1、 何謂物理定律的空間平移對稱性、轉(zhuǎn)動對稱性和時間平移對稱性？試分別指出它們對應著哪個守恒定律?

答：物理定律的對稱性是指經(jīng)過一定的操作后，物理定律的形式保持不變。

(1)物理定律的空間平移對稱性。設想我們在空間某處做一個物理實驗，然后將該套實驗(連同影響該實驗的一切外部因素)平移到另一處。如果給以同樣的起始條件，實驗將會以完全相同的方式進行。這說明物理定律沒有因平移而發(fā)生變化。這就是物理定律的空間平移對稱性。它表明空間各處對物理定律是一樣的，所以又叫做空間的均勻性。

(2)物理定律的轉(zhuǎn)動對稱性。如果在空間某處做實驗后，把整套儀器(連同影響實驗的一切外部因素)轉(zhuǎn)一個角度，則在相同的起始條件下，實驗也會以完全相同的方式進行。這說明物理定律并沒有因轉(zhuǎn)動而發(fā)生變化。這就是物理定律的轉(zhuǎn)動對稱性。它表明空間的各個方向?qū)ξ锢矶墒且粯拥?，所以又叫做空間的各向同性。

(3)物理定律的時間平移對稱性。如果我們用一套儀器做實驗，該實驗進行的方式或秩序是和此實驗開始的時刻無關(guān)的。無論在什么時候開始做實驗，我們得到完全一樣的結(jié)果。這個事實表示了物理定律的時間平移的對稱性。

關(guān)于物理定律的對稱性有一條很重要的定律——對應于每一種對稱性都有一條守恒定律。例如，對應于空間平移對稱性有動量守恒定律，對應于空間的轉(zhuǎn)動對稱性有角動量守恒定律，對應于時間平移對稱性有能量守恒定律。

2、 熱力學四大定律的內(nèi)涵，為什么說熵概念比能量更重要？

答：1) 熱力學第零定律:　若有A、B、C三個處于任意確定的平衡態(tài)的系統(tǒng)，而系統(tǒng)A和系統(tǒng)B是互相絕熱的。令A和 B同時與系統(tǒng)C相互熱接觸，經(jīng)過足夠長的時間后，A和B都將與C達到熱平衡。

2) 熱力學第一定律內(nèi)容: 任一過程中，系統(tǒng)所吸收的熱量在數(shù)值上等于該過程中系統(tǒng)內(nèi)能的增量及對外界作功的總和。“第一類永動機是不可能造成的”是熱力學第一定律的另一種表述方式。；

3) 熱力學第二定律的兩種表述；

①克勞修斯表述：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響。也就是說，不可能有這樣的機器，它完成一個循環(huán)后唯一的效果，是從一個物體吸熱并放給高溫的物體。熱力學第二定律的克氏表述實質(zhì)上說熱傳遞過程是不可逆的。

②開爾文表述：不可能從單一熱源取熱，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他影響。又可表述為：第二類永動機是不可能造成的。熱力學第二定律的開氏表述實質(zhì)上說功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬倪^程是不可逆的。

4) 熱力學第三定律“不可能用有限手續(xù)使一物體冷卻到絕對溫度的零度”，這個原理叫做絕對零度不能達到原理。

5) 對熵概念表述、理解和認識，可舉例在人文、管理等的應用：

熵指的是體系的混亂的程度，從微觀上說，熵是組成系統(tǒng)的大量微觀粒子無序度的量度，系統(tǒng)越無序、越混亂，熵就越大。熱力學過程不可逆性的微觀本質(zhì)和統(tǒng)計意義就是系統(tǒng)從有序趨于無序，從概率較小的狀態(tài)趨于概率較大的狀態(tài)。能量和熵是物理學中最重要最基本的兩個概念，能量概念早已被人們廣泛地接受，成為人類社會生活中不可缺少的用語，熵是一個人們還是不太熟悉的概念，然而它已滲透到社會的各個方面，蘊含了極其豐富的內(nèi)容。從這兩個概念的建立到本世紀初，人們一直認為能的概念比熵的概念更重要，傳統(tǒng)的看法是把能量比喻為宇宙的女主人，熵是她的影子，意思是能量主宰了宇宙中的一切，因為任何過程能量必須守恒，而熵不過是能量的附庸，是在能量守恒的前提下進一步指示過程進行的方向罷了。

隨著時代的發(fā)展，熵概念的重要性越來越突出了，人們把它與無效能量、混亂、廢物、污染、生態(tài)環(huán)境破壞、物質(zhì)資源浪費甚至于政治腐敗、社會腐敗聯(lián)系起來，把負熵與有序、結(jié)構(gòu)、信息、生命甚至廉政、精神文明聯(lián)系起來，于是就有了另一種比喻：“在自然過程的龐大工廠里，熵原理起著經(jīng)理的作用，因為它規(guī)定整個企業(yè)的經(jīng)營方式和方法，而能量僅僅充當簿記，平衡貸方和借方。”也就是說能量僅僅表達了宇宙中的一種守恒關(guān)系，而熵決定了宇宙向何處去。因此我們說熵概念比能量更重要。

熵在人文、管理等學科中的一些應用（略）

3、 學了《文科物理》后談談你對時空觀的認識？

絕對時空觀認為空間是絕對的，它的意思是空間的存在是永恒的，與空間里是否有物質(zhì)存在毫無關(guān)系。因此，空間就像一個靜止的空格，在這一空格里我們可放一些物體，而當物體在此空間內(nèi)運動時，與空間并沒有相互作用存在。在宇宙中每一物體都是在某一時刻占據(jù)空間內(nèi)某一地方，當一個物體在運動時，其位置便隨時間連續(xù)變化?？臻g內(nèi)兩點的距離可用標準米尺度量它，這些度量的結(jié)果與歐幾里德幾何大致相符合。例如空間內(nèi)兩點間最短的連線是直線，或者空間內(nèi)任意三角形的內(nèi)角之和為180o。因此，我們假設我們所處的空間是歐幾里德空間。

絕對時空觀認為時間也是絕對的。時間一直向前“流去”，與物體的存在以及物理現(xiàn)象的發(fā)生毫無關(guān)系。我們無法降低或加快時間流動的速度，并且在宇宙中任何一個地方時間流動的情形都是相同的。因此在我們地球上一秒鐘的間隔和其他星球上一秒的間隔是完全相等的，不管這些星球間是否有相對速度的存在。也就是說，如果我們將兩個經(jīng)校正之同步時鐘放在不同的地點，或者不同的星球上面，這些時鐘的讀數(shù)應當永遠是相同的。

現(xiàn)代時空觀認為絕對時空觀只適用于遠低于光速、宏觀（非宇觀）的情況。

對于高速（接近光速）則有狹義相對論時空觀，它與絕對時空觀的主要差別有三個方面：

（1）時間膨脹效應：就是從靜系看來，動系的時鐘變慢，反過來從動系看靜系的時鐘也變慢，變慢的程度為每秒慢(1 -? )秒，即速度v越大變慢得越厲害。時間膨脹效應又稱“運動的時鐘走慢了”。

（2）長度收縮效應：就是從靜系看來，動系中的剛性球的直徑沿著運動方向按一定比例收縮，反過來從動系看靜系的剛性球也有這種效應。長度收縮的程度與運動速度有關(guān)，收縮比為 ，即速度v越大收縮越厲害。長度收縮效應通常又稱為運動尺子縮短效應。

（3）同時性的相對性是指在S系中不同地點的兩個事件A和B同時發(fā)生，而在S′系中觀測，A和B并不是同時發(fā)生的。如果在S系中，A和 B既不同時，也不同地發(fā)生的兩個事件，在S′系觀測，倒可看到是同時發(fā)生的，這就說明了同時性的相對性。根據(jù)同時性的相對性，我們可以發(fā)現(xiàn)如下情景：在S系中觀測，B事件遲于A事件發(fā)生，而在S′系中觀測，B事件可能先于A事件發(fā)生。這就是說，兩個事件發(fā)生的時間順序在不同參考系中觀測有可能顛倒 。不過應該注意這只限于兩個互不相關(guān)的事件。對于有因果關(guān)系的兩個事件，它們發(fā)生的順序，在兩個參考系中觀測都是不應該顛倒的。

對于大尺度空間，例如天文宇宙尺度，空間是彎曲的，是非歐幾里德空間。

4、 學了《文科物理》后談談你對宇宙觀的認識？

答：20世紀以前的唯物主義宇宙觀主要包括這樣幾層意思：宇宙是客觀存在的，宇宙里到處是運動、變化著的物質(zhì)，宇宙是無限大的、又是無始無終的；并受牛頓力學、牛頓自然哲學的影響，認為宇宙物質(zhì)均存在于平直的絕對空間中、時間獨自流逝也是單調(diào)、絕對的。宇宙既然無限，就談不上整體的運動和演化；無演化史，也就談不上演化進程的起始和終止。所以這樣的宇宙觀帶有機械論色彩；況且它與絕對時空觀相聯(lián)系。

? ? 現(xiàn)代宇宙觀認為宇宙有限，這是對20世紀以前的宇宙觀念的極大轉(zhuǎn)變。人類的觀測能力總是有限的，人類對客觀物質(zhì)世界的認識乃通過實驗實踐而獲得，所以人們無法談論觀測所及范圍以外的情況；因此，宇宙有限，無違于唯物主義認識論的基本精神。宇宙有限，除了有其內(nèi)局部物質(zhì)的運動、變化外，還可能有其整體的運動、變化。

再則，廣義相對論賦予運動物質(zhì)與彎曲時空以等同性，物質(zhì)分布的對稱性決定其時空結(jié)構(gòu)的對稱性。為滿足宇宙空間呈現(xiàn)恒常曲率的黎曼型結(jié)構(gòu)，整個宇宙就必定是閉合而有限的。因此，相對論宇宙觀是相對論時空觀引伸的結(jié)果，二者并非彼此獨立；甚或可以說，相對論宇宙觀等同于物質(zhì)世界宇觀層面上的相對論時空觀。宇宙有限與黎曼型時空結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，宇宙演化則進一步深化了對時間概念的理解。如此看來，相對論宇宙觀伴隨著相對論時空觀而相偕確立，除去了20世紀以前人類自然觀的某些機械論色彩，豐富了自然哲學之唯物辯證法的蘊含。

5、 學了《文科物理》后談談你對物質(zhì)觀的認識？

答：現(xiàn)代物質(zhì)觀要義簡述如下：

（1）大質(zhì)量的宏觀、宇觀物質(zhì)體系激發(fā)的引力場導致時空彎曲，物質(zhì)與時空結(jié)合為統(tǒng)一體，物質(zhì)運動與時空結(jié)構(gòu)相互關(guān)聯(lián)。

（2）高速運動的物質(zhì)體系，其基本動力學性質(zhì)和時空量度均受到運動的顯著影響，從而體現(xiàn)唯物辯證法關(guān)于物質(zhì)與其運動的統(tǒng)一性。

（3）物質(zhì)微觀層面顯示實物粒子與輻射場的統(tǒng)一性，這兩類物質(zhì)形態(tài)的任何體系都呈現(xiàn)波粒二重性的共同征狀；集波動性和粒子性、連續(xù)性和分立性于一體的量子場是物質(zhì)存在最基本的形式。

（4）微觀層面與宏觀、宇觀層面的物質(zhì)運動相比較，是前者以非連續(xù)性取代了后者的連續(xù)性；作用量子使微觀物質(zhì)體系運動顯露種種量子化效應。

（5）物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次漸趨深入，但似乎出現(xiàn)難于繼續(xù)分割的“基底”粒子，各“基底”粒子與強作用、弱作用、電磁作用、引力作用等相互作用場，隨著能量尺度的提高，表現(xiàn)出最終趨于同一物質(zhì)形態(tài)的可能性。

（6）微觀物質(zhì)體系的運動不滿足嚴格的因果律、不符合純粹的決定論原則，其固有的統(tǒng)計性規(guī)律亦起因于作用量子的存在。

（7）物質(zhì)客體當然不依賴于認識主體而獨立存在，但認識主體的觀察測量會對物質(zhì)客體性狀產(chǎn)生不可忽略、不可控制的干擾，從而使主體所認識到的物理實在不同于、也不可能同于物質(zhì)客體的自在狀態(tài)，亦即實在概念必然受制于“既為觀眾、又為演員”的認識主體所進行的觀察測量。

按照傳統(tǒng)思想，物質(zhì)是無限可分。然而按現(xiàn)代物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)層次觀點，就目前理論上和實驗上的研究成果而論，分割夸克便是不可能的。即出現(xiàn)“夸克禁閉”問題。

? ? 既然“夸克禁閉”難于打破，未來可否將對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索進一步深入下去呢？在新世紀里，總該對夸克、輕子是否有內(nèi)部結(jié)構(gòu)、是否有下一個物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次？。我們認為，對夸克–輕子層次的探索還方興未艾；在高能尺度上，粒子轉(zhuǎn)化更易發(fā)生，質(zhì)能轉(zhuǎn)化這條基本原則和一些守恒定律等其他原則時時在促成新粒子對的產(chǎn)生和湮滅；只要實驗條件允許，在夸克–輕子層次，還會有新現(xiàn)象、新粒子冒出來，這一個層次的內(nèi)涵還有待充分地揭示。

? ? 對夸克–輕子層次的認識有待擴展；對“夸克禁閉”的探究取決于對強相互作用的理論描述。但QCD是量子論與相對論結(jié)合的產(chǎn)物，禁閉概念亦是這兩個理論之基本觀念的邏輯推論，所以在當今這兩個理論主宰的現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論范疇里，夸克–輕子層次成了最深的結(jié)構(gòu)層次；倘若未來高新技術(shù)出現(xiàn)出乎意料的躍進，以致使更深的結(jié)構(gòu)層次露出端倪，那末理論描述也要發(fā)生變革，即現(xiàn)代物理的理論基礎也要徹底改變。

現(xiàn)代物質(zhì)觀導致互補哲學思想在物質(zhì)深層次探索中占據(jù)主導地位。這一種哲學的表述形式似乎把唯物辯證法的通常理解方式拓寬了；它剔除了原來理解中可能出現(xiàn)的機械自在論的色彩，對唯物主義給以更確切、更全面、也就更辯證的說明。

6、 何謂波粒二象性？如何理解波粒二象性？

答：1924年德布羅意提出物質(zhì)波假設：自然界在許多方面是顯著地對稱的，我們可以觀察到的宇宙全是有光和實物組成的，如果光既有波動性又有粒子性──具有波粒二象性，則實物或許也有這種二重性。

波粒二象性并不真的表明微觀客體本來有此二重性質(zhì)，其實是既非經(jīng)典的粒子，又非經(jīng)典的波；這兩種形態(tài)只是微觀客體運動在不同的實驗安排下呈現(xiàn)于宏觀儀器上的不同圖象，人們不得不以經(jīng)典概念——粒子性和波動性，才對其作出互為補充的全面描述。例如光波的干涉、衍射等效應呈現(xiàn)光的波動性，而康普頓散射、光電效應則呈現(xiàn)光的粒子性光。

微觀客體的“波粒二象性”是用經(jīng)典語言描述微觀客體的結(jié)果。這兩種圖像既互相排斥，又必須同時用于對微觀客體的統(tǒng)一性質(zhì)的描述，所以它們又是互補的。這種互補的概念適用于整個物理學，甚至超越了物理學界而成為有普遍意義的一個哲學原理。

7、 何謂不確定性原理？試說明它的物理涵義。

答：不確定性原理：測量一個微觀粒子的位置，如果不確定范圍為△q，同時測量其動量也有不確定范圍△p，則存在關(guān)系式： △p·△q ≥ h ，這就是所謂不確定關(guān)系。這個關(guān)系的意義表示：如果我們要根據(jù)經(jīng)典力學的概念來描述微觀粒子，則測量粒子在某一方向位置的不確定量和該方向動量的不確定量的乘積，必須大于或等于h ，也就是說，當我們決定粒子的坐標愈精確的 同時，決定其相應的動量的分量的準確度也就愈差，反之亦然。不確定關(guān)系表示了微觀粒子運動時的一種規(guī)律。應當指出這“不確定”不是由于測量儀器或方法的缺陷，而完全是由于微觀粒子運動的波動性引起的，無論怎樣改善儀器和方法，測量精確度都不可能超過不確定關(guān)系給出的限度。

不可能同時測出微觀粒子的位置和速度是因為光子、電子以及其他一切微觀粒子都具有基本的量子特性。當我們試圖利用一個量子客體去確定另一個量子客體的位置時，第二個客體的量子特性之一就變成完全不可能控制的了。為了把粒子A的位置測得很準確，我們不得不利用具有動量特別大的粒子B，而動量大的粒子B作用粒子A使其動量變化，因此粒子A的動量無法準確確定。