最新物理学史上的三次大综合知识讲解

物理学史上的三次大综合

Three large comprehensive history of physics [Abstract]Four major comprehensive history of physics, every time a comprehensive

realization of all physical theories make a big step forward.

[Keyword]Classical mechanics; electromagnetic wave;electromagnetic induction; quantum

mechanics

In promoting the development of production and scientific experiments, physics continue to accumulate, development and integration, through the germination period, a different period of classical physics and modern physics during the development stage. Since the 16th century, physics theory theoretically achieve four large integrated. Every time a comprehensive realization, have made a major step forward in physics theory.

1 第一次伟大的综合

17世纪，牛顿力学构成了完整的体系。可以说，这是物理学第一次伟大的综合。牛顿将天上行星的运动与地球上苹果下坠等现象概括到一个规律里面去了，建立了所谓的经典力。至于苹果下坠启发了牛顿的故事究竟有无历史根据，那是另一回事，但它说明了人们对于形象思维的偏爱。

他在哥自尼、伽利略、开普勒、惠更斯、笛卡尔等前人工作的基础上，对大量丰富的资料进行了系统的整理和理论的概括，得到了万有引力定律和牛顿运动三定律。这三条定律是我们认识一切力学现象的依据，是整个经典力学的基础。经典力学成熟的另一个标志是万有引力定律的建立。

牛顿运动三定律和万有引力定律的提出，使经典力学成为一个完整的理论体系，标志着经典力学已经成熟，实现了宇宙中宏观低速物体的运动规律的统一。

2 第二次伟大的综合

麦克斯韦是电磁理论的集大成者。他总结了奥斯特到法拉第的工作，以安培定律、法拉第电磁感应定律和他自己引入的位移电流概念为基础，进行抽象的概念，并用数学分析方法加以整理，建立了麦克斯韦方程组，提出电磁波的概念，并证明了光是一种电磁波，从而把电、磁、光等现象统一起来，实现了物理学上的第二次大综合。

1820年奥斯特通过大量实验发现了电流的磁效应，安培得到了安培定律和安培定则。1831年，法拉第又发现了变化的磁场可以产生感应电流，得到电磁感应定律，并提出“场”的概念和力线图象。但由于数学水平的限制，无法使他的定性理论上升为精确的定量理论，无法用数学的方法描述电场和磁场。

麦克斯韦继承和发展了法拉第思想，自1858年开始，他系统地考察了自库仑、奥斯特以来的电学成就，认为应该把电流的规律与电场和磁场的规律统一起来。为此，他引进了位移电流和涡旋场及电磁波的概念。为了定量的刻画电磁场的转化和电磁波的传播规律，麦克斯韦于1826年引进了偏微分方程，并采用拉格朗日和哈密顿创立的数学方法由方程直接导出了电场和磁场的波动方程，其波的传播速度正好等于光速，因此他预言光是一种电磁波。1888年德国物理学家赫兹用实验证明了电磁波的存在及其具有反射、折射和干涉等性质，证明了麦克斯韦的预言。

麦克斯韦的理论揭示了电、磁和光的统一性，实现了人类对自然界认识的又一次综合，

它是物理学发展的又一里程碑，标志着经典物理学的成熟。如果把电磁理论比作一座雄伟的高楼，那么是法拉第给它打下了坚实的地基，麦克斯韦在上面建成了大厦，最后是赫兹让这座大厦住满了人。

3 第三次伟大的综合

经典物理学完成以后，不少物理学家认为，物理学的大厦已经落成，人类对自然界的认识已经到了尽头。但一系列新的发现(电子、x射线和放射性)和实验事实(黑体辐射和光电效应)与经典理论发生了尖锐的矛盾，经典理论无法解释这些现象，许多人则在思想上发生了严重的混乱，惊呼物理学出现了“危机”。

量子力学本身是在1923-1927年一段时间中建立起来的。1900年，为了解释黑体辐射实验，普朗克提出了能量子的假说，指出被认为是连续的能量在辐射或吸收的过程中是分立的，即都是hr的整数倍。能量子假说的提出，突破了传统的观念，开辟了现代物理学的新纪元。在普朗克能量子假说的启示下，1905年，爱因斯坦提出了光量子理论，指出连续光波具有粒子性，光既是波动，又是粒子，圆满地解释了经典理论无法说明的光电效应等实验。光量子说在物理学史上第一次揭示物质的波动性和粒子性的对立统一关系。1924年，德布罗意发展了爱因斯坦关于光具有波粒二象性的思想，他从光波具有粒子性的启示下，提出实物粒子具有波动性的假说。指出实物粒子也具有波粒二象性，并很快得到了电子衍射实验验证。海森堡对玻尔的原子理论进行了仔细地研究，海森堡一方面继承了早期量子论中合理的内核，如能量量子化、定态、跃迁等概念，同时又摒弃了一些没有实验根据的概念，如电子轨道的概念。波动力学来源于物质波的思想。在爱因斯坦的启示下，海森堡利用矩阵数学，将发射光谱的频率、强度和极化从数学上联系起来，提出了矩阵力学，并和玻恩、约尔丹共同完成了矩阵力学的创立。

又是在爱因斯坦的启示下，海森堡还于1927年提出了“测不准关系”。1926年，薛定谔在物质波假说的基础上，建立了著名的薛定谔方程，并提出了描述微观运动的“波函数”新概念，创立了波动力学，并证明了波动力学和矩阵力学等价，以后统称为量子力学。事实上，量子理论还可以更为普遍的表述出来，这是Dirac和Jordan的工作。量子力学找到了微观粒子运动的基本规律——薛定谔方程，使人的认识实现了由宏观世界到微观世界的飞跃。描述宏观现象的牛顿力学就成了量子力学的一种极限情况，这是物理学史上又一次大的综合。

[参考文献]

1 丁士章等．简明物理学史

2 马德录编译．物理群星

3 李醒民译．物理学史专题五化学平衡图像

考点1化学平衡图象常见类型

此类图象定性地揭示了v正、v逆随时间（含条件改变对速率的影响）而变化的规律，体现了平衡的“动、等、定、变”的基本特征，以及平衡移动的方向．

6．对达到平衡状态的可逆反应X+Y Z+W，在其他条件不变的情况下，增

大压强，反应速率变化图象如图1所示，则图象中关于X、Y、Z、W四种物质的聚

集状态为（）

A．Z、W均为气体，X、Y中有一种是气体

B．Z、W中有一种是气体，X、Y皆非气体

C．X、Y、Z、W皆非气体

D．X、Y均为气体，Z、W中有一种为气体