超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅴ)

 在自然力“走向”统一的过程中,对力的认识,经历了三次飞跃：第一次,从“定性”到“定量”,即从墨翟的“力,形之所以奋也”到牛顿的“力与运动的改变成正比”,也就是说,从对自然现象的观察、描述到实验、理论研究,其间,伽利略通过斜面实验来研究落体运动并第一次用数学公式来表述物体的运动规律,随后开普勒借助第谷的观测资料发现了行星绕日运动三定律,为牛顿发现力学三定律和万有引力定律、创建经典力学,奠定了实验和理论基础。     

走向统一的自然力——天上力与地上力的统一(Ⅲ)

 在前人工作的基础上, 牛顿对天上星星运动和地上物体运动的规律进行了总结, 提出了运动三定律, 建立了经典力学, 并在开普勒三定律的启发下发现了万有引力定律, 指出星星的圆周运动起因于相互吸引;物体自由下落也是因为物体与地球相互吸引, 从而统一了天上力和地上力。     

走向统一的自然力

所谓"自然力",就是主宰宇宙间物质运动的四种基本相互作用,即作用在一切物体(包括星体)之间的引力;作用在带电(磁)物体之间的电磁力;以及作用在微观粒子之间的强力和弱力。表1给出了这四种自然力的主要特性。     

走向统一的自然力——电力与磁力的统一(I)

 电闪雷鸣,是人类早在远古时期就注意到的自然现象,因此,电磁相互作用,可以说是人类最先接触到的自然力.开始人们对电和磁是分开认识的,后来经过奥斯特发现“电动生磁”和法拉第发现“电磁感应”, 人们才将“电”和“磁”联系起来,最终导致麦克斯韦提出电磁理论,统一了“电力”和“磁力”.本讲座,将详细介绍“电力”和“磁力”走向统一的研究历程.     

对“作用力与反作用力的关系”实验的创新

人教版教材在设计"作用力与反作用力的关系"实验时,忽视了用不同性质的力来定量验证牛顿第三定律,使得验证实验有失普适性.为此设计了通过发生相互作用的滑动摩擦力来定量验证牛顿第三定律的实验方案,并给出了实验的方法、技巧和结果.     

走向统一的自然力——天上力与地上力的统一(I)

 人类对力的认识经历了漫长的历史过程.力的概念,起先可能是从原始人类在狩猎活动中需要用力投掷石块等以击倒野兽的体验中得来的.公元前4 世纪,我国思想家墨翟就对“力”做出了正确的表述,他在《墨经》中写到：“力,形之所以奋也”,用现在的话说,就是“力是改变物体运动状态的原因”,应当从运动的角度来认识力的本质.本讲座,首先在第一、二部分通过讨论天上星星的运动和地上物体的运动分别引入天上力和地上力,然后在第三部分讨论天上力和地上力的统一.     

作用力与反作用力探究性教学设计

1教材分析 牛顿运动三定律是一个有机的整体,前两个定律是对单个物体而言;但要全面认识物体间的运动规律,必须研究物体之间的相互作用、相互影响,而作用力与反作用力就是牛顿第三定律．该定律是这节课的内核,它除了能更好地分析解决以前所学过的力：运动,力和运动的关系外,它对后面碰撞问题的研究更是密不可分．     

探索宇宙无穷期 细推物理须“统一”——读《走向统一的自然力》有感

<正>统一,作为一个物理学的术语(或概念),常常表现着一个重大的主题,也表现着一种发展的意味。探索和试图建立一个对已知的四种自然力进行统一描述的理论一直是物理学家孜孜不倦追求,是人类认识世界最基本和最重要的一步。在物理学的发展过程中,不管是阶段性地看、还是从终极的目标看,物理学家的成就往往就是统一了某一个领域中的某种"力"。因此,     

深入浅出 循循善诱 突破难点

牛顿运动定律是力学乃至整个经典物理的基础．牛顿第三定律表述很简短,但它揭示了物体与周围其它物体相互作用的关系,指出了力的相互性和同时性．要求学生正确地掌握和深刻理解牛顿第三定律,对于正确地进行物体受力分析,进而应用牛顿第一定律和牛顿第二定律解决问题是十分重要的．本人在多年的物理教学中体会到,许多高中毕业的学生,对于牛顿第三定律的理解存在着许多模糊甚至错误的认识．笔者认识到,牛顿第三定律虽不是教学的重点,却是教学的难点．只有帮助学生突破难点,澄清那些模糊甚至错误的认识,才能使学生对该定律有准确而深刻的理解,为全面理解和掌握牛顿运动定律,     

走向统一的自然力 超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅱ)

正三、超弦理论的两次革命南部等人提出的弦模型,通过超对称和超引力的介入,施瓦兹和格林等创建了超弦理论,使包括引力在内的四种自然力的统一有了实现的可能,这一度激发了物理学家的热情,涌现出了数以千计的模型。那么,哪一个是真正主宰现实物理世界的"上帝"呢?或者说,谁能导出粒子物理标准模型并解释夸克和轻子为何分代而且只有三代,以及电子和其他粒子的质量为何是那样,等等,粒子物理标准模型无法回答的     

牛顿第三定律与动量守恒定律

关于牛顿运动三定律的内容及有关概念的论述,人们已阐述了很多,本文仅对第三定律及与之有关联的动量守恒定律作粗浅的讨论.一、牛顿第三定律是一条近似定律 牛顿第三定律,反映了物体间的相互联系,它指明了力来源于物体间的相互作用,而这种相互作用是完全对称的,即作用力和反作用力是沿着同一条直线上同时出现、同时变化、同时消失且同时属于同一种性质的力.近代物理学的研究表明,宇宙中只存在着万有引力、电磁力、弱力和强力这四种基本的作用力,而其余各种力都可以看作这些基本的作用力的复合表现.其中弱力和强力只在原子核的尺度10-15米范…     

探索宇宙无穷期细推物理须“统一”——读《走向统一的自然力》有感

 统一,作为一个物理学的术语（或概念）,常常表现着一个重大的主题,也表现着一种发展的意味。探索和试图建立一个对已知的四种自然力进行统一描述的理论一直是物理学家孜孜不倦追求,是人类认识世界最基本和最重要的一步。在物理学的发展过程中,不管是阶段性地看、还是从终极的目标看,物理学家的成就往往就是统一了某一个领域中的某种"力"。因此,就这一点来看,统一似乎成为物理学家的"理念"。长期以来,物理学家们几乎都试图去构筑其理论发展统一的基础,这也是物理学家一个崇高的理想。     

走向统一的自然力 超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅳ)

正(5)进一步发展超弦/M理论,既然作为认识宇宙的"终极理论",就应当能够解释宇宙学中的诸多问题,例如黑洞,因此,在超弦理论第二次革命以后,超弦/M理论的一个重要发展就是黑洞物理的研究。从超弦/M理论看黑洞20世纪60年代末、70年代初,许多物理学家,包括克里斯托多罗(D.Christodoulou,1951~)、伊思雷尔(W.Israel,1931~)、普赖斯(R.Price)、卡特尔(B.Carter,1942~)、克尔(R.Kerr,1934~)、罗宾森(D.Robinson)、霍金和彭罗斯,都发现黑洞和基本粒子     

超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试

 谈到超弦理论,中国科学院理论物理所从事这方面研究的李淼研究员^* 不仅曾为本刊写过“弦论小史( 一)( 二)( 三)”,还在网站上传过“弦论通俗演义”,就宣传弦论来说,实在没有必要再写点什么,但是,这一系列讲座,原定以“超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试”作为结束,因此,我们不得不参考李淼的相关文章、中国科学院大学物理学院丁亦兵教授多年前为本刊编译的“著名物理学家谈超弦”、中国科学院高能物理所常哲研究员为本刊撰写的“超弦与M 理论”,以及B. 格林著、李泳译的《宇宙的琴弦(The Elegant Universe)》来完成这最后的一讲。     

走向统一的自然力 弱力和电磁力的统一(Ⅲ)

<正>3.弱电统一理论及其实验验证前面提到,在揭示弱力物理本质的过程中,费米在他的"?衰变理论"中首先指出,弱力和电磁力一样,是矢量相互作用。经过许多科学家近30年的实验和理论研究,终于证明了弱力确实是矢量相互作用。费米的这一想法,后来被费曼和盖尔曼进一步推广为守恒矢量流理论,并最终导致温伯格、格拉肖和萨拉姆建立了弱力与电磁力的统一理论。这一讲,我们介绍这两个理论及其实验验证。(1)守恒矢量流理论及其实验验证     

关于牛顿运动基本三定律的发现过程和年代问题

关于牛顿运动基本三定律的发现过程和年代问题,多年来,一直存在着各式各样的说法.有的认为运动第一、二定律是伽利略发现的,牛顿只不过是抄袭和“搞拿来主义”.有的认为运动三定律是牛顿在1665—1666年间发现的.牛顿自己则在不同的时间也有不同的说法.总之。与引力平方反比定律和万有引力定律之发现相似,众说不一,看法很多,长期以来存在争论.笔者在对牛顿有关论著、书信和资料分析与考证后,认为有必要提出以下一些看法,供有关工作者参考. 一、区分几个有关的基本概念 笔者认为,长期以来在这个问题上所以引起争论,主要原因是未能很好区分以下…     

比翼齐飞的电荷吸引还是排斥及相关问题的思考

对比翼齐飞的两个点电荷之间的相互作用力进行了定量计算,得出在低速运动情形下只需要考虑库 仑力的结论,并据此进一步思考了库仑定律和牛顿第三定律的适用条件等几个与运动电荷之间作用力相关的问 题     

牛顿第一定律教学的四点突破

对牛顿第一定律教学的研究一直是教师的关注点.从最近的课堂观察发现许多年轻教师,对学生前概念的顽固程度重视不够,缺乏对定律本身内容的深刻理解,对科学史的事实缺乏全面了解.牛顿第一定律是动力学的基础,没有牛顿第一定律就没有第二、第三定律.不管从知识本身的理解、科学研究方法的创新还是科学精神的熏陶,都应该非常重视牛顿第一定律的教学.基于以上的思考,笔者认为牛顿第一定律的教学至少要突破以下四点.     

我對講授質点動力學的意見

物理专业普通物理学中的质点动力学,其内容可以分为三部份。第一部份为牛顿三定律及其应用。这一部份,根据中央高等教育部所颁佈的物理专业教学大纲的规定,对同学的要求是最深入的程度,不但要求彻底掌握牛顿三定律,并且要求能够用牛顿定律分析问题。第二部份内容是动量守恒定律。这部份对同学的要求是次深程度,即要求同学明确动量守恒的条件及其矢量关系,并能正确地使用动量守恒定律。第三都份内容是非惯性系统与惯性力。     

走向统一的自然力 超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试Ⅲ

 超弦理论的第二次革命发生在1994~1998年间,于1995年达到高潮,其持续时间比第一次革命要长,影响也更为深远。