科学突飞猛进,新技术层出不穷.物理学作为20世纪的领头学科,由经典走向现代,由宏观到微观,已步入一个崭新的发展阶段.20世纪物理学上的两大重要成果是狭义相对论(爱因斯坦)和量子力学(普朗克),诺贝尔奖得主李政道教授说:“如果没有狭义相对论和量子力学的诞生,就不会有后来的原子结构、分子物理、核能、激光、半导体、超导体、超计算机等一切科学文化的发展.”20世纪物理学的成就表明,物理学已成为一切自然科学的基础.当今社会,几乎没有一个科学和技术部门不应用物理学的成果;生产、生活、衣食住行,哪里有人类活动,哪里就有物理学文化气息,物理学已渗透到社会生活的各个领域.
百年来物理学的巨大发展使我们进一步认识到物理学不仅是高新技术发展的源泉,而且也是一切自然科学得以发展的基础,没有物理学基础研究的发展,就不会有现代一切科学文化的出现.因此物理学是自然科学的“领袖”:重大进展都与它密切相关:原子能、计算机、电子技术……且本身分流众多:近代力学、近代热机学和燃烧学、电子工程、半导体工程、光机科学、材料科学……并向其他科学渗透:近代化学、近代生物学、医学、计算机科学……(24对遗传基因、DNA双螺旋结构、经典通讯、量子通讯……),物理学是人类文明的第一推动力.
1．物理探源
物理学是研究物质世界最基本、最深层次规律的科学分支,是在最基础层面上研究物质运动规律的科学.李政道先生指出:物理一词来源于杜甫于公元758年唐肃宗乾元元年作的《曲江二首》之一“一片飞花减却春 风飘万点正愁人 且看欲尽花经眼 莫厌伤多酒入唇 江上小堂巢翡翠 花边高冢卧麒麟 细推物理须行乐 何用浮名绊此身”(录全唐诗上四函三册分目杜甫第五四七页).
2．1687年,牛顿《自然哲学的数学原理》发表,标志经典物理学的诞生
经典物理学一诞生便推动了第一次工业革命,带给人类第一次物质文明的飞跃.早在100多年前,马克思就“把科学首先看成是历史的有力的杠杆,看成是最高意义上的革命力量.”其中“物理学研究提高了我们对自然界的基本认识,产生了对人类有深远意义的知识.它所孕育出的新技术扎根于我们的文化中.”因此,物理学的每一次革命都会推动人类社会的巨大进步.
从1543年,哥白尼提出了日心说到开普勒从弟谷·布拉赫大量的精确天文观测资料中,总结出了行星运动三定律.伽利略为捍卫、发展和传播哥白尼学说做出了艰苦卓绝的努力.伽利略用自制的望远镜进行天文观测,有力地证实了地球在宇宙中并不比其他星球特殊.尤其是1632年,他出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》(下面简称《对话》),对亚里士多德进行了批判.并指出没发现恒星视差是因为恒星离地球太远;他用惯性原理对上抛物体落回原处做出了解释.教会传讯了他并对他刑讯逼供,最后伽利略被判为终身监禁,《对话》也列为禁书.日心说与地心说进行了残酷的较量,直到1687年,牛顿的《自然哲学的数学原理》(下面简称《原理》)出版,才取得了历史性的胜利.《原理》建立了经典力学的理论体系,提出了运动三定律和万有引力定律,揭示了行星绕太阳运动的根本原因,完成了物理学发展史上的第一次大综合.牛顿的《原理》不仅仅是在知识体系上继承和发展了“巨人”们的成果,在研究方法上也是一样.因此,达朗贝尔认为牛顿将数学、实验以及观察统一起来,创造了一门真正的新科学.牛顿的《原理》被认为是科学史上最伟大的著作.这场革命对人类的整个思想文化都产生了历史性的影响.“牛顿思想影响是巨大的;不管这些思想是否被正确理解,整个启蒙运动的纲领(尤其是在法国)是自觉建立在牛顿原理和方法的基础上的,并且从牛顿的辉煌成就派生出启蒙运动的信心及其广泛的影响.这在后来转变为西方现代文化.道德、政治、技术、历史、社会等等的某些中心概念和发展方向,没有哪一个思想和生活领域能够逃脱这种文化的影响.”
第一次工业革命是刚取得统治地位的英国资产阶级进行的一次生产方式的革命.它开始于17世纪,高潮在18世纪,发展在19世纪.这场革命的标志是蒸汽机的使用.17世纪,英国的资本主义大发展遇到了三大难题(采矿、武器的研制、航海);当时,物理学家都踊跃地参与了相关的发明创造,有效地解决了上述难题,其中最著名的有牛顿、哈雷、惠更斯、胡克、雷恩、波义耳、马略特、托利拆利等.但无论是采矿、战争,还是航海都涉及一个动力机问题.从17世纪初起就有很多人着手这方面的工作,直到18世纪初,英国的纽可门才发明了第一台蒸汽推动活塞工作的抽水机.1765年,瓦特把蒸汽的冷凝过程安排在汽缸外进行,这是对原始蒸汽机的关键改革.物理学(力学和热学)是第一次工业革命的理论基础和工作指南.牛顿力学是机械设计和
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