近代物理学发展史发展研究论文

近代物理学发展史发展研究论文
摘要：
经典力学，经典电动力学，经典热力学形成物理世界三大支柱。

它们紧紧结合在一块，构建起一座华丽而雄伟的殿堂。

物理学家甚至相信：这个世界的基本原理都已被发现，物
理学已尽善尽美，已经走到了尽头，再也不可能有任何突破性的进展，如果说还有什么要
做的事，那就是在一些细节上进行补充与修正。

新的物理结论代替旧的物理结论也是必然，没有一种理论可以说绝对完美，即使我们提出的理论在完美，也终会有受局限的一天，所
以我们没有必要一定要提出十分完美，别人永远攻不破的理论，我们要做的只是使物理大
厦更加完善，所以我们要做只是努力向前看!
物理学的开端源溯深远，但若说物理学真正意义上的征服世界还是在19世纪末，他
的力量控制着一切人们所未知的现象。

古老的牛顿力学城堡历经岁月磨砺风雨吹打依旧屹
立不倒，反而更凸显他的伟大与坚固。

从天上的行星到地上的石头，万物皆毕恭毕敬的遵
循它的规律。

1846年海王星的发现更是它取得的伟大胜利之一。

光学方面，波动论统一天下，神奇的麦式方程完美的诠释了这个理论并将其扩大到整个电磁领域。

热学方面，热力
学三大定律已基本建立，而在克劳修斯，范德瓦尔斯的努力下，分子动理论和统计热力学
成功建立。

当然，更令人惊奇的是这一切似乎都彼此包含，形成了以经典物理联盟。

经典力学，
经典电动力学，经典热力学形成物理世界三大支柱。

它们紧紧结合在一块，构建起一座华
丽而雄伟的殿堂。

那当然是一段伟大而光荣的日子，是经典物理的黄金时代。

科学的力量从这一时期开
始才真正变得如此强大，如此令人神往。

我们认为自己已掌握了上帝造物的奥秘，在没有
遗漏，我们所熟知的一切物理现象几乎都可以从现成的物理理论里得到解释。

力，热，声，光，电等等一切的一切，似乎都被同一种手法控制。

物理学家甚至相信：这个世界的基本
原理都已被发现，物理学已尽善尽美，已经走到了尽头，再也不可能有任何突破性的进展，如果说还有什么要做的事，那就是在一些细节上进行补充与修正。

一位著名的科学家说：“物理学的未来，将在小数点第六位后面去寻找.。

”而普朗克的导师甚至劝他不要浪费
时间去研究这个已经高度成熟的体系。

但历史再次体现了他惊人的不确定性，致使19世纪物理世界所闪烁的金色光芒注定
只是昙花一现，而那喧嚣一时的空前繁盛的经典物理终究要像泡沫那样破败凋零!
其实，今天回头来看，赫兹1887年的电磁波实验的意义远比实际得出的结论复杂而
深远。

它一方面彻底的建立了电磁理论，为经典物理的繁荣添加了浓重的一笔;另一方面，它又埋下了促使经典自身毁灭的武器，孕育了革命的种子。

当赫兹在卡尔斯鲁厄大学的那
件实验室里通过铜环接收器的缺口爆发的电火花证明电磁波存在时，还发现了一个奇怪的
现象：当有光照射到这个缺口上时，似乎火花出现的更容易一些。

显然赫兹是伟大的，他甚至为这个现象写了专门的论文，但不幸的是这并没有一起太
多人的注意，更没有人会想到这样一篇论文的真正意义。

或许甚至连赫兹自己都不知道，
量子存在的证据就在他眼前，几乎触手可得!不过，或许是量子的概念太过爆炸性，太过
革命性，命运冥冥之中将它安排在新世纪出现。

只可惜赫兹走得太早，没能亲眼看到它的
诞生，也没能目睹它究竟给这个世界带来怎样的变化!
但该来的终究会来，在经典物理还没来得及多多体味一下自己的盛世前，一连串意想
不到的事情在19世纪的最后几年连续发生，仿佛是一个不祥的预兆：
1895年，伦琴发现了X射线。

1896年，贝克勒尔发现了铀元素的放射现象。

1897年，居里夫妇研究了放射性并发现了更多的放射性元素如钋，镭。

1898年，汤姆逊研究了阴极射线后认为它是一种带负电的电子流。

1899年，卢瑟福发现了元素的嬗变现象。

如此多的新现象的涌现，令人眼花缭乱的同时，让人开始觉得不安。

虽然经典物理的
大厦依然耸立，依然那么雄伟，一眼看起来牢不可摧。

但天边这小小的乌云，虽然不起眼，却给人一场暴风雨将至的感觉。

事实上这种感觉十分准确，随着乌云的扩大，量子力学与
相对论相继诞生，经典力学的大厦就此轰然倒塌。

有人说物理学学到最后清一色是在学哲学，那么以哲学观点：新事物代替旧事物是一种必然!新的物理结论代替旧的物理结论也
是必然，没有一种理论可以说绝对完美，即使我们提出的理论在完美，也终会有受局限的
一天，所以我们没有必要一定要提出十分完美，别人永远攻不破的理论，我们要做的只是
使物理大厦更加完善，所以我们要做只是努力向前看!
在这个时期建立了光的反射定律和折射定律，奠定了几何光学的基础。

同时为了提高
人眼的观察能力，人们发明了光学仪器，第一架望远镜的诞生促进了天文学和航海事业的
发展，显微镜的发明给生物学的研究提供了强有力的工具。

荷兰的李普塞在1608年发明了第一架望远镜。

开普勒于1611年发表了他的著作《折
光学》，提出照度定律，还设计了几种新型的望远镜，他还发现当光以小角度入射到界面时，入射角和折射角近似地成正比关系。

折射定律的精确公式则是斯涅耳和笛卡儿提出的。

1621年斯涅耳在他的一篇文章中指出，入射角的余割和折射角的余割之比是常数，而笛卡儿约在1630年在《折光学》中给出了用正弦函数表述的折射定律。

接着费马在1657年首
先指出光在介质中传播时所走路程取极值的原理，并根据这个原理推出光的反射定律和折
射定律。

综上所述，到十七世纪中叶，基本上已经奠定了几何光学的基础。

关于光的本性的概念，是以光的直线传播观念为基础的，但从十七世纪开始，就发现
有与光的直线传播不完全符合的事实。

意大利人格里马第首先观察到光的衍射现象，接着，胡克也观察到衍射现象，并且和波意耳独立地研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹，这些都
是光的波动理论的萌芽。

十七世纪下半叶，牛顿和惠更斯等把光的研究引向进一步岁展的道路。

1672年牛顿完成了著名的三棱镜色散试验，并发现了牛顿圈但最早发现牛顿圈的却是胡克。

在发现这些
现象的同时，牛顿于公元1704年出版的《光学》，提出了光是微粒流的理论，他认为这
些微粒从光源飞出来。

在真空或均匀物质内由于惯性而作匀速直线运动，并以此观点解释
光的反射和折射定律。

然而在解释牛顿圈时，却遇到了困难。

同时，这种微粒流的假设也
难以说明光在绕过障碍物之后所发生的衍射现象。

惠更斯反对光的微粒说，1678年他在《论光》一书中从声和光的某些现象的相似性出发，认为光是在“以太”中传播的波.所谓“以太”则是一种假想的弹性媒质，充满于整
个宇宙空间，光的传播取决于“以太”的弹性和密度.运用他的波动理论中的次波原理，
惠更斯不仅成功地解释了反射和折射定律，还解释了方解石的双折射现象.但惠更斯没有
把波动过程的特性给予足够的说明，他没有指出光现象的周期性，他没有提到波长的概念.他的次波包络面成为新的波面的理论，没有考虑到它们是由波动按一定的位相叠加造成的.归根到底仍旧摆脱不了几何光学的观念，因此不能由此说明光的干涉和衍射等有关光的波
动本性的现象.与此相反，坚持微粒说的牛顿却从他发现的牛顿圈的现象中确定光是周期
性的. 综上所述，这一时期中，在以牛顿为代表的微粒说占统治地位的同时，由于相继发
现了干涉、衍射和偏振等光的被动现象，以惠更斯为代表的波动说也初步提出来了，因而
这个时期也可以说是几何光学向波动光学过渡的时期，是人们对光的认识逐步深化的时期.
近代光学发展简史-波动光学时期
19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝干涉现象。

菲涅耳于1818年以杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们
所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直
线传播。

在进一步的研究中，观察到了光的偏振和偏振光的干涉。

为了解释这些现象，菲涅耳
假定光是一种在连续媒质以太中传播的横波。

为说明光在各不同媒质中的不同速度，又必
须假定以太的特性在不同的物质中是不同的;在各向异性媒质中还需要有更复杂的假设。

此外，还必须给以太以更特殊的性质才能解释光不是纵波。

如此性质的以太是难以想象的。

1846年，法拉第发现了光的振动面在磁场中发生旋转;1856年，韦伯发现光在真空中的速
度等于电流强度的电磁单位与静电单位的比值。

他们的发现表明光学现象与磁学、电学现
象间有一定的内在关系。

1860年前后，麦克斯韦的指出，电场和磁场的改变，不能局限于空间的某一部分，而是以等于电流的电磁单位与静电单位的比值的速度传播着，光就是这样一种电磁现象。

这
个结论在1888年为赫兹的实验证实。

然而，这样的理论还不能说明能产生像光这样高的频率的电振子的性质，也不能解释
光的色散现象。

到了1896年洛伦兹创立电子论，才解释了发光和物质吸收光的现象，也
解释了光在物质中传播的各种特点，包括对色散现象的解释。

在洛伦兹的理论中，以太乃
是广袤无限的不动的媒质，其唯一特点是，在这种媒质中光振动具有一定的传播速度。

对于像炽热的黑体的辐射中能量按波长分布这样重要的问题，洛伦兹理论还不能给出
令人满意的解释。

并且，如果认为洛伦兹关于以太的概念是正确的话，则可将不动的以太
选作参照系，使人们能区别出绝对运动。

而事实上，1887年迈克尔逊用干涉仪测“以太风”，得到否定的结果，这表明到了洛伦兹电子论时期，人们对光的本性的认识仍然有不
少片面性。

光的电磁论在整个物理学的发展中起着很重要的作用，它指出光恶化电磁现
象的一致性，并且证明了各种自然现象之间存在这相互联系这一辩证唯物论的基本原理，
使人们在认识光的本性方面向前迈进了一大步。

在此期间，人们还用多种实验方法对光速进行了多次测定。

1849年斐索
A.H.L.Fizeau，1819--1896运用了旋转齿轮的方法及1862年傅科J.L.Foucault，1819--1868使用旋转镜法测定了光在各种不同介质中的传播速度。

近代光学发展简史-量子光学时期
19世纪末到20世纪初，光学的研究深入到光的发生、光和物质相互作用的围观机制中。

光的电磁理论主要困难是不能解释光和物质相互作用的某些现象，例如，炽热黑体辐
射中能量按波长分布的问题，特别是1887年赫兹发现的光电效应。

1900年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。

他认为各种频率的电磁波，包括光，只能以各自确定分量的能量从振子射出，这种能量微
粒称为量子，光的量子称为光子。

量子论不仅很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布
的规律，而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。

量子论不但给光学，也
给整个物理学提供了新的概念，所以通常把它的诞生视为近代物理学的起点。

1905年，爱因斯坦运用量子论解释了光电效应。

他给光子作了十分明确的表示，特别指出光与物质相互作用时，光也是以光子为最小单位进行的。

1905年9月，德国《物理学年鉴》发表了爱因斯坦的“关于运动媒质的电动力学”一文。

第一次提出了狭义相对论基本原理，文中指出，从伽利略和牛顿时代以来占统治地位
的古典物理学，其应用范围只限于速度远远小于光速的情况，而他的新理论可解释与很大
运动速度有关的过程的特征，根本放弃了以太的概念，圆满地解释了运动物体的光学现象。

这样，在20世纪初，一方面从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光
是电磁波;而另一方面又从热辐射、光电效应、光压以及光的化学作用等无可怀疑地证明
了光的量子性——微粒性。

光和一切微观粒子都具有玻璃二象性，这个认识促进了原子核
和粒子研究的发展，也推动人们去进一步探索光和物质的本质，包括实物和场的本质问题。

为了彻底认清光的本性，还要不断探索，不断前进。

【摘要】应用物理学是建立在古老物理学上的一个相对年轻的专业，但在近年来发
展十分迅速。

研究它的发展历史有助于我们更好的将基本的物理学理论性的基本规律、实
验方法、最新的物理成果运用与实际。

转化为现在所需要的实用生产力，再从实践反馈的
信息中反过来推动理论物理学的研究，本文就物理应用在不同物理历史时期中扮演的角色
来看应用物理的发展历史，简述应用物理发展的必然性和重要意义。

【关键词】应用物理学;发展
1 应用物理的起步和发展
在古时候，虽然人们对自然界中事物的认识只依靠直觉和思辨性猜测，但是此时已经
有了物理知识的应用。

从刀耕火种之中就能看到物理力学的基本应用，由此可见应用物理
在生活中的普遍性，以及应用物理发展的必然性。

这个时期，得到较大发展的是与生产实
践密切相关的力学，诸如静力学中的简单机械、杠杆原理等在农业和狩猎之中有广泛的应用。

在该过程中很多的经典物理理论得到实践。

而后的时期中更是有了电磁学在实际生活
中的应用和发展，指南针就是电磁学方面应用于实际生活的重要代表作。

声学方面，唐朝
的编钟闻名世界，优美的音律让人们能更好的享受生活。

自古时候到近代，总可以在现实
生活中看到物理学的应用，这就是最初期的应用物理的起步和发展。

在应用物理没有成为
专门化的学科时，它早已经融入了人们生活的点点滴滴，贯穿于生活的每个角落。

2 应用物理在经典物理学时期的发展和贡献
15世纪末，在资本主义生产关系发展的过程中，生产和技术得到了更大的发展。

近代自然科学在该时期特定历史需求下诞生了。

物理学增加了系统的观察实验和严密数学演绎
相结合的研究方法。

引发了17世纪在物理天文学和力学方面的大发展。

牛顿建立力学体系，开启了近代物理学的大门。

到了18世纪时期，应用物理在资本主义生产关系中有了
突破性的进展，瓦特改良的蒸汽机大大的提升了工业革命的进程，出现了发明和使用机械
大时代。

如尔顿于1814年英国人史蒂芬孙发明蒸汽机车;玻尔兹曼，吉布斯等创建了统计
物理学，使得热机的效率得到了很大的发展，结束了二类永动机的辉煌时期。

在18世纪
应用物理的发展也使机械论的自然观成为当时物理学的主导思想。

19世纪，物理学得到了快速和重大的进展，不同领域之间的联系不断被挖掘出来。

如新数学方法与物理研究不断
联系，并建立了热力学、分子运动论、波动光学、经典电磁场理论等完整的理论体系。

从
奥斯特发现在实验中发现了电流的磁效应，到安培提出分子电流假设，再到电磁感应定律
的发现，最终麦克斯韦总结出的位移电流假定，创建一套完整的电磁理论体系。

同期的应
用物理也取得了重大的发展，从第一台电动机的制作，到电力工程、电磁通讯的迅速发展。

无疑是应用物理在历史中的逐步登台，应用物理正从现在中的平民角色变为更为人们熟知
的明星形象。

应用物理的重要性正在不断的凸显，在历史的科技生产和日常生活中占有了
更加重大的地位。

3 物理应用指出了近代物理的不完备性
18世纪在统计力学和热力学及麦克斯韦电磁场理论的建立后，经典物理学发展达到一个历史的至高点。

经典物理学取得了比之历史看来十分突出的成绩，令不少当时的物理学
家萌生了一种错误的认知：物理学的知识已经完备，物理学最基本的、核心的问题都得到
了应有的解决，只有需要更深层次细化和需要深入研究的问题在细节上需要作出一小部分
的补充和修整，从而令已有的公式更加的贴近最真实的物理本质。

但在19世纪，生产技
术的发展，随着各种精密、大型仪器的制作，研究对象由宏观到微观、从低速到高速，并
不断的触及到神秘的宇宙和物质内部的结构。

让人们对宏观世界的认识，发生了巨大的转变。

在物理应用于现实的过程中，在进行科学实验时发现了一些不能用当时经典物理学解
释的现象。

从开始的电子、X射线和放射性现象被人们所发现。

到黑体辐射的“紫外灾难”和无结果的“以太漂移”。

此类与经典物理学的基本理论和基本概念有强烈的冲突的实验，使传统的经典物理学观念受到了重大的质疑，这正是物理应用引起的物理学的一场新的历
史进程。

在矛盾被提出后爱因斯坦提出了相对论;相继的薛定谔、海林堡等物理学家提出
了量子力学的观点，由此结束了经典物理学深受质疑的局面，将理论物理学提升到了一个
新的高度。

在该物理学理论性提升的过程中，物理应用起着不可忽略的作用。

正是将理论
付诸于应用才将理论深层次的不完备性挖掘出来，进一步推动物理学的理论化进程。

4 应用物理专业化的正式确立
4.1 正式确立
在十九世纪末期，二十世纪初期随着物理学的不断发展，核技术的逐步崛起，此时应
用物理作为一个领域从整体物理中被专门挑选出来，相对于更加注重结合数学的理论研究
的物理专业而言，应用物理更注重理论在现实生活中的实际运用。

确立了应用物理的地位，表明了对应用物理态度的改变。

是应用物理正式走向专业化的标志。

在20世纪以来应用
物理在航空航天、电子电信、声、光等基础开发和应用中取得了巨大成就。

4.2 独立化意义
应用物理在现在的应用面不断拓宽，在医疗、宇航、新能源开发等方面都有广泛应用，在人们生活水平不断提高的当代，在发展新型能源的今天，人们对医疗条件和能源供应有
了更深层次的要求。

应用物理的重要性日益明显，只有不断发展应用物理才能满足当代人
们的生活需求。

曾经的蒸汽机极大程度的解放了劳动力，电子通信的发展拉近了人们的距离，让一个个新兴娱乐产业萌芽，极大的加速了经济的发展。

在现有的科技水平上不断的
发展应用物理才能加速一个时代的进步。

5 应用物理学未来发展展望
就应用物理的发展来说在这里引用物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁前辈的一句话来说：“今后二十物理学的成就会远远不及100年前，每一门学科的发展都是有起伏的。

未来相
当一段时间，物理学不会在理论上有大的突破，此时的物理学很多新领域出现了，为我们
打开了很多门，每一个门走进去都能大有作为。

”无疑应用物理就是这样的一个新领域，
在理论无法取得重大突破的现在，应用物理在各方面取得的成绩是可喜的。

在物理理论近
乎停滞的近些年，各国相继在应用物理的指导下将各种航天器送入太空，不断的探索宇宙
的奥秘。

在信息传递方面不断的革新，将信息的传递变得简单化和便捷化。

从巨型的计算
机到mini iPad，每一次的进步都带来了更大的惊喜。

应用物理的研究方向是顺应历史需
求的，就应用物理今后的进程很多学者有自己的理解，就当前时代的需求：对宇宙的开发。

新型航天器的研发将会是每一个国家努力的方向。

再次应新时代能源的需求，核反应进一
步的可控化也将是一个研究的大方向，同时新型能源开发必不可少。

6 总结语
本文通过分析应用物理学的发展历程，总结了应用物理学发展过程中出现的比较重要
的几个时期，我们要不断的回顾和总结应用物理学的发展历史，从历史中吸取发展经验，
为应用物理学的日后发展提供经验。

【参考文献】
[1]王东亮.浅谈应用物理学的发展历史[J].物理期刊，2021.
[2]潘永晴.应用物理学发展历史探究[J].湖北教育周刊，2021.
感谢您的阅读，祝您生活愉快。