能同时精确测定,它是微观粒子所具有的波粒二象性的必然结果),总结,本讲内容物质观的演变宇宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第18页,马克思主义理论部,牛顿的绝对时空观认为空间是平直的、各向同性的、各点同性的三维空间,时间是独立于空间的单独一维,因而时间空间是不变的,绝对的。这一观念在人类对自然
16、的认识发展到更大或更小尺度时遭遇挑战。相对论解决了高速运动规律问题,量子理论解决了微观粒子的运动规律,生命科学则进入基因和分子水平的研究。在宇观领域,相对论是关于时空和引力的基本理论;以光速不变为前提,提出了“同时的相对性”“弯曲空间”等概念;人们在此基础上建立了现代天文观测学和现代宇宙学。在微观领域,原子是可分的,基本粒子种类很多;量子理论揭示了微观客体具有波粒二象性、测不准关系、其运动服从统计学规律。在生物学领域,20世纪50年代发现DNA双螺旋结构;生物进化不仅是生物在形态上渐进性的缓慢变化,也是基因水平上的飞跃突变;进化的实质是种群基因的改变。,物理学革命的意义,本讲内容物质观的演变宇
17、宙的起源和发展星系和恒星的起源和发展地球的起源和发展生命的起源与进化阅读与思考,第1页,第19页,马克思主义理论部,相对论、量子理论作为这场革命的最主要成果,是奠定现代物理学的两大基石。相对论提供了新的时空观,量子理论则提供了新的关于自然界的表述方法和思考,揭示了微观物质世界的基本规律,使人们对物质世界的认识深入到新的层次和领域。爱因斯坦与以玻尔为代表的哥本哈根学派长达半个世纪的争论:关于决定论与统计学解释之间的争论,是在物理学革命的高潮中爆发的,这表明科学革命在引起自然科学基本理论、概念、研究方法变化的同时,不可能不触动在旧理论基础上形成的哲学思想,从而不可避免地要在自然科学领域引起一场哲学
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