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北京理工大学郭伟研究员到我校开展

科普专题讲座

2019年9月24日星期二,北京理工大学物理学院特别研究员郭伟老师来到澳门手机电子游戏网址大全。此次郭伟研究员给我校高一学生带来题为《物理学300年发展简史》的科普专题讲座。


郭伟研究员开讲啦


郭伟研究员简介

郭伟,北京理工大学物理学院特别研究员,博士生导师。主要从事凝聚态材料计算和表面物理化学领域研究,针对纳米颗粒表面复杂微结构和催化反应活性之间构效关系难以确定的问题,发展了密度泛函理论和动力学蒙特卡洛以及微观动力学模拟相结合的多尺度模拟框架,研究了氨气分解、一氧化氮分解等反应中催化材料结构和组成的优化与筛选,提出了设计双金属纳米颗粒的新策略,取得了一些具有较大国际影响力的原创性研究成果。在Nature Chem.、Nature Commun.、Phys. Rev. Lett.、ACS Catal.等期刊上发表论文40余篇。在包括美国化学工程师协会年会、美国工业与应用数学学会、China Nano等国际重要学术会议上作报告5次,担任多个国际期刊的特约审稿人。现主持自然科学基金1项,全链条科技创新专项1项,参与科技部重大专项1项。


郭伟研究员给同学们讲讲座内容安排

郭伟研究员分“什么是物理?”、“文艺复兴和伽利略”和“物理基本原理的三轮重大突破”三个模块展开了此次讲座。

郭伟研究员讲什么是物理

什么是物理?郭伟研究员从“格物穷理”、“什么是道?”、“道法自然”等几个古老的中国哲学命题出发一步步为同学们揭开物理学的神秘面纱。郭伟研究员讲到,物理学就是一门研究万物的道理的学科:作为自然科学的带头学科,物理研究一切物质最基本的运动形式和相互作用规律。郭伟研究员还具体的给同学们介绍了物理学研究的对象以及物理学科的研究领域分类。

郭伟研究员介绍伽利略的贡献

文艺复兴时期的大牛伽利略为物理学做出的贡献有哪些呢?郭伟研究员为同学们一一道来。1.伽利略第一次将数学和实验结合起来进行科学研究,大胆假设,小心求证;2.伽利略提出了重心、速度、加速度、惯性等物理学概念;3.伽利略提出了伽利略相对性原理;伽利略发明了望远镜、温度计、钟摆;4.伽利略的研究成果为牛顿力学奠定了基础。郭伟研究员特别详细的给同学们介绍了伽利略相对性原理和力学相对性原理。


从牛顿、麦克斯韦到爱因斯坦、普朗克等人再到标准模型、粒子与天文的融合,郭伟研究员为同学们讲述了物理学基本原理的三轮重大突破。

郭伟研究员开始介绍经典力学和电动力学

第一轮重大突破:经典力学,电动力学。

郭伟研究员用简洁易懂的话语为同学们讲述了牛顿三定律和万有引力定律:惯性定律;力改变速度;反作用力;引力平方反比律。伽利略变换如何构建了经典力学的时空观以及牛顿的机械时空观是什么,郭伟研究员用形象生动的讲述为同学们打开了一道奇妙的经典力学大门。

牛顿所阐明的运动方程一直被认为是自然界的一种正确描述。在机械的经典时代,没人怀疑这种符合人们直觉的权威描述。直到麦克斯韦预言了电磁波(1864)。

郭伟研究员给同学们介绍了继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典著作《电磁理论》。他还就每个物理量的物理意义,方程背后的物理学原理给同学们详细介绍了人类历史上最伟大的方程之一——麦克斯韦方程组。

麦克斯韦方程组与牛顿时空的矛盾在哪里?就此,郭伟研究员将同学们引入物理学基本原理的第二轮重大突破。

郭伟研究员开始介绍相对论和量子力学

第二轮重大突破:相对论,量子力学

从测量光速背后的故事出发,郭伟研究员带领同学们一步步叩开爱因斯坦相对论的的大门。

爱因斯坦相对论(1905-1915):

1.所有物理规律对所有参照系协变

2.由相对性原理和光速不变原理导出时空的洛伦兹变换;“同时” 具有相对性,但因果关系是绝对的;时空和物质是耦合的。

3.物质决定时空曲率,时空引导物质运动


针对“既不是某事发生的空间地点,也不是它发生时间的时刻,而只有事件本身具有物理上的真实性”这句非常玄妙的相对论解释,郭伟研究员给同学们列举了一个非常形象的例子。

事件一:火车到达北京站台

事件二:站台上的时钟刻度正好指向3点整

当站台上的时钟刻度正好指向3点整时火车到达北京站台,我们可以说“火车3点钟到达北京”。两个事件的“同时”具有相对性,但因果关系是绝对的,也就是时空和物质是耦合的。哈哈,匪夷所思!


热力学与统计物理?郭伟研究员首先给同学们介绍了热力学三定律:

热力学第一定律:能量守恒;

热力学第二定律:孤立系统熵不减少;

热力学第三定律:绝对零度不可达到。

郭伟研究员的介绍插入了同学们的生活直观感受,同学们易于接受。

19世纪末的物理学的遭受了一个重大困局:黑体辐射,原子光谱等。这时发现物理大厦缺少重要的主干支体:量子物理。

普朗克假定(1900年):热磁辐射能量不连续,能量交换以能量子为最小单位,每个能量子的能量为:

量子假说捅了个大马蜂窝:波粒二象性、不确定性关系、德布罗意概率波:(薛定谔的滚)?

郭伟研究员结合图示,给同学们解释了微观世界里可能发生:

1.子弹仿佛作为整体同时穿过两条缝;

2.由不确定关系,汽车在车库中永远不会静止;

3.物体在有限势阱内(车库的壁)有一定透出的概率。

借此,他又把同学们带入物理学基本原理的第三轮重大突破中。


郭伟研究员开始介绍高能物理和现代宇宙学

第三轮重大突破:高能物理,现代宇宙学

从宇宙大爆炸出发,郭伟研究员给同学们讲述了物理学是如何在在高能尺度上走向统一的。诺特定理?尝试统一场论(引力和电磁力)?弱电强:标准模型(60~70年代建立)三力统一 ?万有理论:如何协调量子场论和广义相对论?随着郭伟研究员的解释,同学们不时发出“哦”的声音,看来他们是懂了。


最后郭伟研究员总结到:

从伽利略开始至今的300 年里,物理学不断发展,社会高速变革。从经典力学的机械能时代到电磁学的电磁能时代,再到现代物理学的信息核能时代。未来是什么时代?智能时代吗?郭伟研究员给同学们留下了问题。


郭伟研究员在介绍物理学家们为物理学做出的重大贡献的同时,将300年的物理学发展历史讲得非常生动。在高一学生刚开始学习高中物理的时候,郭伟研究员带来的这一场物理学历史大餐让同学们的整个高中学习有了充分的历史背景知识积累。


此次讲座由我校教务处副主任陈冲贵老师主持。

陈冲贵老师主持讲座


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