现代物理学与经典物理学在对“物质、空间、运动”的描述上有什么根本性差异?为什么感觉现代动作电影不如以前的经典了,找不回孩时的记忆
发布时间: 2023-07-08

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现代物理学与经典物理学在对“物质、空间、运动”的描述上有什么根本性差异

现代物理学与经典物理学在对“物质、空间、运动”描述上的根本性差异在于“场”的引入与应用:现代物理学的物质、空间与运动都是与场紧密相连的,经典物理学则没有这方面要求......具体比较请阅读:

说说现代物理学的物质、空间与运动

司 今(jiewaimuyu@126.com)

物理学主要研究的是物质基本组成结构及其在时空中运动的学科,物理学研究范围大至宇宙、小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律,因此成为其他各自然科学学科的研究基础;更广义地说,物理学是对于大自然的研究分析,目的是为了明白宇宙的行为。

物理学研究的内容是由物质、空间与运动(时间)等要素组成,通过这些要素分析、组合,寻找它们各自属性及其彼此间相互作用的规律是物理学研究的主要目标。

1、物质

物质是构成宇宙间一切有形实物和无形客观存在(场)的统称;物质的种类虽多但却有共性,即它们都是客观存在、并能够被观测以或都具有质量和能量等特性。

运动是物质的根本属性,时间和空间则是运动着的物质存在形式。

物质通常是有结构的,物质的本源是单位空间的运动,也可以说是一种量子运动,但物质结构在层次上是否具有基本单元?这是一个长期反复争论而又常新的课题。当代几种不同的量子引力理论尽管对某些问题存在着不同见解,但关于这个问题,从实质上来看却给出了一致肯定的回答。

2、 空间

空间是与时间相对的一种物质客观 存在形式,由长度、宽度、高度、大小表现出来,通常指四方(方向)上下。

物理学上的空间解释是:惯性参考系与空间是静止的,无论参考系如何运动,包括变速,都不会改变惯性参考系与空间的静止状态;或说惯性参考系与空间是一起运动。

从运动学观点上看,空间又可分为绝对空间和相对空间二种;绝对空间是自身特性与一切外在事物无关,处处均匀,永不移动;相对空间是一些可以在绝对空间中运动的结构,或是对绝对空间的量度,我们通过它与物体的相对位置感知它,它一般被当做不可移动空间,如地表以下、大气中或天空中的空间,都是以其与地球的相互关系确定的。绝对空间与相对空间在形状大小上相同,但在数值上并不总是相同。

“数学上,空间是指一种具有特殊性质及一些额外结构的集合,但不存在单称为‘空间’的数学对象。在初等数学或中学数学中,空间通常指三维空间”。

当我们用数学工具来解决物理学空间问题时,空间也就只能是三维的,不可能是n维;如果硬要定义成n维,那么,它在物理定量计算中最终还是要还原成三维,因此说,n维概念只是一种增加物理参数的“兜圈游戏”,并不是解决物理学本质的做法。

宏观动态空间

微观动态空间

3、运动

运动是指物布时空永不均产生了普遍运动,普遍运动又使万事万物生灭着;运动与物质密不可分,宇宙中“没有物质的运动”和“没有运动的物质”都是不存在的。

运动具有守恒性,即运动既不能被创造又不能被消灭,其具体形式则是多样的,且能互相转化,但在转化中的运动总量不变。

运动可分为宏观运动和微观运动。宏观运动是我们能够看到的普遍运动形式,如宇宙星体运动、牛顿力学中的机械运动等;微观运动是我们用肉眼看不见的的运动,如分子热运动、电子绕原子核运动等。

布朗运动动态图

电子绕核运动动态图

运动的基本形式包括平动和自旋二种,我们平时所说的运动一般指的是平动或转动;自旋与平动都是物质在空间中存在的基本形式。

转动是指物体以一点为中心或以一直线为轴作圆周运动,自旋是转动的一种特殊形式。

经典刚体力学所讲的平面平行运动就是“平动+自旋”的运动形式,宏观星体、微观粒子运动就表现为这种形式. 刚体平面平行运动图

球体滚动动态图

4、经典物理学与现代物理学

4.1、经典物理学

经典物理学是以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱而构成的庞大物理学体系。

由伽利略(1564—1642)和牛顿(1642—1727)等人于17世纪创立的经典物理学,经过18世纪在各个基础部门的拓展,到19世纪得到了全面、系统和迅速的发展,达到了它辉煌的顶峰;到19世纪末,已建成了一个包括力、热、声、光、电诸学科在内的、宏伟完整的理论体系。特别是它的三大支柱——经典力学、经典电动力学、经典热力学和统计力学——已臻于成熟和完善,不仅在理论表述和结构上已十分严谨和完美,而且它们所蕴涵的十分明晰和深刻的物理学基本观念,对后来人类的科学认识也产生了深远影响,也是现代物理学建立的基础核心。

4.2、现代物理学

现代物理学是相对经典力学而言的,随着科技的进步,人们对物质属性及其运动空间产生了有别于牛顿力学与经典电磁学的认识;在宏观方面,如,现代天文学观察结果显示:行星、恒星都有自旋和磁场存在,宇宙空间弥漫着星际磁场等,这些都是牛顿力学所没有的物质、空间属性;在微观方面,人们对物质组成结构及其对粒子属性、粒子运动空间的认识也与经典电磁学有天壤之别,如,粒子都有自旋、自旋磁矩存在、粒子运动空间也都有磁场存在等,这些都是经典电磁学所没有触及的领域。

20世纪诞生的相对论和量子力学是现代物理学与经典力学分道扬镳的标志,也是现代物理学组成的两大最基本支柱。

5、现代物理学与经典物理学在物质、空间、运动上的差异

5.1、微观领域:粒子属性、空间、运动的差异

在17世纪到18世纪末,由于人类研究物质的工具手段落后,对微小物质的物理特性也就不能够进行细致、全面地观察与深入研究,故对微观粒子的认识只能局限在“经典力学”范畴内,认为粒子运动应遵循经典力学理论,这就是经典粒子概念的内涵。

但到了20世纪后,随着科技水平的发展,人类能够在纳米级水平上做实验,研究原子、电子等更微小粒子的属性及其运动,这时我们就发现,微观量子粒子的属性与运动和经典粒子的属性与运动存在很大差异,具体表现在:

5.1.1.粒子属性差异

经典粒子:只有平动,没有自旋,也没有自旋磁矩存在,它们的运动完全遵循经典物理学的运动规律;

量子粒子:有自旋、平动,且有自旋磁矩存在,它们的运动往往不符合经典物理学的运动规律。

5.1.2.空间属性差异

在经典物理学中, 经典粒子通过的小孔或窄缝,空间范围较大,没有磁场存在;

在现代物理学中,量子粒子通过的小孔或窄缝,空间范围较小,且有一定的磁场存在。

5.1.3、运动状态差异

经典粒子通过经典的小孔或窄缝空间时,会表现出直线运动性;

量子粒子通过带有磁场的小孔或窄缝空间时,会表现出曲线运动性。

量子力学虽然认识到经典粒子与量子粒子的属性存在差异,但它没有意识到空间属性也存在差异,从而造成其运动状态出现不同;也就是说,量子力学仍把小孔或窄缝看作是没有磁场存在的“经典小孔或窄缝”,这样,当带有自旋、自旋磁矩的粒子通过“经典小孔或窄缝”时就不会对粒子运动产生磁场影响,即微观量子粒子通过“经典小孔或窄缝”与经典粒子通过小孔或窄缝的运动处境完全一样,这其实就与把微观量子粒子与经典粒子“等同”了的做法。

用“经典粒子”概念去看待“微观量子粒子”通过“带有磁场的小孔或窄缝”,或用“经典小孔或窄缝”概念去解读“带有自旋、自旋磁矩的量子粒子”通过其空间的运动现象,都必然会得出“波粒二象性”结论来。

可见,量子力学得出“波粒二象性”认识的本质是没有摆脱牛顿经典粒子或经典小孔空间概念的影响,其描述的物理过程就是给经典粒子概念装一个自旋和自旋磁矩的外套,配备一驾“机械波”马车,让它穿过经典小孔或窄缝,这里关键是忘了非经典的小孔或窄缝空间也具有磁场性。

光的“波粒二象性”理论得出用的就是“量子粒子+经典空间”模型;如果改用“量子粒子+量子空间”模型,我们就可以看出光“波粒二象性”的本质是光量子通过带有磁场的小孔或窄缝空间时,会产生“光子洛伦兹运动+磁场

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