四大力学 力学体系 相互作用力在线视频

大家好 我们现在开始介绍

电动力学的最后一部分

实际上到现在为止

我们的电动力学的

所有的物理内容

全部已经讲完了

那么就像我们在这个

电动力学的最开始序

那一部分一样

那个时候对整个这个电动力学

做了一个宏观的介绍

那么我们现在讲完了

整个电动力学的物理内容以后

我们再给大家一个讨论

因为大家现在已经

学过了所有的电动力学的

物理内容

所以现在的讨论应该

比最开始的更提高一个层次

我们的这部分的讨论

冠以的节目是谈电动力学

在现代物理学中的地位

那么这是在大家已经了解了

电动力学中的具体内容以后

我相信大家会对这个地位

后面的讨论

有更深入的体会

我们大概说这么几个问题

一个是介绍一下

在大学里面物理学专业

通常要学四大力学

我们介绍一下这个四大力学

这四大力学里面

涉及的两部分

一部分涉及到是力学的体系

还有一部分涉及到

具体的相互作用力

我们都做一下具体的讨论

然后把各种力学

然后罗列一下

然后谈一下上个世纪的

物理学的两个重要的突破

然后最后回来聚焦到

我们谈电动力学的作用量的

更深层次的含义

因为我们在狭义相对论

那一章的后部分

相对论电动力学里面

特别谈了电动力学的作用量

最后我们谈一下我们的

电动力学所反映的电磁作用

首先谈四大力学

在大学的物理学专业

要学四大力学

一个叫分析力学或者叫理论力学

还有是统计力学

分析力学是描述的少体

有限个自由度的这个力学问题

统计力学是谈非常非常多的

自由度体系的力学的问题

然后还有量子力学

是谈微观情况下

少体的自由度的力学的问题

然后还有我们的电动力学

就是这门课

就是谈电磁相互作用

在经典宏观体系下的

经典的电磁相互作用

那么这里面这个四部分力学

通常就叫四大力学

四大力学三个力学

实际上都是力学的框架

或者叫 英文叫framework

只有我们的电动力学

是具体的谈的一种相互作用力

一种电磁力 电动力学

所以为了具体的来去

区分的来去看

我们就把这个力学的框架

单独的拎出来讨论一下

然后这个相互作用力

这个自然界的相互作用力

是什么

也单独讨论一下

先谈一下这个

我们现在已经知道的

自然界的力学的框架

有些什么

力学的框架

我们叫力学的体系

有在宏观情况下的

力学的框架

宏观的情况下呢

一种是少体的

还有 还有一种是多体的

少体的就是经典力学

或者是分析力学

那么宏观的如果是多体的

就是经典的统计力学

那么到微观就是量子力学

这个还有到微观是多体的呢

就是量子统计力学

量子统计或者叫

那么这些都是不涉及到

具体的相互作用力

只涉及到力学的框架

它原则上对任何一种力

都可以适用

只不过是在宏观的时候

你要在宏观的时候

有效果的相互作用力

在微观呢 对微观有效果

因为我们后面还会看到

有一些相互作用力

到宏观的时候它是没有效果

它是短程力

到宏观都看不到了

所以那时候说它的力学

就没有意义了

这是力学体系

那么相互作用力就更复杂了

我们在这个课里

涉及到电力和磁力

而我们的电动力学

实际上大家都已经熟知了

是把电力和磁力

统一在一个

麦克斯韦方程组的框架

电能生磁 磁能生电

统一的合起来叫电磁力

那么描述电磁力的

一个标志性的无量纲的参数

是精细结构常数

是137分之一

那么电磁力是我们

现在的日常生活接触的最多的

那么典型的能量尺度

比如说水分子它的结合能

氢原子的这个尺度是这么大

10的负7次方米

这个是10的负11次方米

结合能是几个接近于

10的负1次方的电子伏特

这是电磁力

反映的电和磁的相互作用

还有在自然界的

是弱相互作用力

反映一些基本的粒子衰变的行为

就是从一种基本粒子

变成另外一种基本的粒子

它的相互作用力的力程

是非常短的

小于10的负18次方米

它的相互作用的强度

是和量纲有关的

大概300个G电子伏特的平方倒数

那么它描述的是电子

这样的非常微小的粒子

谬子等等

还有很多的基本粒子

那么我们现在的物理学家们

已经能把电磁力和弱力

统一起来

叫做电弱统一

这个电弱统一相当于是

原来的电力和磁力

统一成电磁力的

统一的进一步的发展

把弱力统一起来

那么在自然界还存在着

第三种力

是强相互作用力

就是原子形成原子核

把原子核

夸克黏成原子核的那样的力

它的历程是在10的负15次方米

它的强度是比较强

大概是相对于这个是

137分之一

这个大概是一到十的

这么一个强度

那么它的描述的对象

像质子 中子 π介子这样

尺度几百个兆电子伏特能量

那么当初人们把电力和磁力

统一成电磁力

然后又成功的电磁力和弱力统一

电弱统一

进一步的马上就提出来

这个电磁力 电弱力

和强力统一起来

变成所谓的大统一

可惜这样的理论有不少

但是一直没有被实验所支持

就是到现在

这只停留在一个理论猜测的情况

还没被实验所验证

这个是被实验已经是验证了

再往下我们还知道

自然界的是引力

这两种力都是你看是短程力

就是在我们宏观的时候看不到的

只是在很微观的角度

这个电磁力是长程力

引力和电磁力是一样

平方反比是长程力

但是它非常弱小

实际上早年所描述的

都是星际之间的那些相互作用

或者是宇宙的形成等等演化

那么早年爱因斯坦最开始的

是想把电磁力和引力统一起来

这是他后半生一直致力于

想去完成的

所谓的统一场论

可惜一直没成功

后来人们从另外一个方向

把电磁力和弱力

成功建立了统一理论

并得到了实验的支持

那么人们还在不断的寻找

这四种相互作用力

电磁力 弱力 强力和引力之外

还在努力的寻找

其他的第五种相互作用力

那么把所有的这种

相互作用力统一起来的理论

你们希望的梦想所谓

特别是理论物理学当中讲

叫theory of everything

叫万有理论

那么一种猜测可能的

万有理论的候选呢

所谓的超弦理论

那么这样的理论

都没被实验支持

这些就离实验差的更远了

我们说这些相互作用力里面

最起头的就是我们的电磁力

而后这个统一的进程

虽然没走完

但是最开始就是我们的

电力和磁力里头

也就是麦克斯韦方程组

所以我们这个课

正好是介绍的这一部分

是整个物理学

后面的这个发展的起头的

这个地方

你会发觉后面的

好多的这些想法

都从我们这个电动力学

这里面出来的

这是相互作用力的部分