20世纪物理学革命的启示

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爱因斯坦故事相对论的启示与科学革命

爱因斯坦故事相对论的启示与科学革命

爱因斯坦故事相对论的启示与科学革命爱因斯坦是二十世纪最著名的科学家之一,他的相对论理论对整个科学界产生了巨大的影响。

相对论深刻地改变了我们对时间、空间和物质的理解,为后来的科学研究和技术发展奠定了基础。

本文将探讨爱因斯坦故事中相对论的启示,以及它给科学革命带来的影响与挑战。

一、相对论的基本原理相对论是爱因斯坦于1905年提出的一种狭义理论,主要包括了以下两个基本原理:一是光速不变原理,即光速在任何参考系中都是恒定的;二是相对性原理,即物理定律在各个惯性系中都是一样的。

这些原理的提出打破了牛顿力学的观念框架,使我们对时空的理解发生了全新的变革。

二、相对论的启示爱因斯坦的相对论带给我们许多重要的启示,其中最为显著的是以下几点:1. 时间与空间的相互影响相对论告诉我们,时间和空间是相互联系的,而不是独立存在的。

光速不变原理表明时间的流逝与空间的变化有密切关系,同时也揭示了时间和空间的弹性特性。

这种启示对于我们理解宇宙的演化、时间的流逝以及星际旅行等方面有重要意义。

2. 质能等效原理爱因斯坦提出了著名的质能等效原理,即质量和能量之间存在着等效关系。

这一理论揭示了物质与能量之间的本质联系,为核能释放和核反应提供了理论基础。

质能等效原理的启示引发了新能源的探索和开发,对能源领域的革命产生了重要的影响。

3. 引力的曲率效应相对论中的引力理论表明,质量和能量的存在会曲折时空,形成引力场。

这一启示解释了行星运动、星系结构及宇宙扩张等现象,并为黑洞和宇宙学等领域的研究提供了重要线索。

引力的曲率效应改变了我们对引力的理解,推动了现代天体物理学的发展。

三、相对论对科学革命的影响与挑战爱因斯坦相对论的提出对科学革命产生了深远的影响,同时也带来了一些挑战。

相对论的影响主要体现在以下几个方面:1. 整体观念的转变相对论要求我们从整体的角度来看待自然界的现象,不再将世界视为孤立的个体。

这种整体观念的转变促进了不同学科之间的交叉与融合,推动了科学研究的综合发展。

物理学的进步对社会发展的贡献

物理学的进步对社会发展的贡献

物理学的进步对社会发展的贡献早在 1000 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。

一、日心说的建立——科学战胜神学古希腊曾经创造过灿烂的科学文化。

从公元 5 世纪起,西方进入了黑暗的中世纪。

此后,“科学只是教会恭顺的婢女” 。

地心说的思想博大精深并计算精确,基督教将它与神学融为一体,形成为了封建神权的思想基础。

由于神学的桎梏,在此后 1000 多年的历史长河中西方科学停滞不前。

中世纪末,先进的思想家们发起了文艺复兴运动,同时宗教界也兴起了改革。

这二者的结合,为科学和文艺的复兴鸣锣开道。

科学,从此开始了艰难的革命。

1543 年,哥白尼提出了日心说。

日心说与地心说比较,最大的区别就是把宇宙的中心由地球换成为了太阳。

也将宇宙的中心放在一个“象征性的太阳”上在计算精度方面,哥白尼的星表“并不远比那些被它们所代替的表好” 。

此外,日心说还存在两个无法解答的问题:如果地球在运动,第一,为什么看不到恒星的视差?第二,竖直上抛的物体为什么会落回原处所以直到临终前,哥白尼才出版了《天体运行论》。

但日心说在客观上产生了向宗教神学挑战的效果。

对地心说进行脱胎换骨的改造的是开普勒。

他从弟谷·布拉赫大量的精确有天文观测资料中,总结出了行星运动三定律。

其第一定律指出:行星绕太阳运动的轨道是一个椭圆,太阳处在椭圆的一个焦点上,从而确立了太阳在宇宙中真正的中心地位这样一来,开普勒引起了教会的极度不满。

他虽然被任命为“皇家数学家”,但长期领不到薪俸,只能靠为皇室贵族算命维持生计。

开普勒说:“如果‘占星术’女儿不争来两份面包,那末‘天文学’母亲就准会饿死。

”1630 年 11 月,开普勒因贫病交加而死。

伽利略为捍卫、发展和传播哥白尼学说作出了特殊的贡献。

第五章物理学革命及其影响

第五章物理学革命及其影响

然而,在原子范围内,事情是极不相同的。
原子粒子的性质,如它们的运动、能量和自 旋,并不总是显示出类似的连续变化,而是 可以相差一些离散的量。经典牛顿力学的一 个假设是:物质的性质是可以连续变化的。 当物理学家们发现这个观念在原子范围内失 效时,他们不得不设计一种全新的力学体 系——量子力学,以说明标志物质的原子特 征的团粒性。
广义相对论的建立
1、广义相对论基本原理:广义协变原理 2、等效原理: 在1、2、基础上,借助了黎曼几何,爱因斯坦在
1916年建立了广义相对论的理论大厦,进一步揭示 了时间,空间的根本属性及其物质分布,物质运动 之间内在的深刻联系。 引力场是物质产生的,引力场以外的一切物质。 根据广义相对论观点,“引力”不过是时空弯曲的 效应。 例:1919年,观察到日全食时候,经过太阳的星光 传播方向发生偏转。
十九世纪后期,由于光的波动理论的确立,
科学家相信一种叫“以太”的连续介质充满 了宇宙空间,就象空气中的声波一样,光线 和电磁信号是“以太”中的波。
然而,与空间完全充满“以太”的思想相悖
的结果不久就出现了:根据“以太”理论应 得出,光线传播速度相对于“以太”应是一 个定值,因此,如果你沿与光线传播相同的 方向行进,你所测量到的光速应比你在静止 时测量到的光速低;反之,如果你沿与光线 传播相反的方向行进,你所测量到的光速应 比你在静止时测量到的光速高。但是,一系 列实验都没有找到造成光速差别的证据。
原子的量子性发现
1913年,玻尔在卢瑟福有核原子模型的基础
上建立起原子的量子理论。按照这个理论, 原子中的电子只能在分立的轨道上运动,原 子具有确定的能量,它所处的这种状态叫 “定态”,而且原子只有从一个定态到另一 个定态,才能吸收或辐射能量。

近代物理学的发展与革命

近代物理学的发展与革命

近代物理学的发展与革命随着人类社会的不断发展和科技的不断进步,科学技术也在不断地改变着人类的生活。

在众多的科学学科中,物理学是一门研究自然界最基本和最普遍的规律以及物质的性质、结构和变化的学科。

在近代,物理学的发展不仅推动着人类社会的进步,而且也在不断地创造新的历史,革命了旧有的思想观念。

19世纪时,物理学开始进入一个新时代,从牛顿力学的经典物理学逐渐向电磁学、热力学和能量守恒等基础理论的发展。

当时最重要的物理现象之一是电学,正是在这个领域里,麦克斯韦的电磁理论对物理学的发展产生了极为深远的影响。

麦克斯韦的电磁场方程式,把宏观电磁现象与微观电荷运动状态联系在一起,彻底地推翻了亥姆霍兹于1820年建立的电流原理。

这样,磁场和电场不再是相对独立的,而是两个方面的统一,形成了电磁波的概念,“光是电和磁的波动”。

二十世纪初,爱因斯坦的相对论革命性地改变了人们的物理观念,并成为近代物理学的核心理论之一。

相对论是一种全局统一的理论,它连通了一系列看似毫不相干的独立事实之间的联系,使世界上的各种物理规律都融为一体。

爱因斯坦的相对论解释了物质对世界的影响,它改变了人们的时间观念和空间观念,提出了“质量-能量平衡”的概念,也就是世界上一切物质都是一种“固然的能量”。

相对论还证明了所有物理规律都必须适用于所有物理过程。

20世纪的物理学是一个富有成果和变革的时期,其中最具里程碑意义的成就是原子核物理学,该学科的发展奠定了核能的基础并产生军事应用。

鲍尔的量子理论、居里的放射性和钱伯斯的十字射线贡献了很多的突破。

尤其是在原子核物理学领域,费米、玻尔、拉瑞等众多物理学家通过核反应的研究,揭示了不同元素之间的联系,取代了传统的“稳定性”和“可分性”观念。

这种变化不仅革命了物理学,在原子核物理学中更是打开了一扇令人着迷的“奇妙世界”的大门。

此外,在近代物理学发展的历程中,还涌现了许多其他的重要理论和实验成果,如波恩和海森伯的矩阵力学、薛定谔方程和量子力学等,它们的出现使得物理学从古典物理学变为量子物理学。

波普尔的_否证论_及其对科学研究的启示

波普尔的_否证论_及其对科学研究的启示
63科技资讯科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION2007 NO.12SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION工程技术波普尔(Karl Raimund Popper,1902-1994)是二十世纪西方最有影响的哲学家之一,其哲学思想在各个领域都引起广泛的关注。但是他的主要哲学成就还是他的科学哲学。“否证论”是这一哲学的整体性标志。1“否证论”提出的背景20世纪二十年代,波普尔经历了由相对论量子力学推向高潮的“最近的自然科学革命”。这是一场真正的革命,一次科学领域中真正天翻地覆的革命。在20世纪最初的二十五年时间里,整个经典物理学似乎真的一下子倒塌了,不仅它的基本概念受到了挑战,而且以经典物理学为基础的整个思维方式也从根本上发生了动摇。尤其是1919年的日食观测以不足一角秒的差别证实了爱因斯坦的广义相对论,使被称作“物理大师”的牛顿经典物理学突然坍塌,这不仅决定了波普尔一生的道路,也在整个科学革命的进程中富有象更深一层的含义,他用一种全新的方式解决了传统的所谓科学与非科学“分界问题”,又用同样奇特的方式解决了另一个与次有关的“归纳问题”。他得出结论:任何科学理论都是可以证伪的。并在此基础上阐发了否证论、P-TT-EE-P的科学发展动态模式、三个世界理论。2“否证论”的提出两个迷信的破除,两个矛盾的剖析。波普尔得出结论:任何科学理论都是可以证伪的。这在当时是惊世骇俗的,因为这个结论和一个古老的迷信“科学就意味着真理”发生冲突。波普尔采用一种极端的方式来打破这个迷信。他认为任何科学理论都可能包含错误,科学之所以为科学,并不在于它正确,而在于它有错误,它可以为经验所否证。波普尔由此提出并剖析了贯穿科学史的基本矛盾:真理和谬误的矛盾。科学之所以成为一个永无止境的发展过程,根源就在于永远不可能最终解决这个矛盾。随着波普尔进一步对科学中真理和谬误的根源的研究,他打破了另一个迷信:一切正确的认识都来自观察,真理即经验事实归纳的结果。1919年的日食观测,不是从观察事实归纳出理论来,恰恰相反,是从理论推演出新的事实。这就证明了这个迷信的错误。波普尔由此揭露出科学发展中的另一个矛盾:观察和理论的矛盾。通过这两对矛盾的展开和交叉作用,波普尔构筑了他的科学发展的模式即“问题——猜想——反驳——问题”。这个模式揭示了科学发展固有的辩证法,并且突出地表现了科学是一个永无止境的不断发展的过程。当然,我们也应该看到,波普尔在剖析这两个矛盾时也有不足的地方。波普尔颠倒了矛盾的主次,把谬误提到首位,把科学的可能错误,可以被否证作为科学最基本的特征,作为划分科学同非科学的根本分界线,这是不正确的。把观察同理论的主次地位颠倒过来,把理论从被决定的地位提到决定的地位,这种说法具有片面性,甚至导致唯心主义。在波普尔的模式中,科学总是表现为一种不断否证,不断批判的发展机制。他认为科学经历着一种猜想代替另一种猜想,一种理论代替另一种理论的过程。科学就是不断否证,不断批判,不断革命。波普尔把科学发展中这种否证的因素放到了第一位。他提出的否证论认为:第一,成千上万的观察不能证明一个结论为真,但是只要一个观察却能证明一个科学结论为伪;第二,承第一点所说,科学并不可被验证,所以科学的真意在于可以被否证,可以被推翻。“科学的真意在于可以被否证,可被推翻。”这句话刚开始看觉得很突兀,但是深思之后,便能发现否证论的精妙。我们可以这样陈述:当理论越严谨时,也就能越明确的指出事情的前因后果,甚至可以预测。例如:指明“一块石头将以每秒9.8米的加速度落下;在今天的十点十分落到地面”比指明“一块石头会从空中往下掉”要明确,要有价值,但也容易被否证,被推翻;只要石头不在十点十分落到地面,那怕是差一秒种,这个理论就站不住脚。3“否证论”精神对科学研究的启示波普尔的科学哲学思想虽然有其偏激和不妥之处,但其思想里蕴涵着丰富的科学精神:科学的创造精神,科学的批判精神和从错误中学习的精神。这些精神对现代的科学研究仍然有着重要的意义。1)科学的创造精神。波普尔的科学发展模式,把从观察到理论的模式颠倒为从理论到观察的模式。这样科学的发展不再是消极的等待经验的积累,而是由人积极地去创造,要创造就要大胆地进行猜想。猜想愈是大胆,预测能力也愈大,猜想的概率与信息成反比。创造是科学发展的动因。现代科学研究中,科学的突飞猛进,技术的飞速发展,不能消极地依靠经验的积累,等待一种结论的出现,而需要这种创造精神,需要大胆的猜想。如果没有创造,科学就不会发展。但是这种创造精神,这种大胆的猜想是否和科学研究的严谨态度相抵触?应该如何进行创造,进行猜想?当然猜想是自由的,但也不是绝对自由的。这种创造,这种猜想不是毫无根据的盲目的猜想,不是随心所欲的猜想。创造、猜想可以促进科学的发展,但是科学的发展并不依赖于创造和猜想,不能被创造和猜想牵着鼻子走。这种猜想要建立在一定的理论基础上,要以一定的理论为依据。猜想得出的结论要在实践中进行检验,不但要对它进行证实,还要对它进行证伪。2)科学的批判精神。波普尔的哲学就是批判理性哲学,他认为科学的发展过程就是竞争和选择的过程,各种猜测经过批判性讨论,由经验进行批判选择,少数幸存下来成为理论。科学就是不断否证、不断批判,科学就是在批判谬误中前进。科学要求批判精神,要敢于批判权威。正如波普尔自己说的“科学的方法是批判的方法”“批判是任何智力发展的主要动力”。他还说“在知识领域中没有不想批判开放的东西。”因此要敢于批判自己。批判精神就是要对传统的科学理论进行质疑。在进行科学研究时,要有这种批判精神,要敢于对现有的理论进行批判,进行否证,特别是要敢于对一些权威人士提出的理论和一些专家得出的结论进行批判。我们不能盲目的迷信权威人士得出的结论,也许他的结论经过了无数次的检验都是正确的,但是只有一次的否证就可以推翻这个结论。3)向错误学习和敢于犯错的精神。波普尔的否证论摧毁了绝对无误论的统治,开辟了可错主义时代。他深刻剖析了真理和谬误的关系,指出任何理论都包含着可能的错误,科学就是在批判错误中发展的。并因此要求科学的对待错误,敢于犯错,从错误中学习,在错误中成长。在科学研究中,犯错是难免的,如果不犯错误,那就不是真正的科学研究。没有谬误就没有真理。波普尔的哲学思想有许多的缺陷,这些不足和错误之处限制了他的前进,使波普尔的科学哲学也已逐渐成为历史。但是他的思想的极端清晰和完整,他对真理的执著追求,使他成为上个世纪公认的最重要的哲学家之一。他的思想中蕴涵的精神可以促进现代科学研究的发展,对现代科学研究也是有很重要的借鉴意义的。参考文献[1]波普尔.开放社会及其敌人,第1卷,中文版,山西高校联合出版社.[2]波普尔.猜想与反驳,上海译文出版社.[3]波普尔.无穷的探索,邱仁宗译,福建人民出版社.[4]波普尔.客观知识,舒炜光等译,上海译文出版社.波普尔的“否证论”及其对科学研究的启示李云(山西省运城学院社科部044000)摘要:否证论是波普尔哲学思想的灵魂,他独树一帜的否证论思想,引起了人们的浓厚兴趣,同时在哲学界也引发了广泛的争论。在广泛地关注波普尔否证论的同时,我们更应该关注的是波普尔否证论内涵的科学精神。其思想里蕴涵着丰富的科学精神:科学的创造精神,科学的批判精神和从错误中学习的精神。这些精神对现代的科学研究仍然有着重要的意义。关键词:波普尔否证论科学研究启示中图分类号:B0文献标识码:A文章编号:1672-3791(2007)04(c)-0063-01

物理学发展简史

物理学发展简史

物理学发展简史物理学是自然科学的一门重要学科,研究物质的性质、运动和相互作用规律。

它的发展历程可以追溯到古代,经历了许多重要的里程碑。

本文将简要介绍物理学的发展历史,从古代到现代,为读者提供一个全面的物理学发展简史。

古代物理学的起源可以追溯到古希腊时期,当时的哲学家和科学家开始对自然界的现象进行观察和解释。

毕达哥拉斯、亚里士多德和阿基米德是古代物理学的重要代表人物。

毕达哥拉斯提出了许多数学原理,为后来的物理学奠定了基础。

亚里士多德则提出了“自然哲学”的理论,认为万物都由四个元素(地、水、火、气)构成,并且存在着天体的运动。

阿基米德则研究了浮力和杠杆原理,对物理学的力学领域做出了重要贡献。

随着时间的推移,物理学开始逐渐发展成为一门独立的学科。

16世纪的科学革命为物理学的发展带来了新的动力。

伽利略·伽利莱是这个时期的重要人物,他提出了地心说的反对意见,并通过实验和观察提出了许多力学原理,如斜面上滚动的球体的运动规律。

伽利略的实验方法和科学观点为后来的物理学家提供了重要的启示。

17世纪的牛顿则是物理学史上最重要的人物之一。

他提出了经典力学的三大定律,建立了质点力学的基础。

牛顿的运动定律和万有引力定律成为了后来物理学研究的基石,被广泛应用于天体力学、机械运动等领域。

牛顿的贡献使得物理学的研究进入了一个新的阶段。

19世纪是物理学发展的黄金时期,许多重要的理论和实验成果相继涌现。

热力学的发展由卡诺、卢瑟福和克劳修斯等人推动,揭示了热的本质和能量转化的规律。

电磁学的发展由法拉第、麦克斯韦和霍尔斯等人推动,建立了电磁场理论和电磁波的概念。

光学的发展由牛顿、杨和惠更斯等人推动,揭示了光的波动性和干涉、衍射现象。

这些理论和实验结果为物理学的发展奠定了坚实的基础。

20世纪是物理学发展的革命性时期,许多重要的新理论和实验成果相继涌现。

相对论理论由爱因斯坦提出,揭示了时间和空间的相对性,重新定义了物理学的基本概念。

爱因斯坦的故事心得体会

爱因斯坦的故事心得体会

爱因斯坦的故事心得体会爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家之一,他的故事不仅仅是关于科学研究的故事,更是关于勇气、毅力和创造力的故事。

在这个故事中,我学到了许多宝贵的经验和教训。

首先,爱因斯坦的故事告诉我们,天才并非是与生俱来的。

相反,他的学校老师曾经认为他是一个“学得很慢”的学生。

他在学校中并不出类拔萃,但他从不因此而灰心丧气。

相反,他坚信每个人都有自己的擅长领域,只要找到适合自己的方式和方法,就能取得成功。

这点对我来说非常重要,因为我经常感到自己的能力有限。

然而,从爱因斯坦的故事中,我学到了勇敢面对挑战和相信自己的重要性。

其次,爱因斯坦的故事教会我们,科学研究需要毅力和耐心。

爱因斯坦为了追求科学真理,付出了大量的努力和时间。

他在思考问题、实验验证和推理证明中投入了无数的小时。

他从不放弃,总是坚持不懈地寻找答案。

这给了我很大的启示,让我明白了取得任何成就都需要付出努力和时间。

此外,爱因斯坦的故事还告诉我,创造力是科学研究中不可或缺的品质。

爱因斯坦以他的相对论理论闻名于世,这是他对物理学的一次革命性突破。

然而,这并不是他的唯一创造。

他的思想和想象力推动了许多其他领域的研究和发展。

他教给我一个重要的道理,那就是不要局限于已知的事物,要积极地探索未知的领域,发挥自己的创造力和想象力。

最后,爱因斯坦的故事还给了我一种积极向上的精神力量。

尽管他面临了许多困难和挫折,但他从来没有灰心或放弃。

相反,他坚持不懈地追求自己的梦想,最终取得了巨大的成功。

这给了我很大的鼓舞和勇气,让我相信只要我努力奋斗,就能克服困难,实现自己的目标。

总的来说,爱因斯坦的故事对我产生了很大的影响和启示。

它教会了我如何面对挑战、相信自己、坚持不懈和发挥创造力。

我会牢记这些教训,并在我的生活和学习中努力践行。

我相信,通过不断学习和改进自己,我也能取得自己的成就,实现自己的梦想。

现代物理学革命及其意义

现代物理学革命及其意义

现代物理学革命及其意义14英语2班王小妹314789803119世纪末,物理学领域连续发生了三个重大事件,这就是X射线、放射性现象和电子的发现。

这三大发现,使人类的认识第一次深入到了原子内部,彻底打破了原子不可分、元素不可变的传统物理学观念。

以太漂移实验的零结果和黑体辐射研究中的“紫外灾难”,使经典物理学陷入不可克服的矛盾,成为推动这一时期科学发展的重要机制。

牛顿力学和麦克斯韦电磁理论,在以太问题上都遇到了根本性的困难。

在牛顿力学中,任何机械运动都是相对于一个参考系进行的,如果以太弥漫于整个宇宙空间,它就是一个理想的参考系,各种运动都可以看作是相对于以太进行的。

在麦克斯韦电磁理论中,电磁作用(包括光)是靠以太为介质来传递的,以太无所不在。

为了验证以太的存在,物理学家进行了大量的实验和观测。

1887年美国物理学家迈克耳逊和化学家莫协进行了一项搜索以太风的著名实验,但是没有找到以太风或地球与以太的相对运动。

这个实验被许多人所重复,所得到的是否定以太风存在的“负结果”。

1905年,爱因斯坦针对经典物理学同新的实验事实之间的矛盾,在《论动体的电动力学》一文中提出了相对性原理和光速不变原理,作为狭义相对论的两条基本原理,从而导出一系列重要结论:同时性的相对性、时缓效应、尺缩效应、光速不可逾越以及物体的质速关系式和质能关系式等。

狭义相对论的建立以及1915年广义相对论的建立,从根本上突破了牛顿绝对时空的旧框框,把空间、时间和物质的运动联系了起来,引起了人类时空观的革命和整个物理学的革命。

“紫外灾难”是在研究黑体辐射的能量分布问题中产生的。

1879年玻耳兹曼发现黑体辐射第一个经验定律,1893年维恩发现第二个经验定律。

1900年,英国物理学家瑞利推算出一个不同的能量分布公式,后经英国物理学家金斯加以修正,合称瑞利—金斯公式:热物体的辐射强度正比于它的绝对温度,而反比于这个发射光线波长的平方。

这个公式与维恩定律相反,只在长波部分才能很好地与实验符合,当波长变短时,这个公式就失效了。

名词解释物理学革命

名词解释物理学革命

名词解释物理学革命
物理学革命是指20世纪上半叶出现的一系列重大变革,这些变革深刻影响了现代物理学的发展方向。

这些变革包括新物理学的发现、量子力学的发展、相对论的修正、电磁学的重建、核物理学的深入研究等等。

其中最著名的是两次物理学革命。

第一次是狭义相对论的兴起,第二次是量子力学的发展。

狭义相对论改变了人们对空间和时间的看法,提出了著名的质能等价原理,并揭示了高速物体的运动规律。

量子力学则揭示了微观世界中粒子的行为规律,发展了量子态的概念和量子力学的数学描述方法。

这些发现对于人类理解物质世界的本质和探索新的科学领域产生了深远的影响。

除了物理学革命本身的成就,这些变革还推动了其他领域的发展,如计算机科学、材料科学、能源技术等。

例如,量子力学的应用在半导体工业中广泛应用,促进了计算机和信息技术的发展。

相对论在核物理学中的应用推动了核能技术的发展,为人类提供了清洁、可持续的能源。

物理学革命是20世纪上半叶最重要的科学事件之一,深刻地改变了人类对物质世界的认识和理解。

这些变革不仅推动了科学的发展,也推动了人类文明的进步。

从物理学大革命得到的启示

从物理学大革命得到的启示

从物理学大革命得到的启示我时常在想,这个世界是被如何造就的?一切规律的规律又是什么?在整个物理科学的发展中,我们能观察到一条清晰的脉络,由直观的观察(亚里士多德由重物下落得出力是运动的原因),到理性的推理(伽利略斜坡设想),再到非理性的第三种解释(包括相对论对时空的全新认识和量子力学对于粒子状态非连续性的判断),由这条清晰的脉络,我们发现了思维的愈发抽象化。

如果说,由伽利略建立的科学研究体系具有思维上的直观的话(这样说就好像抽象力成为了我们的双眼用来对世界进行直观观察),那么,非经典力学体系则是思维上也变得十分隐晦。

用更加抽象的思考代替目前,这是当代物理学发展的方向,这也使其不断向东方的神秘主义哲学靠拢。

薛定谔曾说,现代物理学需要得到东方智慧的输血,而在一战之后,日本在理论物理学界上的飞越也被解读为东方智慧对于解释不直观现象的强大。

东方神秘主义强调直觉、领悟,拒绝逻辑的推理,强调在沉思中充分感知自身与自然的联系,从而得到启示。

相比之下,西方思维则是将世界视作玻璃下的实验品,观察者站在一个绝对客观的角度对事物进行研究。

但是,现代物理学告诉我们这是错误的。

观察者不可能绝对独立于观察事物本身,每一个观察都实际上会对所观察的东西造成影响。

因此,最好的方法是将自身与自然融为一体,作为一个参与者的身份了解这个世界。

而目前主流经济学的发展个人认为仍旧处于物理史中牛顿经典力学的阶段。

观察者完全独立,给定初态和规律则结果唯一,事物间呈现线性的关系。

在经济学的教科书中,我们经常发现由简单假设推理出的结果。

比如NX=Y-C(Y-T)-G-I 这说的是一国净出口的决定要素。

假如提高国内税率则由此式可得出NX提高。

果真如此?假如提高国内税率导致进口品的相对廉价呢?是否又会减小NX?如此事例,不胜枚举。

我想说的是,是否经济学也需要一场类似于20世纪20年代物理学大革命一样的变革?历史上这样的变革已经发生了很多次。

李嘉图的比较优势理论揭示了国际贸易的实质(当然现在这个理论也饱受攻击)。

物理学发展简史

物理学发展简史

物理学发展简史物理学是自然科学中研究物质和能量以及它们之间相互作用的学科。

它涵盖了广泛的领域,包括力学、热力学、电磁学、光学、量子力学等。

在人类历史上,物理学的发展经历了多个重要的阶段,本文将为您详细介绍物理学发展的历史。

古代物理学古代物理学起源于公元前6世纪的古希腊,最早的物理学家被称为自然哲学家。

他们试图通过观察和实验来解释自然现象。

其中最著名的是亚里士多德,他提出了许多关于力学和天体运动的理论。

古希腊时期的物理学为后来的科学家奠定了基础。

中世纪物理学中世纪物理学受到宗教和哲学的影响,科学研究的发展受到阻碍。

然而,一些重要的科学家如伊本·海森和罗杰·培根对物理学的发展做出了贡献。

他们的实验和观察为后来的科学家提供了重要的启示。

近代物理学近代物理学的发展可以追溯到17世纪的科学革命。

伽利略·伽利莱和艾萨克·牛顿是这个时期最重要的物理学家之一。

伽利略通过实验和观察提出了力学的基本原理,牛顿则发展了经典力学的数学描述,提出了万有引力定律。

18世纪是物理学的黄金时期,许多重要的理论和发现都在这个时期发生。

丹尼尔·伯努利提出了流体力学的基本原理,约瑟夫·布莱兹·帕斯卡发现了液体的压力定律,而安德斯·开普勒则发现了行星运动的规律。

19世纪是物理学的革命性时期,电磁学和热力学的理论得到了重大发展。

迈克尔·法拉第和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦发展了电磁理论,麦克斯韦的方程组成为电磁学的基础。

同时,尼古拉·特斯拉的电磁实验也为电磁学的发展做出了重要贡献。

热力学的发展由卡尔·弗里德里希·高斯和鲁道夫·克劳修斯等人推动,他们提出了热力学的基本定律和热力学循环。

20世纪是物理学的革命性时期,量子力学和相对论的理论取得了重大突破。

阿尔伯特·爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论,彻底改变了人们对时间和空间的理解。

科学理论的演变和发展

科学理论的演变和发展

科学理论的演变和发展科学是人类认识世界、探索自然规律的一种方法。

科学理论是科学活动中的核心,它们指导着科学家们的研究方向、实验设计和数据分析。

科学理论的演变和发展是一个复杂而又令人着迷的过程,它在不同的历史时期经历了各种变革和突破。

本文将着重讨论科学理论的演变和发展,介绍一些经典科学理论的进展,并分析其影响和启示。

科学理论的演变和发展可以追溯到古代的希腊时期。

古希腊哲学家们试图用理性和观察来解释世界的本质和运行机制。

亚里士多德提出的自然哲学体系成为古代科学思想的重要里程碑。

他主张根据观察到的现象进行归纳,然后得出一般性规律。

这种方法奠定了科学理论的基础,然而亚里士多德的理论在后来的科学发展中被不断挑战和修正。

17世纪的启蒙时代,科学理论发生了巨大的变革。

伽利略通过实验和观察的方式推翻了亚里士多德的宇宙观,提出了物体的自由落体定律,并将数学应用于物理学研究。

伽利略的科学方法奠定了现代科学的基础,他的实验和观察主义方法成为科学研究的标准。

随着科学研究的深入,牛顿的经典力学理论成为17世纪末到18世纪初物理学发展的巅峰之作。

牛顿提出了万有引力定律和运动定律,解释了行星运动和物体的运动规律。

这种理论在之后的数百年内一直被广泛应用,是科学研究的基石之一。

然而,在19世纪后期,随着对电磁现象和光的研究日益深入,爱因斯坦的相对论引起了科学界的巨大震动。

相对论推翻了牛顿力学的经典观念,提出了时间、空间和质量的相对性。

爱因斯坦通过对光速不变性的研究,建立了一套新的定律来解释宇宙中的现象。

相对论的出现标志着科学理论的又一次重大飞跃,揭示了宇宙的奥秘。

20世纪的量子力学革命是科学理论发展的又一次重要突破。

量子力学描述了微观世界的规律,引入了概率和波粒二象性的概念。

薛定谔方程的提出和量子力学的发展革命性地改变了我们对物质和能量的理解。

量子力学的成功应用使得现代科学研究飞速发展,产生了许多新的技术和应用。

科学理论的演变和发展是由观察、实验和推理相互作用的过程。

关于物理学与人类社会文明

关于物理学与人类社会文明

关于物理学与人类社会文明姜红沈阳师范大学物理科学与技术学院【摘要】物理学给人类提供了大量的物质财富,同时也提供了精神财富。

物理学的高技术和强渗透性也使之成为社会发展的重要推动力。

人类发展史各个阶段都都物理学的发展息息相关,物理学促进了各个领域科学技术的进步。

使人类的生产和生活发生了翻天覆地的变化。

没有物理学的发展就没有人类社会和文明的巨大进步。

【关键词】物理学人类社会文明物理学给人类提供了大量的物质财富,同时也提供了精神财富。

物理学的高技术和强渗透性也使之成为社会发展的重要推动力.百年之前,西方世界的“物理”开始统领“天理”、“地理”和“伦理”,现代文明始降于世。

迄今为止,“物理学”所创造出来的所有成果无不是人类“身体”某一部位的延伸和替代。

人造卫星、显微镜、望远镜、射天望远镜、电视等等是人类眼睛的延伸;雷达、电话等等是人类耳朵的延伸;汽车、轮船、飞机等运输工具是人类腿和脚的延伸;枪炮、导弹和火箭等等是人类胳膊和手的延伸;电脑和生物电脑是人类大脑的替代品;太阳能、潮汐能、核能、水能、风能、炸药等等成为人类体能的替代品;火星探测器、月球探测器、水下探测器、无人工厂中的机器人等等都成为整个人体的替代品;即便专门研究“人体”的现代医学离开了“物理学”也将不再成为现代医学,放射性疗法、伽马刀、X光透视、CT、B超等等各种医疗设备无一不是“物理学”的杰作。

西方文明正是通过“物理学”而控制了自然界乃至宇宙,从而进一步控制着近现代整个人类社会,控制着人类社会中每一个身体及其思想和欲望。

一、文明从野蛮中诞生,阿基米德,初建物理古时候人们就尝试着理解这个世界:为什么物体会往地上掉,为什么不同的物质有不同的性质,地球、太阳以及月亮这些星体究竟是遵循着什么规律在运动,是什么力量决定着这些规律。

人们提出了各种理论试图解释这个世界,然而其中的大多数都是错误的。

这些早期的理论在今天看来更像是一些哲学理论,像亚里士多德提出的理论,其中有些与我们日常所观察到的事实是相悖的。

第十二章20世纪初的物理学革命

第十二章20世纪初的物理学革命

第十二章20世纪初的物理学革命第一节电子、x射线和天然放射性的发现物理学革命首先是由电子、x射线和天然放射性的发现引起的。

20世纪的热电子的发射、光电效应的实验,进一步证明了任何原子都包含着电子的结论。

1.德国人伦琴:发现了x射线。

在医学方面取得了应用。

2.法国的贝克勒尔:发现了放射性。

3.与李夫人:发现了镭、铀等方射性元素。

4.新西兰科学家卢瑟福:发现了三种射线。

5.汤姆逊:证实了电子的存在,并测得电子的质量只有质子的1/1840。

十九世纪物理学的三大发现,电子、x射线、天然放射性,将质量和能量联系在一起。

三大发现猛烈的冲击着牛顿力学的物质、质量、能量、运动等基本概念。

第二节爱因斯坦的相对论太阳光之所以能传到地球,就是因为在太阳到地球的空间充满着以太,“以太”这个概念是由笛卡尔从古希腊的哲学中引入科学中来的,用它来代表一种充满宇宙,能够传递力的特殊的无重量的物质。

但以太究竟是什么,这一直是一个科学之谜。

1876年---1887年间,美国物理学家迈克尔逊和莫雷继续进行了搜索以太风的实验。

实验结果表明以太不存在。

1.迈克尔逊—莫雷:以太飘移实验。

2.爱尔兰物理学家菲兹杰业:在1889年提出了长度收缩的假说,他认为,静止长度最长。

3.荷兰物理学家洛伦兹:独立的提出收缩假说。

4.法国科学家彭加勒:引进了四维时空观念。

5.德国科学家爱因斯坦:一科学家革命家的姿态登上了物理学的论坛。

他一生最大的贡献就是相对论。

他在1905年发表的<论动体的电动力学〉一文中首先创立了狭义相对论。

狭义相对论的两条基本原理是:第一,对于任何惯性体系,即以匀速运动的体系,一切自然定律都适应。

也就是相对性原理。

第二,对于任何惯性系,自由空间中的光速都是相同的。

也就是光速不便原理。

光速不便原理是爱因斯坦提出的崭新见解。

狭义相对论的结论:1.同时性的相对性。

2.钟慢效应。

3.尺缩效应。

4.物体质量随速度变化。

5.质能相关。

狭义相对论揭示了既适应于低速运动的物体又适应于高速运动的物体的规律。

世纪之交的物理学革命——案例分析

世纪之交的物理学革命——案例分析

看完这个案例之后首先出现在我脑海的就是前段时间欧洲学者发现的“超光速粒子”。

它同19世纪80年代以后陆续发现的以迈克耳逊-莫雷实验和黑体辐射实验为代表的一系列重大试验结果一样,给科学界带来了巨大的震动。

而再欧洲研究者公布他们发现“超光速粒子”这个“耸人听闻”的结果后,历史再一次“重演”。

就如同案例中的那些实验结果被公布之后的科学界的反响一样——很多科学家都觉得这些实验所得到的结论是错误的。

直到爱因斯坦提出狭义相对论,科学界才有了比较同意的认识,那就是以牛顿万有引力为首的经典物理只是一个“相对真理”。

限于人们的认识,在“宏观低速”的情况下,经典物理是成立的,而当我们的参考系上升的“宏观高速”和“微观高速”时,量子力学就成了“真理”。

而限于当今人类的认识,在我看来,相对论和量子力学也不是绝对的真理,它只是人们在当今认识下的“相对真理”。

就像我的大学物理李雪春老师所说:一旦超光速粒子被证实确实存在,不是说相对论理论是错误的。

就如同相对论和量子力学的出现并不能证明经典物理是错误的,应为经典物理只是受制于当时人们的认知和科技水平所得出的“相对真理”,它是物体运动规律的一个极限(即宏观低速)。

所以即使超光速现象真的存在,也不能说相对论是错的,只能说相对论是限于当今科技水平的一种“相对真理”。

它是物体真实运动状态在近光速下的一种极限。

说了这么多个人的见解,下面是对案例的分析:19世纪80年代以后陆续发现的以迈克耳逊-莫雷实验和黑体辐射实验为代表的一系列重大试验结果之所以引起众多物理学家的不安的原因是当时的科学家受到当时的科学技术所限,错误的将经典物理学视为永恒不变的真理,忽略了人类认识的局限性,没有用发展的眼光看待真理。

而这些实验结果的出现说明了任何科学理论不可能一蹴而就,一成不变,随着科学实验的发展,理论必将进一步发展,甚至彻底更新。

而这些实验也揭开了近代自然科学的一页新篇章。

是人类社会从经典物理学走向现代物理的重要过程。

物理学革命和现代科学的产生

物理学革命和现代科学的产生

太阳光下
1. 1896年2月,贝克勒尔把感光片包在黑纸里放到太阳下,再把荧光物质的晶体压 在上面。
2. 他的设想是:太阳光照射晶体产生荧光,如果荧光中有X射线,那么它就能穿透 黑纸使底片曝光。
3. 果然,底片冲洗出来后,上面有了阴影。这证明有放射线穿透了黑纸,贝克勒尔 断定荧光确实放出X射线。
阴天
第五,原来认为质量和能量不搭界,现在放射性物质因能量 不断释放,质量也不断减小。
三大实验发现诱发了经典物理学危机
1. 三大实验发现打开了经典物理学的缺口 2. 三大实验发现猛烈地冲击着牛顿力学的物质质
量、能量、动量等基本概念,经典物理学中质 量守恒、能量守恒、运动定律等基本定律也面 临严峻考验。面对物理学危机,一些抱残守缺 的物理学家悲观失望,唯心主义趁虚而入。
相对于牛顿的经典物理学(力学)而言的; 量子论和相对论是现代物理学的两大支柱;
两大理论的提出者分别是: • 德国理论物理学家普朗克 • 美籍德国科学家爱因斯坦
爱因斯坦和量子理论的创始人普朗克
普朗克生于基尔。1879年普朗
克在慕尼黑大学获得博士学位后,先 后在慕尼黑大学和基尔大学任教。 1900年12月14日提出量子概念。由于 量子论创立,普朗克获得1918年诺贝 尔物理学奖。他的父亲是一位杰出的 法律教授。普朗克是德国人所具有的 最好品质的范例:诚恳、忠于职守, 他的业余爱好是音乐,在这方面表现 了专业艺术才干;另一项业余爱好是 他一直坚持到晚年的登山运动。
关于阴极射线本性的争论
1. X射线的发现起源于对阴极射线的研究,1856年德国盖斯勒放电管的发明为 研究真空放电现象提供了实验手段;1859年德国普吕克发现了放电管阴极发 出的绿色辉光,1876年德国戈尔茨坦指出绿色辉光是由阴极的某种射线引起 的,命名为“阴极射线”。

物理学发展史心得体会

物理学发展史心得体会

物理学的发展史归根到底其实就是人类劳动文明的一部发展史,劳动创造了人本身,而劳动是从创造工具开始的人类从开始制作第一把石刀的时候,就认识到它锐利的刃部可以集中较大的压力。

工具的进一步发展和改进,导致简单机械的出现,由于运输举重物的需要,逐步出现了杠杆,滑轮、斜面等装置。

由于古代生产水平的低下,人们对自然规律的认识除了直接的生产经验积累外,就是靠对自然界的观察和在这些观察经验的基础上进行的天才的直觉的思辨的猜测。

在这个时期,静力学包括简单机械、杠杆原理、浮力定律等首先有所发展。

在光学方面积累了光的直进、折射、反射、小孔成象、凹凸面镜等方面的知识,古希腊的欧几里德等的著作中也已经认识到光的直线传播和反射定律,并且研究了光的折射现象。

关于静电和静磁现象,发现了摩擦起电磁石召铁,先发明了司南, 以后又制成了指南针。

声学由于音乐的发展和乐器的制造,积累了不少乐律共鸣方面的知识等等。

关于物质世界的结构和相互作用, 人们提出了诸如原子论、元气论、阴阳五行说、以太等天才的假说, 这对后来物理思想的发展, 产生了深远的影响。

总之, 这个时期的物理学处于萌芽时期, 还没有从自然哲学中分化出来。

观察思辫是这个时期研究的主要方法。

与这种物理学状况相适应,在自然科学家中占统治地位的自然观,是原始的唯物论和朴素的辩证法。

而物理学大体上可以分为两个时期,一个是十九世纪前人类对声光热电力的研究的经典物理学时期,另一个是十九世纪后直至现在的人类对光子量子类的研究的现代物理学时期。

经典物理学经历了一段漫长的时期,由于生产的推动,物理学开始以神奇的速度发展起来。

刚刚在封建社会内部诞生的资产阶级,为了促进生产力的发展, 在文艺复兴的旗帜下,向封建专制制度和宗教神权的统治发动了一场历史上空前规模的政治、经济革命和思想解放运动。

自然科学就在这场伟大的进步的变革中得到突飞猛进的发展。

在中世纪,物理学和其他科学一样,是神学的侍女和奴婶。

哥白尼临死前, 用他的《天体运行论》向宗教神权打响了第一枪,物理学开始以飞快的速度发展起来了。

爱因斯坦的相对论与科学革命

爱因斯坦的相对论与科学革命

爱因斯坦的相对论与科学革命爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家之一,而他的相对论则被誉为科学史上的一场革命。

相对论的提出不仅颠覆了牛顿力学的经典观念,还在物理学领域引发了一系列的新发现和理论。

本文将探讨爱因斯坦的相对论对科学革命的影响,以及它如何改变我们对时间、空间和能量的理解。

1. 相对论的提出爱因斯坦的相对论由狭义相对论和广义相对论两部分组成。

狭义相对论于1905年提出,是对运动相对性原理和光的不变速度原理的推理结果。

它颠覆了牛顿力学中绝对时间和空间的观念,提出了时间和空间的相对性。

广义相对论于1915年提出,是对引力的新理论,它将物体在时空中的运动和引力统一起来。

2. 相对论的影响相对论的提出对科学界产生了深远的影响,首先是对牛顿力学的颠覆。

在牛顿时代,时间和空间被认为是绝对且独立的存在,而相对论却揭示了它们与运动的相对关系。

这一观点在物理学中引发了广泛的争议和探讨,同时也催生了一系列的新理论和实验。

其次,相对论对时间的理解进行了革命性的改变。

狭义相对论中的时间相对性表明,时间的流逝并不是绝对的,而是与观察者的运动状态相关。

这意味着不同的观察者可能会有不同的时间体验。

广义相对论则进一步将引力与时间联系在一起,揭示了时间在引力场中的扭曲效应。

这种观点在天体物理学和宇宙学研究中有着重要的应用。

此外,相对论对空间的理解也带来了革命性的影响。

狭义相对论中的空间相对性表明,空间的结构并不是固定的,而是与观察者的运动状态相关。

广义相对论进一步揭示了引力场对空间的影响,即引力的存在会导致空间的弯曲。

这一概念在黑洞研究和引力波探测中起到了重要的作用。

最后,相对论对能量的理解也产生了重要的影响。

狭义相对论中引入了质能等效原理,即质量和能量可以相互转化。

这个观念在核能研究和核武器的开发中起到了关键作用。

相对论还揭示了能量与引力的相互关系,即引力场可以影响能量的传递和转换。

3. 相对论的影响与意义相对论的提出不仅对物理学产生了深远的影响,也对人类的思维方式和世界观产生了重要的影响。

物理学革命及其影响

物理学革命及其影响

物理学革命及其影响到19世纪末,经典科学取得了前所未有的进步和成功。

在物理学领域,牛顿的力学体系一度被看作是对科学根本问题的最终解答。

以此为基础,人们统一了声学、热学、光学和电磁学,描绘出了一幅小到原子、大到宇宙天体的似乎是最终和一劳永逸的世界图景。

这样辉煌的成就,使不少科学家产生了一种错觉,认为物理学的大厦已经落成,物理学理论已接近最后完成,剩余的工作,只不过是把物理常数测得更精确些,把一些基本规律更加广泛和准确地应用到各种具体问题的解决中去。

然而,正当他们认为物理学已经达到了顶峰,并陶醉于这种“尽善尽美”的境界之中的时候,出乎意料地爆发了物理学的危机,这场危机是由以太漂移实验和对黑体辐射现象的研究引起的。

1887年,美国物理学家迈克耳孙(A.A.Michelson,1852~1931)和莫雷(E.W.Money,1836~1923)为了寻找地球相对于绝对静止的以太运动的“以太风”,进行了著名的以太漂移实验,但实验结果却同经典物理学理论的预言完全相反,这使得物理学界大为震惊。

同时,有关气体比热的实验结果也与能量均分定理发生了尖锐的矛盾。

这两个问题被英国物理学家开尔文即汤姆孙(W.Thomson,1852~1907)在1990年4月27日的英国皇家学会的讲演中称为物理学晴朗天空中的“两朵乌云”。

其实,在19世纪末,物理学中的一系列新发现——X射线、放射性物质以及电子的发现等,都已向传统的理论提出了严峻挑战。

总之,物理学恰恰在自己的高潮之中陷入了重重危机。

在科学发展的历史的转折关头,一些人由于受经典科学思想的束缚太紧,而且不懂得真理的相对和绝对的关系,思想陷人混乱和动摇之中。

然而,恰恰也是这个翻天覆地的时代产生了自己所需要的英雄和巨人,他们推波助澜,掀起了一场空前的物理学革命,把物理学由经典物理学阶段推进到现代物理学阶段,而相对论和量子力学就是这场物理学革命的最主要的成果,它们构成了现代物理学的两大理论支柱。

自然科学发展简史

自然科学发展简史

• 6. 著名的法国科学家皮埃尔·居里和他 的妻子玛丽·居里,经过多年的研究和实 验,发现了钍、钋、镭的放射性。
• 7. 电子、X射线和放射性现象,这三 大发现是19世纪末物理学的重要成就。 在此基础上,20世纪初产生了原子物理 学。
•…
8. 英国物理学家汤姆生,在证实了 电子的存在以后,于1904年,提出了他 关于原子结构的“面包夹葡萄干”的原 子模型。
• 1931年—1932年,人们第一次接收到宇宙射电 的信号,并在1936年研制成功射电望远镜,打 开了观测宇宙的又一个窗口。
量子力学建立以后,人们开始用量子力学的 原理来研究分子的微观结构,由此而产生了一门 新的学科----量子化学。
20世纪30年代,人们把量子力学的原理推广 到多原子分子的研究上来。建立了两种化学键理 论,它们是 价键理论和分子轨道理论 。
自然科学发展简史
一、20 世纪初的物理学革命
0. 1900年英国物理家凯尔文勋爵对物理学的展 望和新世纪物理学的新发展,电子、X射线、放 射性等的发现所带来的冲击与兴奋。 1. “电子”一词,最早使用在1891年,是英国 科学家斯托内在他的研究成果中提出的。电子是 人类发现的第一代基本粒子。 2. 1876年,德国物理学家戈德斯坦提出,玻璃 管壁上的辉光是由阴极产生的某种射线所引起的, 他把这种射线命名为阴极射线。
• 美国的费米和德国的哈恩发现了人 工核裂变反应,铀裂变时又放出中 子,形成链式反应,发出大量能量, 由此开始了原子能的利用。
• “宇宙射线”是天然的“实验室”
P252
• 第一,正电子的发现 • 第二,正负电子对与光子的相互转化 • 第三,介子的发现,日本的汤川秀树 • 费米的中微子
基本粒子
• 第一代基本粒子:光子、轻子、重子、 正负电子等,到1947年,约有14种。
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20世纪物理学革命的启示
回顾百年前发生的物理学革命是令人激动不已的,那一段时期发生的故事可以说是百听不厌,给我们的启示则是既深刻又发人深省的.
19世纪末,人类完全掌握自然规律来造福人类的梦想、似乎已经到了实现的边缘.1894年美著名科学家迈克尔逊兴高采烈的宣称:“尽管谁也不会轻率断言,未来物理科学再也不会提出什么使人惊奇的东西来,未来物理学的真理将在小数点后第六位寻找.”
然而物理学大厦却已经山雨欲来风满楼.1900年4月27日,开尔文勋爵在英国皇家学会上以“19世纪热和光的动力理论上空的乌云”为题的长篇演讲中指出:“动力学理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色.第一朵是地球如何通过本质上是光的以太这样的弹性固体而运动的,第二朵是麦克斯韦一玻耳兹曼关于能量均分的学说.”经典物理出现的这些灾难性的后果使被某些人认为已经完美无缺的经典物理大厦摇摇欲坠.1900年10月19日,普朗克凭他的丰富经验得出了一个与实验结果符合得天衣无缝的公式.随后的两个月工作,普朗克描述为:“经过一生中最紧张的几个星期的工作之后,我从黑暗中见到了光明,一个以前完全意想不到的崭新景象展现在我的眼前.”终于在12月14日,普朗克在“关于正常光谱能量分布定律的理论”为题的演讲中提出了能量只能以“能量子”.为最小单元作不连续变化.物理理论发生了一个巨大的跃变.过了5年,科学巨匠爱因斯坦闪亮登场,立即震惊世人.在1905年,他所完成的题为“论动体的电动力学”的论文发表在德国《物理学年鉴》的杂志上.成为物理学的一个里程碑.其中指出了“电动力学与光学定律也一定适用于对力学方程适用的坐标系.此外论文又列出了另一重要原理,即光速不变性.同年,爱因斯坦又在利用了两列反向传播的平面光波的假想实验作为开头,以严密的逻辑推理导出了著名的质能公式.由此狭义相对论成功地建立,以大学说被无情地抛到了历史尘埃之中.
同年,爱因斯坦在著名论文“关于光的产生和转化的一个试探性观点”中,发展了普朗克的量子假说,提出了光量子概念,成功解释了1887年赫兹就已经观察到的,经典物理无法理解的光电效应现象.进一步阐释了,不仅吸收或发射辐射时能量是一份份的,而且,辐射本身是量子化的.由于此项重大发现,爱因斯坦在1921年获得了诺贝尔物理学奖.
又过了8年,丹麦物理学家玻尔在(哲学杂志)上发表了著名的“三部曲”题名“原子构造和分子构造”——1、fi、Ill的3篇论文,取得了巨大的成功.完满地解释了30年之谜——氢光谱的巴耳末公式.并且成功地解释了元素周期表.把量子观念引人了原子.玻尔理论提出了一个动态原子结构轮廓,揭示了光谱线与原子结构的内在联系.在他发表论文3个月后的英国科学促进协会召开的年会上对玻尔的理论作出了肯定.称赞它为“对光谱线规津的一种最发人深思的……令人信眼的解释”.玻尔由于这一杰出的工作,获得了1922年诺贝尔物理学奖.
与此同时,爱因斯坦的思考并没有止步,他认为狭义相对论还有许多问题没有解决.刚刚经受住考验的狭义相对论,为什么一用到引力场中就遇到了矛盾?他感到极大的疑惑,他坚信自然界的和谐和统一.终于,有一天,他的脑子里突然闪出一个念头:如果一个人正自由下落,他决不会感到有重量.由此新的引力理论诞生了.又经过了几年,爱因斯坦又用柔性度规代替直线度规来度量时间,完成了广义相对论这一20世纪最伟大的创建.让我们再次回到玻尔.在玻尔获奖后一年,为庆祝玻尔的成就,世界物理学中心之一的德国哥丁根举行了玻尔节,玻尔应邀发表演讲,在听众中一位年仅20岁的大二学生海森伯怀着崇敬的心情来到演讲厅.一方面他体验到大师的演讲每个字都经过精推细敲,而且背后隐藏着深邃的思考.另一方面他初生牛犊不怕虎,面对物理大师,居然敢提出极具挑战性的问题.玻尔立刻感到问题击中要害,而且还包含一种不寻常的概念.会后他邀请海森伯外出散步,作颇为深入的讨论.后来,海森伯不止一次地说,这是他一生中最为重要的散步,决定他命运的散步.“我的科学生涯从此散步开始.”不久,玻尔邀请海森伯去哥本哈根工作一段时间,并让他住在哥本哈根大学理论物理研究所(1965年改名为玻尔研究所)的阁楼上.从此诞生了海森伯的名言:科学扎根与讨论.在海森伯与玻尔相遇10年后因创建量子力学而一人获得1932年诺贝尔物理奖.随后又经过了泡利.薛定谔、狄拉克、波恩等一批人的努力,终于发展成了一门20世纪最伟大的科学——量子力学.
爱因斯坦在相对论中抛弃了绝对的时空观.量子力学又否定了因果性和决定论.在物理学历史上堪称一场重大的革命.物理学不仅将人类对自然界的认识和领域不断推向更基本、更深层次,而且不断从中孕育新的科学思想和新技术,对于人类文明的昌明以巨大推动.
20世纪物理学的革命告诉我们:科学的每一次崭新境界的开辟,都必须要有敢于向旧理论旧思想说“不”的勇气.玻尔说过:“一个正确陈述的对立面是一个错误的陈述,而一个深刻真理的对立面则有可能也是一个深刻的真理.”爱因斯坦(1905年时26岁)、玻尔(1913年时28岁)正处于风华正茂的年代.年轻的心、沸腾的血和活跃的头脑使他们走了出来,带领海森伯等一批又一批的年轻人,勇敢地向旧理论旧思想挑战.在此期间每一个“不”字的出现都响彻云霄,宛如春雷一般.普朗克提出能量是“不”连续的;爱因斯坦不仅更深人地提出辐射也是不连续的;海森伯更是提出了量子力学中最关键的一个关系式即“测不准关系式”;此外华裔物理学家李政道.杨振宁,又向守恒说出了“不”,提出了“宇称个守恒”,每一个“不”字都带给物理学以飞跃,可见挑战孕育着创新,勇气孕育着力量,信心带来了成功.
科学的每一次重大的发现和突破的背后都隐藏着激烈的争论.其中最令世人注目的是爱因斯坦和玻尔旷日持久的世界性论战.爱因斯坦拒绝把量子力学接受为终极理论,并对以玻尔为代表的哥本哈根学派的正统解释发动了猛烈的攻击.这场争论使世人明白,量子力学的理论是非局域性的理论.它涉及到类空关系,即比光速还快的信号传播;而狭义相对论则是局域性理论.这场世界性和世纪性的科学争论,无疑对科学和哲学的发展产生了深远的影响.此外玻尔和海森伯的散步、普朗克和爱因斯坦的争论都对20世纪的物理学产生了极为深远的影响.讨论并没有完,现在在英国的牛津和剑桥,科学怪杰霍金和彭罗斯的讨论还在继续着,物理学还将有着重大发展,因为“科学扎根于讨论.”
科学神奇之树的每一次萌芽、成长、开花、结果都有孕育着它的科学土壤.1871年建立的卡文迪什实验室、1921年成立的哥本哈根大学物理研究所,1925年成立的贝尔实验室等等,都为物理学的发展提供了孕育之地.在这里特别要提一下哥本哈根理论物理研究所.在这里既有22岁当讲师、27岁当教授、31岁获得诺贝尔奖的海森伯,有作为“上帝的鞭子”不断地指出他人论文缺陷的泡利,有开玩笑不讲分寸的朗道,还有“几乎把画漫画和打油诗作为主要职业而把物理当成副业”的伽莫夫.哥本哈根大学的氛围使人感到繁忙、激动、活泼、热血沸腾、无拘无束、和蔼可亲、充满着挑战.在那里能聆听到大师们的演讲,在实验室、办公室、餐厅都有机会和大师们接触,在几次交谈讨论后,他们对你的水平、努力程度、业绩就一清二楚,你自己也就感到一种无形的压力,新的想法和努力方向就印在脑海中.哥本哈根大学的精神已成为物理学界最宝贵的精神财富.科学那漫长、艰辛、曲折的道路上不无年轻人的贡献和创举.爱因斯坦26岁提出光量子和狭义相对论;玻尔28岁提出原子量子论;薛定谔、海森伯.泡利创建量子力学时分别是37岁、24岁和25岁;狄拉克25岁完成相对论量子力学;汤川秀树28岁建立核力基础理论;朝永振一朗36岁、施温格28岁.费曼29岁完成量子电动力学的基础理论;李政道30岁、杨振宁34岁发现宇称不守恒;格拉肖29岁.温伯格34岁统一了电磁作用与弱作用.可见青年时代是一个人的黄金时代,年轻人那活跃的头脑、年轻的血液、开拓的精神是人类社会飞速发展的宝贵财富,我们中国的未来、民族的振兴无不需要年轻人的力量.
21世纪的钟声已离我们远去,作为世界上仅存的文明古国的中国,5000年的灿烂文化已不能使我们傲视诸国.50多年的奋发与图强,还掩饰不住科技的落后,我们的路还很漫长.两弹一星、长征火箭发射、神州号升空、a磁谱仪的建造、基因组的测序,我们正在努力着.
面对新世纪,我们惟一的对策便是“科教兴国”,“创新、创新、再创新”.。

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