如果存在两个都和观测相符的模型，正如金鱼（眼中）的图像和我们（眼中）的图像，那么人们不能讲这一个比另一个更真实。在所考虑的情形下，哪个更方便就用哪个。 从金鱼的视角看 几年前，意大利蒙札市议会禁止宠物的主人把金鱼养在弯曲的鱼缸里。提案的负责人解释此提案的部分理由是，因为金鱼向外凝视时会得到实在的歪曲景色，将金鱼养在弯曲的缸里是残酷的。 然而，我们何以得知我们拥有真正的没被歪曲的实在图像？难道我们自己不也可能处于某个大鱼缸之内，一个巨大的透镜扭曲我们的美景？金鱼的实在的图像和我们的不同，然而我们能肯定它比我们的更不真实吗？ 金鱼的实在图像和我们自己的不同，但金鱼仍然可以表述制约它们观察到的在鱼缸外面物体运动的科学定律。例如，由于变形，我们观察到的在一根直线运动的一个自由物体会被金鱼观察成是沿着一根曲线运动。尽管如此，金鱼可以从它们变形的参考系中表述科学定律，这些定律总是成立，而且使它们能预言鱼缸外的物体的未来运动。它们的定律会比我们参考系中的定律更为复杂，但简单性只不过是口味而已。如果一条金鱼表述了这样的一个理论，我们就只好承认金鱼的风景是实在的一个正确的图像。 2010年6月20日，加拿大滑铁卢，霍金造访圆周理论物理研究所（Perimeter Institute），发表了关于生命和时光研究的演讲。 哥白尼对，托勒密错？ 托勒密（约公元85年-约公元165年）在公元150年左右提出一个描写星体运动的模型，这是一个实在的不同图像的著名例子。托勒密的研究发表在一部十三册的论文中，这部论文通常以阿拉伯文题目《天文学大成》而众所周知。《天文学大成》从解释为何认为地球是一个球形的静止的位于宇宙中心，并与星空的距离相比是小到可以忽略开始。虽然阿利斯塔克提出日心模型，但至少自亚里士多德时代开始，大多数希腊有教养的人都持有这些信仰，亚里士多德由于神秘的原因相信地球应该是位于宇宙的中心。 天主教会采用托勒密的宇宙模型当作正式教义达十四世纪之久。直至1543年，哥白尼才在他的著作《天旋论》中提出一个另外的模型。虽然他已花了几十年来研究此理论，该书在他逝世那年才出版。正如大约早十七世纪的阿利斯塔克，哥白尼描写其中太阳处于静止，而行星以圆周轨道围绕着它运转的一个世界。尽管这个思想并不新，其复活却遭到激烈的抵制。哥白尼模型引起关于地球是否静止不动的狂烈辩论。这个辩论于1633年因伽利略受到异端审判而达到高峰。 那么，托勒密系统或哥白尼系统，哪个是真实的？尽管人们时常说哥白尼证明了托勒密是错的，但那不是真的。正如在我们的正常观点和金鱼的观点相比较的情形下，人们可以利用任一种图像作为宇宙的模型，对于我们天空之观测，既可从假定地球处于静止，也可从假定太阳处于静止得到解释。尽管哥白尼系统在有关我们宇宙本性的哲学辩论中的作用，然而它的真正优势是在太阳处于静止的坐标系中，运动方程要简单得多。 他人梦中的想象物 在科幻影片《黑客帝国》（Matrix）中发生了不同类型的另外实在。影片中的人类不知不觉地生活在由智慧电脑制造的模拟实在之中，当电脑将他们的生物电能（不管为何物）吸吮时，使他们保持平静而满意。这也许没那么牵强，因为许多人宁愿在网络的虚拟实在中消磨时日，例如“第二人生”。 我们何以得知，我们不仅是一部电脑制作的肥皂剧中的角色呢？如果我们生活在合成虚世界中，事件就不必具有任何逻辑或一致性或服从任何定律。进行操控的外星人也许在看到我们反应时会觉得更有趣更开心，例如如果满月分开两半，或者在这世界上每个节食的人显示对香蕉奶油饼的毫不节制的渴望。但是如果外星人实施一致的定律，我们就无法得知在这模拟
第六节核能利用 第七节小粒子与大宇宙 [学习目标] 1.了解裂变反应堆的工作原理.2.了解核电站和核能利用的优缺点.3.了解小粒子和大宇宙间的空间跨度和时间跨度. 一、核反应堆及核电站 1.核电站是利用核能发电，它的核心设施是反应堆，核反应堆是人工控制链式反应的装置，它主要由以下几部分组成： (1)燃料：铀棒. (2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水作减速剂； (3)控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子的能力很强的特性，控制链式反应的速度. 2.工作原理 核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高. 3.能量输出 利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却. 4.核污染的防护与处理 在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线.核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，埋入深地层来处理. [即学即用]判断下列说法的正误. (1)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度.(√) (2)核反应堆用过的核废料无毒无害.(×) 二、小粒子和大宇宙 1.从小粒子到大宇宙——空间跨度 (1)对宇宙的时空结构、运动形态和物质演化的理论描述，称为宇宙模型. (2)大爆炸宇宙模型：大约150亿年前突然发生一次大爆炸，其后逐渐诞生出恒星、星团、脉冲星、超新星、黑洞以及被称作类星体的遥远发光体等，经历150亿年演化成今天的宇宙世界. (3)人类所能研究的物质世界的空间尺度：约从10－15 m到1027m，共跨越了约42个数量级. 2.从粒子寿命到宇宙年龄——时间跨度 (1)宇宙的年龄的数量级：1018s. (2)微观粒子的最短寿命：10－25s.
夸克-----一个未解之谜 夸克对于我们现代的人来说可谓是家喻户晓，随意找一位高中生，甚至是以为初中生，他们也能说出构成质子中子的更小的微粒---夸克。当然现代的物理学家至今还不能一睹夸克的风采，但是夸克的存在性，在当今的科学界已经不在是一个问题了。虽然这已经不是问题了，但是每个人有他自己的观点。你能说它是存在的，因为你有世界上最权威的的科学家的论证，但是每一个理论都少不了实验的验证，缺少了实验，总感觉这个理论还缺少着些什么。所以科学家们还在坚持不懈的追寻着它的足迹。当然作为物理学的学生，我当然是希望自己能在这些方面有所贡献，哪怕是一点点微不足道的努力。希望在不久的将来人们就能真正的见到夸克。并且让这位宇宙的起源能提供一点证据。 夸克的提出到，理论发展，到一种一种的夸克被科学家所寻找到，再到后来夸克被科学界所接受，最后到不久的将来夸克真正的被人们所亲眼观察到。人们对夸克的认识道路是曲折的。 在JJ.汤姆逊发现电子之前，人们一直认为原子是构成物质的最小微粒。1897年，汤姆逊运用的一个阴极射线管，外加上电场和磁场，发现了电子的偏移，从而发现了这种由原子发出的，带有负点的，质量为原子核的1836分之一的微小粒子。于是，原子再也不是不可再分的了。之后人们就对原子内部进行了进一步的了解。从汤姆逊本人提出的电子均匀镶嵌在原子内部（又可以叫做枣糕模型）。到卢瑟福的a粒子散射实验后提出的，卢瑟福核式模型，到波尔的轨道量子化，再到最后的电子云模型（我觉得是由于不确定关系造成的）。人们开始越来越了解原子核内部的事情，知道了原子是
由原子核（内部有质子和中子）和核外电子组成。但是质子和中子是不是最小的粒子了呢？有没有比这更加小的粒子了呢？问题又再一次摆在了人类的面前。由于前面的借鉴，人们不再轻易的做出结论，他们想通过实验来证明。当然想知道是不是有更小的粒子，自然是看如果将原子在一些极端的情况下，发生碰撞，看看碰撞完后，会产生哪些粒子。 20世纪30年代中期，人们发明了粒子加速器，就是一种环形的磁场，带点的粒子就能在磁场中作圆周运动，在两个半圆形磁场中间加上加速电场，是电子在减速电场的作用下不断加速，一直接近光速（所有粒子的相速度是无法超越光速的）。然后让两个或者更多的粒子相向而行，直到相撞。科学家们通过撞击能够把粒子打碎，观察碰撞到底能产生什么。20世纪50年代，唐纳德·格拉泽发明了“气泡室”，将亚原子粒子加速到接近光速，然后抛出这个充满氢气的低压气泡室。这些粒子碰撞到质子后，质子分裂为一群陌生的新粒子。这些粒子从碰撞点扩散时，都会留下一个极其微小的气泡，暴露了它们的踪迹。科学家无法看到粒子本身，却可以看到这些气泡的踪迹。这就是人们最早观察到的夸克吧。只不过人们只能观察到的是夸克的运动的轨迹，而没有真正的看见它。 说到夸克的发现，不得不提一个人，那就是盖尔曼。1929年9月15日盖尔曼出生于纽约的一个犹太家庭里。童年时就对科学有浓厚兴趣，少年才俊，14岁从进入耶鲁大学，1948年获学士学位，继转麻省理工学院，三年后获博士学位，年仅22岁。1951年盖尔曼到普林斯顿大学高等研究所工作。1953年到芝加哥大学当讲师．参加到以费米为核心的研究集体之中，1955年盖尔曼到加州理工学院当理论物理学副教授，年后升正教授，成为
克之父”盖尔曼讲物理研究之路 来源:华中师大日期：2010-05-11 发布单位：admin 浏览次数:71 “得奖并不重要，重要的是享受科学研究带来的乐趣”。5月11日下午，世界著名物理学家、夸克之父、诺贝尔物理学奖得主盖尔曼先生在我校粒子物理研究所学术报告厅讲了他的研究之路。 盖尔曼说，小时候，他的哥哥对他的影响很大。5岁时，他开始喜欢鸟。他和哥哥一起去看大自然，为贫民窟捐款。他对各种东西都很感兴趣，历史、地理、语言，等等。他的同学认为他是“会走路的大百科全书”。 到14岁时，盖尔曼考虑申请到耶鲁大学。父亲问他想学什么，他回答说“只要跟考古或语言学相关就好，要不然就是自然史或勘探”，父亲的第一反应是“你会饿死的”。盖尔曼说：“我宁愿饿死。”全场听众一阵大笑。 时值第二次世界大战末期，美国经济状况糟糕，他的父亲强烈地建议他学“工程”。经过能力测试，盖尔曼被认为适合学习除了“工程”以外的一切学科。工程师做不成了。于是父亲建议：“我们干嘛不折中一下，学物理呢？”可是盖尔曼最不喜欢物理，他说：“我物理只考了70分，我恨物理，因为我的声学、液体学都很差。”全场又是一阵笑声。 父亲说：“物理很有趣的，爱因斯坦的相对论很美好。”盖尔曼于是就选择了物理学。1944年，盖尔曼在他15岁生日那天进入耶鲁大学物理系。回忆那段的经历，盖尔曼说，“我不在乎选择什么，慢慢地开始喜欢基本力学、相对论、真实物理。”正是父亲折中的建议，造就了后来的夸克理论提出者、1969年的诺贝尔物理学奖得主盖尔曼，成为“统治基本粒子领域20年的皇帝。”（1979年度诺贝尔物理学奖另一名得主格拉肖语） 从耶鲁大学毕业后，盖尔曼在麻省理工学院继续攻读，21岁就获得博士学位，并跟随“原子弹之父”奥本海默，到爱因斯坦时代的普林斯顿高等研究院做博士后。在此期间，他曾去量子力学创始人之一、1938
第一章练习题及参考答案 一、辨析题（请先判断对错，再说明原因） 1. 哲学的基本派别是一元论和二元论。 2. 辩证法和形而上学对立的焦点在于是否承认事物是可以被认识的。 二、材料分析题 1.阅读下列材料： 【材料1】 笛卡儿认为，物质和精神是两种不同的实体，精神的本性是思维，物质的本性是广延，广延不能思维，思维不具有广延。物质和精神互不相通，彼此独立，两者都是世界的本原。 【材料2】 贝克莱认为“存在就是被感知，人的各种感觉构成了事物。”黑格尔认为，整个世界是“绝对观念”的“外化”和产物。 【材料3】 恩格斯指出：“物、物质无非是各种物的总和，而这个概念就是从这一总和中抽象出来的”。马克思指出“观念的东西不外是移入人的头脑并在人的头脑中改造过的物质的东西而已。” 请说明： （1）材料1属于什么观点，错误的实质是什么？材料2属于什么观点，两位哲学家的观点有什么不同，错误在哪里？ （2）请结合材料3谈谈如何正确理解物质和意识。 2、阅读下列材料： 【材料1】 韩非子提出“世异则事异，事异则备变”，“法与时转则治，治与世宜则有功”。 【材料2】 《坛经》中记载：“时有风吹幡动，一僧曰风动，一僧曰幡动，议论不已。慧能进曰不是风动，不是幡动，仁者心动”。 【材料3】 列宁指出把主要的注意力正是放在认识“自己”运动的源泉上：只有对立统
一的观点：才提供理解一切现存事物的“自己运动”的钥匙，才是提供理解“飞跃”、“渐进过程的中断”，向对立面的转化，旧东西的灭亡和新东西的产生的钥匙。” 请说明： （1）材料1和材料2的观点有何异同？ （2）材料2和材料3的主要分歧是什么？并加以评述。 3、阅读下列材料： 在十七世纪，牛顿曾坚信光是由很小的微粒组成的，这一学说得到了几何光学实验的证明。后来到了惠更斯、菲涅耳时代，光的波动学说被光的干涉和衍射实验以及后来的麦克斯韦电磁场理论所证实，从而否定了牛顿的微粒说。二十世纪初，量子力学以其优美的数学形式和极其精确的实验，再一次否定了光的波动说，认为光是由微粒组成的，但这种微粒是具有波动性的，称之为光量子。显然，量子力学所说的光量子，是具有波动性的微粒，它与牛顿所假设的微粒有本质的区别。最终，爱因斯坦得出了光具有波粒二象性的结论：光既是一种波也是一种粒子。 请说明： (1) 马克思主义的辩证否定观的基本内容。 （2）结合人们对光的本质认识的发展过程说明否定之否定的三个阶段。
从原子结结构到夸克模型再到X1835粒子的发现，说明了什么哲学道理？ 1.在物理学上，从原子核结构到夸克模型再到X1 835粒子的发现，说明了物质是无限 可分的。从科学的角度来看，物质是有限可分的，就像宇宙的时空理论一样，宇宙是有限无界的，辩证唯物主义认为宇宙是无始无终无穷无尽的。但是从物理学上来说，物质是无限可分的。原子是由6中夸克和电子等组成的而夸克一般就是所谓最小的物质 了,而如果在细分夸克是由胶子和地球场效应力组成的.这些物质已经成为抽象意义的组成物质了. 就是学术上最小而不可再分的 物质了，而X1835粒子的发现，说明了客观实在的物质具有无限可分性。 2.从原子结构到夸克模型再到X1835粒子的发现，说明了物质是世界的本源。世界 是具有客观实在性的物质统一体，世界上的物质形态及其结构、特性是无限多样和千变万化的。世界统一于物质，一切事物和现象都源于物质；运动是物质的根本属性；实践、空间是物质运动存在的基本形式；规律是物质运动所固有的本质的、必然的。稳定的联系。在物理学中，随着原子核，质子，中子的发现，有力的证明了世界是由物质组成的，而从夸克模型再到X1835粒子的发现，则更加有力的证明了这一点。X1835粒子有可能是在高能物理实验中寻找了几十年的新型粒子。它们都是在人的意识之外的客观存在，它们是我们感官不能直接感觉到的，但是，人们可
以通过现代化的物质技术手段，通过人们理性的思维去认识它， 把握它。 3.从原子结构到夸克模型再到X1835粒子的发现，说明了世界的物质性和物质世界的 统一性。世界是有差别的多样性的统一，这种统一不是统一于精 神，也不是统一于某种具体的物质形态、结构或属性，而是统一 于集中体现一切事物共同本质的物质性。世界的统一性在于物质 性。物质世界是多样性的统一。自然界的物质性与人类社会的物 质性。而原子结构到夸克模型再到X1835粒子的发现，这一切的过程都有力的证明了世界的物质性和物质世界的统一性。 4.从原子结构到夸克模型再到X1835粒子的发现，说明了物质是客观存在的。物质 是客观存在的，不以人的意识为转移，并能为人的意识所反映的 客观实在。物质是由分子，原子，电子等粒子组成的，微观粒子 无不是在高速的加速运动中，这些粒子的高速运动组成了物质。 古希腊哲学家得莫克利特认为，原子和虚空是世界万物的本原。 从原子结构到夸克模型再到X1835粒子的发现，他们都是可看见可接触的。所以，物质是客观存在的。 三. 南极大陆水陆交界处,滑溜溜的冰层或者尖锐的冰凌。企鹅没有可以用来攀爬的前肢， 也没有可以飞翔的翅膀，如何从水中上岸？企鹅是在将要上岸之时，先从海面潜入海中，潜到适当的深度，再借用水的浮力，迅猛向上，飞出一道弧线，落在陆地上。 企鹅的沉潜是为了蓄势，看似笨拙，却富有成效。人生又何尝不是如此呢？沉潜绝非沉沦，而是勇敢、智慧、自强。如果我们在面对困难前能沉下气来，不被“冰凌”吓到，不被浮华迷惑，专心致志，自强不息，积聚力量，并抓住恰当的机会反弹向上，毫无疑问，我们就能成功着陆！反之，总是随波浮沉，或者怨天尤人，注定就会被命运的风浪所玩弄，直到精疲力竭。
一、夸克的提出 1、1928年，狄拉克将相对论引入量子力学，他建立的狄拉克方程预言：存在与电子具有严格相同的质量，但是电荷符号相反的正电子。 2、1932年，安德森在宇宙线实验中观察到：高能光子穿过重原子核附近 时可以转化为一个电子和一个质量与电子相同但带有单位正电荷的粒子 （左图），从而发现了正电子。狄拉克对正电子的预言得到了实验的证实。 反粒子的存在是电子所特有的性质，还是所有的粒子都具有的普遍的性质呢？如果所有的粒子都有相应的反粒子，首先检验的应该是是否存在质子的反粒子、中子的反粒子。 1947年在宇宙射线的研究中，首先观察到了奇异粒子， 3、24年后的1956年，美国科学家张伯伦（Owen Chamberlain，1920-2006） （右图）等在加速器的实验中发现了反质子，即质量和质子相同，自旋量子 数也是1/2，带一个单位负电荷的粒子，接着又发现了反中子。 4、20世纪30年代中期发明了粒子加速器，科学家们能够把中子打碎成质 子，把质子打碎成为更重的核子，观察碰撞到底能产生什么。20世纪50年代，唐纳德·格拉泽（Donald Glaser）发明了“气泡室”，将亚原子粒子加速到接近光速，然后抛出这个充满氢气的低压气泡室。这些粒子碰撞到质子（氢原子核）后，质子分裂为一群陌生的新粒子。这些粒子从碰撞点扩散时，都会留下一个极其微小的气泡，暴露了它们的踪迹。科学家无法看到粒子本身，却可以看到这些气泡的踪迹。 气泡室图像上这些细小的轨迹（每条轨迹表明一个此前未知的粒子的短暂存在）多种多样，数量众多，让科学家既惊奇又困惑。他们甚至无法猜测这些亚原子粒子究竟是什么。 5、1961年，盖尔曼在奇异数守恒定律①的基础上将对称性运用于基本粒子的分类，即SU （3）对称性。假定所有的强子都是由质子(p)、中子(n)和Λ 超子以及它们 的反粒子组成的。正像忽略去质子和中子的差别以后核力和核子体系具有 同位旋对称性【即SU(2)对称性】一样，如果人们忽略Λ 粒子与核子之间 的差异，而把它们看作同一粒子所处的三种不同状态，它们之间应具有SU(3)对称性，由它们所构成的强子体系也应具有SU(3)对称性。他和以色列物理学家内曼（Yuval Neemann，1925-2006）各自独立地提出了强作用对称性的理论——八重法②（eightfold way），按照这一方法，把有相近性质的强作用基本粒子分成一个个的族，并认
夸克 quark （喷射轨迹图片来源：《时间简史》图5.2，一个质子和一个反质子在高能下碰撞，产生了一对几乎自由的夸克。） 1964年，美国物理学家默里·盖尔曼和G.茨威格各自独立提出了中子、质子这一类强子是由更基本的单元——Quark组成的。它们具有分数电荷，是基本电量的2/3或-1/3倍，自旋为1/2。夸克一词是盖尔曼取自詹姆斯·乔埃斯的小说《芬尼根彻夜祭》的词句“为马克检阅者王，三声夸克（Three quarks for Muster Mark）”。夸克在该书中具有多种含义，其中之一是一种海鸟的叫声。他认为，这适合他最初认为“基本粒子不基本、基本电荷非整数”的奇特想法，同时他也指出这只是一个笑话，这是对矫饰的科学语言的反抗。另外，也可能是出于他对鸟类的喜爱。 最初解释强相互作用粒子的理论需要三种夸克，叫做夸克的三种味，它们分别是上夸克(up,u)、下夸克(down,d)和奇夸克(strange,s)。1974年发现了J/ψ粒子，要求引入第四种夸克粲夸克(魅夸克)(charm,c)。1977年发现了Υ粒子，要求引入第五种夸克底夸克(bottom,b)。1994年发现第六种夸克顶夸克(top,t)，人们相信这是最后一种夸克。 夸克理论认为，所有的重子都是由三个夸克组成的，反重子则是由三个相应的反夸克组成的。比如质子(uud)，中子(udd)。夸克理论还预言了存在一种由三个奇异夸克组成的粒子(sss)，这种粒子于1964年在氢气泡室中观测到，叫做负ω粒子。 夸克按其特性分为三代，如下表所示： 符号中文名称英文名称电荷(e) 质量(GeV/c^2) u 上夸克up +2/3 0.004 d 下夸克down -1/3 0.008 c 粲夸克charm +2/3 1.5 s 奇夸克strange -1/3 0.15 t 顶夸克top +2/3 176 b 底夸克bottom -1/3 4.7 在量子色动力学中，夸克除了具有“味”的特性外，还具有三种“色”的特性，分别是红、绿和蓝。这里“色”并非指夸克真的具有颜色，而是借“色”这一词形象地比喻夸克本身的一种物理属性。量子色动力学认为，一般物质是没有“色”的，组成重子的三种夸克的“颜色”分别为红、绿和蓝，因此叠加在一起就成了无色的。因此计入6种味和3种色的属性，共有18种夸克，另有它们对应的18种反夸克。 夸克理论还认为，介子是由同色的一个夸克和一个反夸克组成的束缚态。例如，日本物理学家汤川秀树预