物理学与人类文明进步

1900
42岁的普朗克 （M Planck）， 为解释黑体辐射 谱，提出量子论
1902年, 勒纳德得到光电效应的基 本规律, 发现 电子的最大速度与光 强无关. (勒纳德, P. Lenard, 1862-1947, 德国物理学家, 1905年 因对阴极射线的研究获诺贝尔物理 奖)
1905
26岁的爱因斯坦，提出狭义相对 论，用光量子解释光电效应
‘伊诺拉 盖伊’飞机，‘小男 孩’，4082公斤，长3.05米，径 0.711米，10公斤铀235，1.25万 吨TNT，死7.1万，伤6.8万，12平 方公里，5万建筑
1896年, 贝克勒尔发现放射性. (贝克 勒尔, H. A. Becquerel, 1852-1908, 法国物理学家, 1903年同居里夫妇 一 起 获诺贝尔奖.)
1897年, 汤姆生发现电子. (J. J. Thomson, 1856-1940, 英国物理学家, 1906年获诺贝尔物理奖.)
在微观领域内，已经深入到基本粒子的亚核世界（10-15 厘米），并建立起统一描述电磁、弱、强相互作用的标准 模型，还引起了人们测量观、因果观的深刻变革。 在宇观领域内，研究的探针已达到1028 厘米的空间标度和 1017 秒的宇宙纪元；广义相对论的理论预言，在巨大的时 空尺度上得到了证实，引起了人们时空观、宇宙观的深刻 变革。 在宏观领域内，关于物质存在状态和运动形式的多样性、 复杂性的探索，也取得了突破性的进展。
在科学技术发展的推动下，物理学将加速地 发展和分化，增强各个分支之间的交叉和非 线性作用，导致更为广泛和深刻的综合。 物理学作为精密科学，探索视野广阔、研究 层次的广谱、理论适用广泛，仍将发挥其中 心科学和基础科学的作用。 将不断地推出新思想、新原理和新方法。 孕育出功能奇特、威力巨大的新技术，成为 新技术和新兴产业部门的源泉和生长点。
引力物理 广义相对论是对引力的最成功的描述， 不仅把物理几何与非欧几何相联系， 而且把时空结构与物质运动彻底结合 起来，揭示了时间与空间的实在性， 形成了时空与物质的完整性理论。
广义相对论的实验检验 落后于理论成果。
近二十多年来，射电和雷达天文学的 技术进步，精确跟踪太阳系飞船能力， 检验引力理论的技术的提高。 引力波的存在，60 年代得到理论上 的肯定；对脉冲双星PSR1913+16 运 动的长期观测，已为人们提供了印象 深刻的引力波存在的证据。人们期望， 在最近十年二十年内，引力波可能被 探测到。
伟大、深刻，赢得尊敬 真诚、坦白，激起热爱
战后物理学
深入原子内部，探索物资的基本结 构、对称性和相互作用力。 相对论和量子力学结合成量子场论、 量子电动力学
近代物理的诞生
导致微电子、激光、光纤、微 光电子、核动力、核分析、医 学图像、纳米等技术的发展
20 世纪以来，物理学理论的发展，在三个层次上把人类对 自然界的认识推进到了前所未有的深度和广度。
非线性动力学、非平衡统计和热力学、 不稳定性（如湍流）、混沌等研究领域， 过去二三十年的探索已经提出了许多问 题。在未来的几十年里，为寻求这些问 题的答案所作的努力，一定会伴随着更
多奇特的新现象的发现。
物理学在其他学科中的应用
50年代，X射线用于生物大分子结构分析，发 现DNA双螺旋结构 核放射分析技术，成功应用于生物学研究 CT、MRI、PET、基因芯片、激光、超声、 微波广泛用于医疗和生物研究 中子衍射确定原子核位置和运动，探测物体内 应力分布，判定物资结构 同步辐射光源研究材料性能、结构、化学反应 过程、生物细胞活动 超导器件用于地质探矿、研究生物体磁性变化
它们直接或间接与物理学的发展有关
50 年代以来，物理学发展庞大的学科群
高能物理（粒子物理） 原子核物理 等离子体物理 凝聚态物理 原子分子物理 光物理 声学 计算物理 理论物理 其他分支学科
物理学内部各个分支学科的渗透和 交叉，物理学和化学、生物学、材 料科学、天文学等其他学科的渗透 和交叉，又产生了许多新的、富有 生命力的边缘学科，形成了众多极 有发展前途的科学前沿。
物：我们生存的世界，物质、时 间、空间 理：客观规律
知己知彼，了解自然，利用自然， 推动人类文明进步
从17世纪开始，物理学一直处于科 学研究最活跃的前沿
任何真正的科学，随生产发展、社会 进步而产生推动社会进步 元前的耕地，欧氏几何 西方的文艺复兴，资本主义兴起 牛顿力学 工业革命，热力学 麦克斯韦电动力学
物理科学的诞生和发展，几乎与人类认识自 然和利用自然的历史共久远；未来物理学的 发展，仍将与人类文明的进步共生同行，
以研究物质结构和运 动在各个层次上的基 本规律，提出新概念、 建立新理论为目标的 物理学理论研究，将 始终处于整个自然科 学发展的前沿。
中国是世界上文明发达最早的国家之一，对 人类文明和科学的发展作出过巨大的贡献。 在物理学领域内，中国也曾以丰富的成果领 先于世界一千多年。但是近代自然科学却没 有出现在这个历史悠久的国度，中国现代自 然科学仍然处在落后的地位。这一迟滞现象 自有其深刻的社会根源、历史根源和认识根 源。
古典物理学应用于社会生产和技术取得 了非凡的成功人类社会以空前的速度向 前发展，物理学起到巨大作用。
蒸汽机、电气 化、汽车、电 磁波与通讯、 航空、火箭技 术与航天
20世纪末，古 典物理学及其 衍生学科做出 了一系列重要 贡献
1926
实现电视 图象传输
1928
跨大西洋的图 象无线传输
1930
看看外面的物理世界
LEP 27 公里, 200GeV正负电子对撞机 探索轻子：电子、夸克、…
物理也是一把双刃剑
39年，爱因斯坦上书 罗斯福，研制原子弹 41年，罗批准 43年，成立‘原子弹 研究所’ 45年7月16日，新墨西 哥，阿拉莫可德沙漠试 爆
广 岛 一 九 四 五 年 八 月 六 日
光物理学 激光问世以来的三十多年里，光学的面貌发生 了深刻的变化。激光物理、非线性光学、高分 辨率光谱学、强光光学、量子光学等学科正日 趋成熟。 孕育着光子学、超快光谱学和原子光学等新的 分支学科。 对生命科学、生物学、激光化学等领域的突破， 以及光学、光电子、光通讯等高技术产业的发 展，起到关键性的先导与推动作用。
狭义相对论（1905） 广义相对论（1916） 量子论（1900-1925）
两个半属于爱因斯坦的贡献
世界物理年，相对论100周年 相对世论界改物变理年了，对宇宙的认识，现代物理学 基础 1905年，5篇论文，三个内容，百年物理 革命
光量子与光电效应 热的分子运动 狭义相对论，E=mc2
两句名言： 当一只甲虫沿弯曲树爬行，我知道它是弯的。 小时迟钝，成年考虑时、空，当然更深。
原子分子物理是微观世界的第一个层次， 其发展直接或间接地推动了电子学和电 子产业、光电子学和激光产业的诞生和 发展，还形成了量子化学、分子反应动 力学、分子生物学和分子天文学等一批 交叉学科。原子分子激发态结构和动力 学理论的研究最活跃的领域。这一学科 的发展，推动科学技术发展、社会进步， 提高国防能力。
‘学好数理化，走遍天下都不怕’ 已成过去？ 其他世界更精彩？
缺乏原始创新，物理灵感？ 大量进口工程软件，物理基础？ 设计不了独立产权产品，物理思路、 构想？ 用软件，不明白物理意义？
爱因斯坦给我们的启迪：
环境的艰难，默默忍受，在逆境中前进。 追求真理，永不停息。 把科学变成人类共同拥有的财富。
物理学发展的动力：
首次提出火箭 发动机专利
1938
基于硒在光照下
变成良导体， XEROX公司应 用它制成第一台 复印机
1939
实现调频广播
1949
用X射线分析青霉 素晶体结构
1957
人造卫星上天
பைடு நூலகம் 1958
B超在医学上应用
1960 载人航天
1967
家用微波炉上市
1969
人类登上月球
1997
无人探测车登上火星
二十世纪的科学 发展特点
基础研究推动前所未有的技术成果出现，即高科技成 果，如： 通讯、网络、电脑、交通等 改善生活质量， 提高健康水平
2000年美国工程院认为 20世纪20次最伟大工程
电气化、汽车、飞机、自来水系统、微电子 无线电广播和电视、农业机械化、计算机、电 话、空调和冰箱 高速公路、卫星、因特网、摄影、家用电器 医疗技术、石油和石油化工、激光和光纤、核 技术、高性能材料
在实践方面
现代物理学的发展导致了原子能的释放和应用，导 致了半导体、光通讯等新兴工业的崛起，为激光技术、 新材料研制、新能源开发开辟了新的技术途径，并推 动了计算机革命的进展。 现代物理学在推动能源科学、空间科学、材料科学、 信息科学、环境科学、海洋科学的发展中起到了关键 性的作用，成为20 世纪下半叶以来蓬勃发展的现代科 学技术革命的重要科学基础。 现代物理学以新兴高技术群为中介向生产力的转化， 极大地改变了人类的生产方式和生活方式，成为推动 现代社会发展的重要杠杆。
核物理随着核探针能量和种类的增加，核物理学在 新的自由度和新的层次上不断取得新成果。对非核 子（特别是夸克）自由度、更高能量自由度、质子中子比自由度、角动量自由度的研究，将是今后的 一个重要方向。特别是80 年代末出现的放射性核束， 使核反应探针在核 素图上从稳定核素发展 到不稳定核素。远离稳 定线的新核素，特别是 滴线核以及超重核、奇 特核的合成和研究，将 会对原子核物理学的发 展起到积极的推动作用。
高能物理的研究，向着更小尺度、更快时间、 更强的相互作用、结构更为复杂的体系过渡。
粒子物理学中的“标准模型”理论，被认为 是迄今为止最有效的一个唯象理论，但是这 个理论仍然存在着许多基本的疑难问题有待 解决。粒子质量的来源，夸克和轻子更深层 次的特征标度，标准模型更深层次上的基本 规律等，都是今后主要的研究领域。寻找超 出标准模型的新理论，是高能物理探索的一 个重要任务。
19世纪末物理学面临矛盾
光速与地球运动无关，形成电动力学与牛顿 力学的矛盾
电动力学观点：带电粒子构成原子，必然不 稳定
原子光谱不仅有连续部分，还有分离的线谱 发现放射性（1896），镭衰变为钋（1898），
原子不再是不可破坏的稳定结构
人们在物理学上的努力
1895年, 伦琴发现X射线. (伦琴, W. C. Rontgen, 1845-1923, 德国物理 学家, 1901年获首届诺贝尔物理学奖)
相对论和量子力学两大发现从根本上突 破了古典物理学局限
1913
玻尔在原子模型 中引入量子化条 件，电子在原子 中运动的轨道必 须满足量子化条 件，解决了原子 稳定性问题和线 状光谱现象
爱因斯坦对现代物理的贡献
爱因斯坦诞生于德国乌尔姆，人类历 史上继牛顿之后的最伟大的物理学家， 现代物理学有三大支柱：
凝聚态物理研究复杂多体系统，是物理学研 究中最活跃领域。正在对其他学科产生了重 大影响；诱发的高新技术进展，对人类生活 产生影响。高性能的新材料、超导、磁、表 面物理、固态发光物理、液态物理、生命现 象中的物理问题、极端条件下的物理等研究。
等离子体物理
认识宇宙、控制地球环境变化、 以及最终解决能源问题的基础 和保证。 很多新技术与新应用的发展途 径：热核聚变等离子体、空间 等离子体、天体等离子体和技 术与高技术等离子体的研究。
以广义相对论为基础的大爆炸宇宙模型，已 经得到越来越多的观测上的支持，但存在着 基本的困难。近年提出的暴胀宇宙学方案， 不仅能在奇点问题、平直性问题、视界问题 与唯一性等问题上克服大爆炸理论的困难， 而且还由于它涉及到普朗克尺度的极早期宇 宙图景，一个全新的量子引力理论将由此诞 生，而且人们所期望的四种基本相互作用的 大统一，也将有可能在这一阶段相关的能量 标度上变得明显。对极早期暴胀宇宙的量子 引力理论的研究，受到世人瞩目。
外部：社会经济需求的牵引 内部：为人类强烈追求对宇宙和物质结构 的运动认识推动
两种动力都不会停止推动物理学发展
人们对物理学的提问：
质量如何产生？ 最基本的物资形态？暗物资？ 真空的结构和对称性？ 量子力学是最终的理论吗？ 宇宙和时空如何起源？是否存在多个宇宙？ 宇宙的结构和发展命运是唯一决定的吗？