相对论与量子力学课件.ppt

1、1中国科学院紫金山天文台中国科学院紫金山天文台23E=mc2狭义相对论博士论文获诺贝尔奖之作导致PerrinPerrin获诺贝尔奖1905776次121次423次1625次1672次 450500 100015002000250019001020304050776-SR423-PhE423-PhE1625-BM121-EM1672-Dr515-BM294-SH294-SH671-CL1023-Dr40-PhC40-PhC456-GR719-LA719-LA78-Cos111-BE96-BE2698-EPR190-GW315-Mov总引用数：总引用数：15641次次数篇推广相对论数篇推广相对论1

2、00-146401-Bohr401-Bohr相对论相对论量子论量子论统计物理统计物理678 Ostwald、Pringsheim、Schaefer、Wien、Naunyn、Chwolson、Ehrenhaft、Haas、Warburg、Weiss、von Laue、E.Meyer、S.Meyer、Planck、Arrhenius、Perrin、Svedberg、Gouy、WaldeyerHartz、Ornstein、Julius、Zeeman、Onnes、Bohr、Dllenbach、Eddington、Faffe、Marx、Nordstrm、Walcott、Wiener、Lyman、Osee

3、n、Sommerfeld、Brillouin、de Donder、Emden、Wagner、Langevin、Poulton等人。等人。9 相对论；量子论；引力论；布朗运动；光相对论；量子论；引力论；布朗运动；光量子；统计力学；临界乳光；比热；数学量子；统计力学；临界乳光；比热；数学物理；光电效应；爱因斯坦德哈斯效应物理；光电效应；爱因斯坦德哈斯效应等。等。提名最多的领域是相对论，包括狭义和广提名最多的领域是相对论，包括狭义和广义相对论。但是，获奖的却是光电效应。义相对论。但是，获奖的却是光电效应。10 得奖年得奖年：1921 得奖人得奖人：A.Einstein 得奖项目得奖项目：for hi

4、s services to theoretical physics,and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect 瑞典皇家科学院秘书的信：瑞典皇家科学院秘书的信：“但是没有考虑您但是没有考虑您的相对论和引力理论一旦得到证实所应获得的评的相对论和引力理论一旦得到证实所应获得的评价价”1112 得奖年：1923 得奖人：R.A.Millikan 得奖项目：for his work on the elementary charge of electricity and on the photoelect

5、ric effect 说明：实验证明单元电荷和光电效应13 得奖年：1926 得奖人：J.B.Perrin 得奖项目：for his work on the discontinuous structure of matter,and especially for his discovery of sedimentation equilibrium 说明：首次实验证明Einstein的布朗运动理论14 得奖年：得奖年：1927 得奖人：得奖人：A.H.Compton 得奖项目：得奖项目：for his discovery of the effect named after him 说明：首次证明

6、光子同时具有能量、动量、说明：首次证明光子同时具有能量、动量、频率、波长频率、波长“E=h,p=h/”15 得奖年：得奖年：1929 得奖人：得奖人：Louis de Broglie 得奖项目：得奖项目：for his discovery of the wave nature of electrons 说明：首次将爱因斯坦的光子的波粒二象说明：首次将爱因斯坦的光子的波粒二象性推广到电子性推广到电子16 得奖年：得奖年：1951 得奖人：得奖人：Sir J.D.Cockcroft&E.T.S.Walton 得奖项目：得奖项目：for their pioneer work on the trans

7、mutation of atomic nuclei by artificially accelerated atomic particles 说明：说明：“a verification was provided by this analysis for Einsteins law concerning the equivalence of mass and energy”17 得奖年：得奖年：1964 得奖人：得奖人：C.H.Townes,N.G.Basov,A.M.Prochorov 得奖项目：得奖项目：for fundamental work in the field of quantum

8、 electronics,which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle 说明：说明：maserlaser based on 受激辐射受激辐射18 得奖年：得奖年：1993 得奖人：得奖人：R.A.Hulse,J.H.Taylor,Jr 得奖项目：得奖项目：for the discovery of a new type of pulsar,a discovery that has opened up new possibilities for t

9、he study of gravitation 说明：验证了引力波说明：验证了引力波19 得奖年：得奖年：2001 得奖人：得奖人：E.A.Cornell,W.Ketterle,C.E.Wieman 得奖项目：得奖项目：for the achievement of Bose-Einstein condensation in dilute gases of alkali atoms,and for early fundamental studies of the properties of the conden-sates20 与爱因斯坦工作间接有关而获诺贝尔奖的项目还有很多，如1967年的恒星

10、能源（H.Bethe）等。2122 1919提名提名Planck 1921提名提名Masaryk（捷克总统）和平奖（捷克总统）和平奖 1923提名提名FranckHertz、LangevinWeiss、SternGerlach、Sommerfeld、Compton、Wilson、Debye 1925提名提名Rondon元帅和平奖；元帅和平奖；Compton 1927提名提名Compton 1928提名提名de Broglie、DavissonGermer、Schrdinger、Heisenberg、Born、Jordan23 1931提名提名Schrdinger、Heisenberg 1932

11、提名提名Brown和平奖；和平奖；Schrdinger 1935提名提名Ossietzky和平奖和平奖 1940提名提名Stern、Rabi 1945提名提名Pauli 1947提名提名Wallenberg和平奖和平奖 1951提名提名Broch文学奖；文学奖；Forster和平奖和平奖 1954提名青年阿利亚国际组织和平奖；提名青年阿利亚国际组织和平奖；Bothe24 爱因斯坦极力推荐和提名量子力学的创始爱因斯坦极力推荐和提名量子力学的创始人为诺贝尔奖候选人：人为诺贝尔奖候选人：de Broglie、Schrdinger、Heisenberg、Born、Jordan 爱因斯坦曾对爱因斯坦曾对

12、Stern说：说：“我在量子问题上我在量子问题上费的心思，费的心思，100倍于广义相对论。倍于广义相对论。”2526 EPR effect Entanglement 量子信息学量子信息学 量子计算机量子计算机27 1979：Walsh，Carswell，Weymann 发现了发现了首个类星体（首个类星体（0957561）的引力透镜现象。）的引力透镜现象。随后，一大批引力透镜现象（包括爱因斯随后，一大批引力透镜现象（包括爱因斯坦环、爱因斯坦弧等）被发现。坦环、爱因斯坦弧等）被发现。28 COBE卫星卫星 WMAP卫星卫星 导致精确宇宙学、和谐宇宙学的建立导致精确宇宙学、和谐宇宙学的建立29 黑洞

13、物理以及黑洞天体物理黑洞物理以及黑洞天体物理 黑洞吸积及辐射黑洞吸积及辐射 黑洞观测与证认黑洞观测与证认30 间接检验引力波间接检验引力波 已有已有HulseTaylor工作（已获奖）工作（已获奖）双脉冲星观测双脉冲星观测 已有许多方案和卫星设计直接观测引力波已有许多方案和卫星设计直接观测引力波 （很可能会导致新奖）（很可能会导致新奖）313233引自：引自：大科学家大科学家的真实故的真实故事事，2000，未，未来出版社，来出版社，p.1634 爱因斯坦曾在“此星（地球）”居住过。35似乎他又吹响了21世纪物理学革命的号角36 爱因斯坦宇宙爱因斯坦宇宙引入宇宙常数的故事引入宇宙常数的故事 宇宙

14、常数宇宙常数 万有斥力万有斥力 宇宙常数宇宙常数 三起三落三起三落 宇宙年龄宇宙年龄 减速因子减速因子加速膨胀的发现加速膨胀的发现 暗能量暗能量 精确宇宙学、和谐宇宙学精确宇宙学、和谐宇宙学 大突破的前夕大突破的前夕37 起用起用废弃废弃1 1EinsteinEinstein首次引入宇宙常首次引入宇宙常数以构成静态宇宙。数以构成静态宇宙。HubbleHubble发现宇宙膨胀后，发现宇宙膨胀后，EinsteinEinstein废弃它。废弃它。2 2为解决宇宙年龄困难，为解决宇宙年龄困难，HoyleHoyle等人再次启用它。等人再次启用它。因因HubbleHubble常数测量的改善，常数测量的改善

15、，再一次废弃它。再一次废弃它。3 3为了解释类星体在为了解释类星体在Z Z2 2附附近特别丰富而又启用它。近特别丰富而又启用它。发现类星体自身的演化而又发现类星体自身的演化而又一次废弃它。一次废弃它。宇宙常数宇宙常数 的三起三落历史的三起三落历史3839 当吸积白矮星的质量达到Chandrasekha极限极限，白矮星的爆燃而导致的超新星爆发。4018个个Ia型型SN的平均峰值绝对的平均峰值绝对星等：星等：MB=-19.33 0.25 （Y.Wang,2000,ApJ.536.531）重要发现：加速膨胀！重要发现：加速膨胀！41 牛顿：广义相对论：物态：w0（非相对论）；+1/3（相对论）对于一

16、般物质，w不可能是负的不可能是负的。RRGRcPcP)()(432233 rarGM 22/cwP42 通常的非相对论（粒子速通常的非相对论（粒子速度远小于光速）情形的压度远小于光速）情形的压强近于零。强近于零。极端相对论（粒子速度接极端相对论（粒子速度接近光速）情形的压强为能近光速）情形的压强为能量密度的三分之一。量密度的三分之一。任何情形下的通常物质的任何情形下的通常物质的压强总在压强总在0 0与与1/3(1/3(以能量以能量密度为单位密度为单位)之间：之间：0 0P/c21/3。不可能取负值。不可能取负值。暗能量究竟是什么？暗能量究竟是什么？暗物质还可能由普通暗物质还可能由普通粒子组成，

17、只是不能粒子组成，只是不能由已知粒子组成。由已知粒子组成。暗能量则根本不可能暗能量则根本不可能由普通粒子组成。由普通粒子组成。43宇宙膨胀宇宙膨胀微波背景辐射微波背景辐射宇宙大尺度结构宇宙大尺度结构 等多方面检验限定。等多方面检验限定。核合成核合成哈勃常数哈勃常数 44A.Melchiorri,et al,PRD,2003,68,043509超新星超新星微波背景辐射各向异性微波背景辐射各向异性哈勃常数哈勃常数大尺度结构大尺度结构大爆炸核合成大爆炸核合成1/2cPw与宇宙常数接近与宇宙常数接近45微波背景辐射的各微波背景辐射的各向异性：向异性：COBE（上）；（上）；WMAP（下）全天图。（下）

18、全天图。WMAP的分辨率的分辨率和灵敏度远高于和灵敏度远高于COBE。Freedman&Turner,2003,astro-ph/030841846宇宙微波背景辐宇宙微波背景辐射的各向异性：射的各向异性：综合所有综合所有WMAP前的数据的前的数据的CMB的角功率谱。的角功率谱。Freedman&Turner:2003,astro-ph/030841847,(,)lmlml mTa YT 2llmCa,(,)lmlml mTa YT CMB功率谱（WMAP）G.Hinshaw et al,ApJS,148(2003),135红线代表最佳宇宙模型D.N.Spergel et al,ApJS,148

19、(2003),175,(,)lmlml mTa YT 功率谱功率谱48暗能量：暗能量：73%；暗物质：；暗物质：23%；发光物质：发光物质：0.4%（恒星和发光气体（恒星和发光气体0.4%；辐射；辐射0.005%）；）；不可见的普通物质：不可见的普通物质：3.7%（星系际气体（星系际气体3.6%；中微子中微子0.1%；超重黑洞；超重黑洞0.04%）49 Before WMAPWMAPHigh precision精确宇宙学的诞生精确宇宙学的诞生50超新星超新星微波背景辐射微波背景辐射大尺度结构大尺度结构和谐一致和谐一致可以看出，仅有可见可以看出，仅有可见物质和暗物质，不可物质和暗物质，不可能得到

20、合理的结果。能得到合理的结果。51 广度广度 深度深度 效率效率 半个世纪前后半个世纪前后:半个世纪前尚有不少人不半个世纪前尚有不少人不信；现已成为公认的、甚至已有标准模型；信；现已成为公认的、甚至已有标准模型；已投入庞大计划进一步研究已投入庞大计划进一步研究“超越爱因斯超越爱因斯坦坦”计划。计划。52ysh53 物理学正是一片晴空，但也还有两朵乌云：物理学正是一片晴空，但也还有两朵乌云：“以太以太”与与“黑体谱黑体谱”导致了世纪性的革导致了世纪性的革命命 相对论与量子力学。相对论与量子力学。现在也有两朵乌云现在也有两朵乌云（三朵？四朵？）：（三朵？四朵？）：“暗能量暗能量”与与“暗物质暗物质

21、”会导致什么？会导致什么？暗能量在召唤新的暗能量在召唤新的Einstein！将会出什么新的！将会出什么新的“招招”？“暗能量暗能量”与与“以太以太”的比较耐人寻味！的比较耐人寻味！54 20世纪物理学的第一个世纪物理学的第一个“1/4”是黄金时代，是黄金时代，第三个第三个“1/4”是白银时代。是白银时代。人们曾普遍惋惜未能赶上人们曾普遍惋惜未能赶上20世纪的黄金时世纪的黄金时代，现在很可能正是新世纪的黄金时代代，现在很可能正是新世纪的黄金时代！不要不要失之交臂失之交臂！55 与以太的比较：与以太的比较：Einstein去掉了以太，引出了相对论去掉了以太，引出了相对论 暗能量能去掉吗？暗能量能去掉吗？修改时空结构修改时空结构 修改物态修改物态 修改规律修改规律5657谢谢 谢谢Thank you