物理學家如何研究物理

❶ 一位物理學家的科學探究過程，包括人物介紹，主要發現和發現過程

編輯詞條 歐姆 【簡介】
喬治·西蒙·歐姆(Georg Simon Ohm,1787～1854年)是德國物理學家。生於巴伐利亞埃爾蘭根城。歐姆的父親是一個技術熟練的鎖匠，對哲學和數學都十分愛好。歐姆從小就在父親的教育下學習數學並受到有關機械技能的訓練，這對他後來進行研究工作特別是自製儀器有很大的幫助。歐姆的研究，主要是在1817～1827年擔任中學物理教師期間進行的！
1800年在中學接受過古典式教育。1803年考入埃爾蘭根大學，未畢業就在一所中學教書。1811年歐姆又回到埃爾蘭根完成了大學學業，並通過考試於1813年獲得哲學博士學位。1817年，他的《幾何學教科書》一書出版。同年應聘在科隆大學預科教授物理學和數學。在該校設備良好的實驗室里，作了大量實驗研究，完成了一系列重要發明。他最主要的貢獻是通過實驗發現了電流公式，後來被稱為歐姆定律。1826年，他把這些研究成果寫成題目為《金屬導電定律的測定》的論文，發表在德國《化學和物理學雜志》上。歐姆在1827年出版的《動力電路的數學研究》一書中，從理論上推導了歐姆定律，此外他對聲學也有貢獻。1833年，他前往紐倫堡理工學院任物理學教授。1841年，歐姆獲英國倫敦皇家學會的柯希利獎章，第二年當選為該學會的國外會員。1852年，他被任命為慕尼黑大學教授。為了紀念他，人們把電阻的單位命名為歐姆。其定義是：在電路中兩點間，當通過1安培穩恆電流時，如果這兩點間的電壓為1伏特，那麼這兩點間導體的電阻便定義為1歐姆。
1805年，歐姆進入愛爾蘭大學學習，後來由於家庭經濟困難，於1806年被迫退學。通過自學，他於1811年又重新回到愛爾蘭大學，順利地取得了博士學位。大學畢業後，歐姆靠教書維持生活。從1820年起，他開始研究電磁學。
歐姆的研究工作是在十分困難的條件下進行的。他不僅要忙於教學工作，而且圖書資料和儀器都很缺乏，他只能利用業余時間，自己動手設計和製造儀器來進行有關的實驗。1826年，歐姆發現了電學上的一個重要定律——歐姆定律，這是他最大的貢獻。這個定律在我們今天看來很簡單，然而它的發現過程卻並非如一般人想像的那麼簡單。歐姆為此付出了十分艱巨的勞動。在那個年代，人們對電流強度、電壓、電阻等概念都還不大清楚，特別是電阻的概念還沒有，當然也就根本談不上對它們進行精確測量了；況且歐姆本人在他的研究過程中，也幾乎沒有機會跟他那個時代的物理學家進行接觸，他的這一發現是獨立進行的。
歐姆最初進行的試驗主要是研究各種不同金屬絲導電性的強弱，用各種不同的導體來觀察磁針的偏轉角度。後來在試驗改變電路上的電動勢中，他發現了電動勢與電阻之間的依存關系，這就是歐姆定律。這一定律可以表示為兩種形式：一是部分電路的歐姆定律，通過部分電路的電流，等於該部分電路兩端的電壓，除以該部分電路的電阻；二是全電路的歐姆定律，即通過閉合電路的電流，等於電路中電源的電動勢，除以電路中的總電阻。
歐姆的研究成果最初公布時，沒有引起科學界的重視，並受到一些人的攻擊，直到1841年，英國皇家學會授予歐姆科普勒獎章，歐姆的工作才得到了普遍的承認。科普勒獎是當時科學界的最高榮譽。1854年7月，歐姆在德國曼納希逝世。
【英文簡述】
Georg Simon Ohm was born in Erlangen, Bavaria (a region of Germany), on March 16, 1787. Ohm's experimentation with voltage and direct current led him to the fundamental relationship that they are exactly proportional in a perfect conctor. Ohm's Law (U=IR) is as basic to the study of electronics, as Newton's Law (F=mA) is to classical physics. Ohm's Law applies at DC, where he measured it, and just as well at microwave frequencies. Semiconctors have been known to bend Ohm's law, but it took more than a century for this to happen. Ohm's idiot colleages apparently dismissed his work, causing him both poverty and humiliation. He died in 1854, but his name is still used approximately one billion times each day!
【逆境中的歐姆】
歐姆愛好物理和數學，歐姆自幼受到父親的教導，在科學和技術方面得到了不少的啟迪。在大學期間，因生活困難，不得不退學去做家庭教師。但他仍然堅持學習，終於完成了學業，獲得了博士學位。他曾在幾處中學任教，並在繁重的工作之餘，堅持進行科學研究。
歐姆正處在電學飛速發展的時期，新的電學成果不斷地涌現，其他科學家的發現激勵著他去進一步探索一個重要的問題：使用伏打電池的電路中，電流強度可能隨電池數目的增多而增大，但是，這中間到底存在什麼規律呢？他決心通過實驗尋找答案。
當時還沒有測量電流強弱的儀器，歐姆曾設想用電流的熱效應去測量電流的強弱，但沒有成功。
1821年施魏格爾和波根多夫發明了一種原始的電流計，這個儀器的發明使歐姆受到鼓舞。他利用業余時間，向工人學習多種加工技能，決心製作必要的電學儀器與設備。為了准確地量度電流，他巧妙地利用電流的磁效應設計了一個電流扭秤。用一根扭絲掛一個磁針，讓通電的導線與這個磁針平行放置，當導線中有電流通過時，磁針就偏轉一定的角度，由此可以判斷導線中電流的強弱了。他把自己製作的電流計連在電路中，並創造性地在放磁針的度盤上劃上刻度，以便記錄實驗的數據。這樣，1825年從根據實驗結果得出了一個公式，可惜是錯的，用這個公式計算的結果與歐姆本人後來的實驗也不一致。歐姆很後悔，意識到問題的嚴重性，打算收回已發出的論文，可是已經晚了，論文已發散出去了。急於求成的輕率做法，使他吃了苦頭，科學家對他也表示反感，認為他是假充內行。
歐姆決心要挽回影響和損失，更重要的是還要繼續通過實驗找規律。這時歐姆多麼需要人們的理解和支持啊！當時有位科學家叫波根多夫，從歐姆這位中學教師身上看到了追求真理勇於創新的才華，寫信鼓勵歐姆繼續幹下去。並建議他在實驗中，使用更加穩定的塞貝克溫差電池。這種電池是1821年由塞貝克發明的，它的原理是：用鋼、鉍兩種不同的導線連接而組成的電路中，兩個接頭的溫度不同時可以產生電流，溫差越大，電流越強。歐姆鼓起勇氣，用了溫差電池重新認真地做實現，他把一個接頭浸入沸水中，溫度保持100℃，另一接頭埋入冰塊，溫度保持0℃，從而保證一個能供應穩定電壓的電源。多次實驗之後，終於在1827年提出了一個關系式：X＝a／（b+x）式中X表示電流強度，a表示電動勢（高中物理中學到），b+x表示電阻，b是電源內部的電阻，x為外部電路的電阻。這就是歐姆定律，這在電學史上是具有里程碑意義的貢獻。
但是，科學界仍不承認歐姆的科學發現，許多人對他還抱有成見，甚至認為定律太簡單，不足為信。這一切使歐姆也感到萬分痛苦和失望。
但是，真理之光終究會放射出來的。說來也湊巧，1831年有位叫波利特的科學家發表了一篇論文，得到的是與歐姆同樣的結果。這才引起科學界對歐姆的重新注意。
1841年，英國皇家學會授予他科普利金質獎章，並且宣稱歐姆定律是「在精密實驗領域中最突出的發現」。他得到了應有的榮譽。
1854年歐姆與世長辭。十年之後英國科學促進會為了紀念他，決定用歐姆的名字作為電阻單位的名稱。使人們每當使用這個術語時，總會想起這位勤奮頑強、卓有才能的中學教師。
【科研】
從1820年起，他開始研究電磁學。歐姆的研究工作是在十分困難的條件下進行的。
他不僅要忙於教學工作，而且圖書資料和儀器都很缺乏，他只能利用業余時間，自己動手設計和製造儀器來進行有關的實驗。1826年，歐姆發現了電學上的一個重要定律——歐姆定律，這是他最大的貢獻。這個定律在我們今天看來很簡單，然而它的發現過程卻並非如一般人想像的那麼簡單。歐姆為此付出了十分艱巨的勞動。在那個年代，人們對電流強度、電壓、電阻等概念都還不大清楚，特別是電阻的概念還沒有，當然也就根本談不上對它們進行精確測量了；況且歐姆本人在他的研究過程中，也幾乎沒有機會跟他那個時代的物理學家進行接觸，他的這一發現是獨立進行的。歐姆獨創地運用庫侖的方法製造了電流扭力秤，用來測量電流強度，引入和定義了電動勢、電流強度和電阻的精確概念。
歐姆對導線中的電流進行了研究。他從傅立葉發現的熱傳導規律受到啟發，導熱桿中兩點間的熱流正比於這兩點間的溫度差。因而歐姆認為，電流現象與此相似，猜想導線中兩點之間的電流也許正比於它們之間的某種驅動力，即現在所稱的電動勢。
歐姆花了很大的精力在這方面進行研究。開始他用伏打電堆作電源，但是因為電流不穩定，效果不好。後來他接受別人的建議改用溫差電池作電源，從而保證了電流的穩定性。但是如何測量電流的大小，這在當時還是一個沒有解決的難題。開始，歐姆利用電流的熱效應，用熱脹冷縮的方法來測量電流，但這種方法難以得到精確的結果。後來他把奧斯特關於電流磁效應的發現和庫侖扭秤結合起來，巧妙地設計了一個電流扭秤，用一根扭絲懸掛一磁針，讓通電導線和磁針都沿子午線方向平行放置；再用鉍和銅溫差電池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，並用兩個水銀槽作電極，與銅線相連。當導線中通過電流時，磁針的偏轉角與導線中的電流成正比。他將實驗結果於1826年發表。1827年歐姆又在《電路的數學研究》一書中，把他的實驗規律總結成如下公式：S＝γE。式中S表示電流；E表示電動力，即導線兩端的電勢差，γ為導線對電流的傳導率，其倒數即為電阻。
歐姆在自己的許多著作里還證明了：電阻與導體的長度成正比，與導體的橫截面積和傳導性成反比；在穩定電流的情況下，電荷不僅在導體的表面上，而且在導體的整個截面上運動。
歐姆定律及其公式的發現，給電學的計算，帶來了很大的方便。人們為紀念他，將電阻的單位定為歐姆，簡稱「歐」，符號為Ω。
【趣聞軼事】
1、靈巧的手藝是從事科學實驗之本
歐姆的家境十分困難，但從小受到良好的重陶，父親是個技術熟練的鎖匠，還愛好數學和哲學。父親對他的技術啟蒙，使歐姆養成了動手的好習慣，他心靈手巧，做什麼都像樣。物理是一門實驗學科，如果只會動腦不會動手，那麼就好像是用一條腿走路，走不快也走不遠。歐姆要不是有這一手好手藝，木工、車工、鉗工樣樣都能來一手，那麼他是不可能獲得如此成就的。
在進行了電流隨電壓變化的實驗中，正是歐姆巧妙地利用電流的磁效應，自己動手製成了電流扭秤，用它來測量電流強度，才取得了較精確的結果。
2、烏雲和塵埃遮不住科學真理之光
1827年，歐姆發表《伽伐尼電路的數學論述》，從理論上論證了歐姆定律，歐姆滿以為研究成果一定會受到學術界的承認也會請他去教課。可是他想錯了。書的出版招來不少諷刺和詆毀，大學教授們看不起他這個中學教師。德國人鮑爾攻擊他說：「以虔誠的眼光看待世界的人不要去讀這本書，因為它純然是不可置信的欺騙，它的唯一目的是要褻瀆自然的尊嚴。」這一切使歐姆十分傷心，他在給朋友的信中寫道：「伽伐尼電路的誕生已經給我帶來了巨大的痛苦，我真抱怨它生不逢時，因為深居朝廷的人學識淺薄，他們不能理解它的母親的真實感情。」
當然也有不少人為歐姆抱不平，發表歐姆論文的《化學和物理雜志》主編施韋格（即電流計發明者）寫信給歐姆說：「請您相信，在烏雲和塵埃後面的真理之光最終會透射出來，並含笑驅散它們。」歐姆辭去了在科隆的職務，又去當了幾年私人教師，直到七、八年之後，隨著研究電路工作的進展，人們逐漸認識到歐姆定律的重要性，歐姆本人的聲譽也大大提高。1841年英國皇家學會授予他科普利獎章，1842年被聘為國外會員，1845年被接納為巴伐利亞科學院院士。為紀念他，電阻的單位「歐姆」，以他的姓氏命名。
【電阻單位】
簡稱「歐」，符號為Ω
Ωμέγα（大寫Ω，小寫ω），又稱為大O，是第二十四個希臘字母，亦是最後一個希臘字母。
歐姆——以國際歐姆作為電阻單位，它以等於109CGSM電阻的歐姆作為基礎，用恆定電流在融冰溫度時通過質量為14.4521克、長度為106.3厘米、橫截面恆定的水銀柱受到的電阻。
歐姆的定義是一段電路的兩端電壓為1V，通過的電流為1A時，這段電路的電阻為1Ω
【歐姆定律】
Ohm』s law
電學的基本實驗定律。1826年，德國物理學家G.S.歐姆由實驗發現，通過一段導體的電流強度I與導體兩端的電壓U成正比，即I∝U，由此，將電壓與電流之比定義為該導體的電阻R，得出
U＝IR這就是歐姆定律的積分形式。
電荷的流動是由電場推動的，把上述歐姆定律用於導體某處微小的電流管，得出
j＝σΕ式中j和E分別是該處的電流密度和電場強度；σ是導體的電導率。這是歐姆定律的微分形式，它以點點對應的關系更為細致地描述導體的導電規律。
歐姆定律的積分形式只適用於線性電阻，如金屬、電解液（酸、鹼、鹽的水溶液）。非線性電阻的電壓、電流關系不是直線 ， 歐姆定律不適用 ，但通常仍定義其電阻為 R ＝U／I，而認為R是個變數。上述歐姆定律的微分形式也只適用於線性導體（見電阻）。當導體為各向同性媒質時，j與E方向相同，σ為標量；當導體為各向異性媒質時，j 與E方向不同，σ為張量。歐姆定律的積分形式適用於穩恆情形，也適用於變化不太快的非穩恆情形。微分形式則適用於一般的非穩恆情形。
根據大量的實驗數據，他總結出了下面的公式：
X=a/(b+x)
式中的X代表電流磁效應的強度，相當於電流；x代表導線的長度，相當於外電路的電阻；a代表電源的「激活力」，也就是電動勢；b相當於內阻。上式實際上就是我們現在講的閉合電路的歐姆定律（I=E/(R+r)）。
【歐姆接觸】
歐姆接觸是指金屬與半導體的接觸，而其接觸面的電阻值遠小於半導體本身的電阻，使得組件操作時，大部分的電壓降在於活動區(Active region)而不在接觸面。
欲形成好的歐姆接觸，有二個先決條件：
（1）金屬與半導體間有低的界面能障(Barrier Height)
（2）半導體有高濃度的雜質摻入(N ≥10EXP12 cm-3)
前者可使界面電流中熱激發部分(Thermionic Emission)增加;後者則使界面空乏區變窄，電子有更多的機會直接穿透(Tunneling)，而同使Rc阻值降低。
若半導體不是硅晶，而是其它能量間隙(Energy Cap)較大的半導體(如GaAs)，則較難形成歐姆接觸 (無適當的金屬可用)，必須於半導體表面摻雜高濃度雜質，形成Metal-n＋-n or Metal-p+-p等結構。
【歐姆殺菌】
歐姆殺菌是藉助通入電流使食品內部產生熱量達到殺菌目的的一種殺菌方法。
原理：所用電流為50-60Hz的低頻交流電。根據Joule定律，在被加熱食品內部的任一點，通入電流所產生的熱量為Q=K（gradV.*gradVo)=K（ΔV）exp2
Q——某點處的單位加熱功率，(W/m2 )
K——某點處的電導率(S/m)。
S——電導單位西門子，它等於電阻歐姆的倒數
gradV——為任一點處的電位梯度，V/m
影響歐姆殺菌的因素
(一)電導率與溫度
(二)電場強度E、頻率f
(三)流體在加熱器中所處的位置與受熱程度的關系
(四)操作因子與歐姆加熱速率的關系
歐姆殺菌工藝操作(無菌工藝)
1.裝置的預殺菌
用電導率與待殺菌物料相接近的一定濃度的硫酸鈉溶液的循環來實現。通過電流加熱使之達到一定溫度，通過壓力調節閥控制殺菌壓力，對歐姆加熱組件、保溫管和冷卻管進行殺菌。其它設備用傳統的蒸汽殺菌法。用電導率與產品相近的硫酸鈉的作為預殺菌溶液的目的是避免設備從預殺菌到產品殺菌期間電能的大幅度調整，以保持平穩而有效地過度，且溫度波動小。
2.預殺菌液冷卻後排出，引入待殺菌物料。通過反壓閥利用無菌空氣和氣氮氣調節壓力。
3.物料加熱殺菌，再依次進入保溫管、冷卻管和貯罐，供無菌充填。
4.生產結束後，切斷電源，先用清水清洗，再用80℃的2%的氫氧化溶液循環清洗30min。
【歐姆表】
歐姆表是測量電阻的儀表，G是內阻為Rg，滿刻度電流為Ig的電流表，R是可變電阻，也叫調零電阻；電池為一節干電池，電動勢為E，內阻是r，紅表筆（插入「+」插孔）與電池負極相連；黑表筆（插入「-」插孔）與電池正極相連。當被測電阻Rx 。
【年表】
1806年歐姆曾在埃爾蘭根大學求學，由於經濟困難，中途輟學，去外地當家庭教師。
1811年他重新回到埃爾蘭根取得博士學位。在埃爾蘭根教了三個學期的數學，因收入菲薄，不得不去班堡中等學校教書。
1817年出版了歐姆的第一著作（幾何教科書），他被聘為科隆的耶穌會學院的數學、物理教師，那裡實驗室設備良好，為歐姆研究電學提供了條件。
1825年歐姆發表了有關伽伐尼電路的論文，但其中的公式是錯誤的。第二年他改正了這個錯誤，得出有名的歐姆定律。
1826年在德國《化學和物理學雜志》上發表論文《金屬導電定律的測定》。
1827年出版著作《伽伐尼電路的數學論述》。
1833年他被聘為紐倫堡工藝學校物理教授。
1841年倫敦皇家學會授予他勛章。
1849年他當上了慕尼黑大學物理教授。他在晚年還寫了光學方面的教科書。
1854年7月6日，歐姆在德國曼納希逝世。
1888年2月12日,歐姆被評為世界十大奇跡

❷ 如何研究物理

你首先要明白，物理是干什麼的？你感興趣的到底是什麼？因為做任何一個方向的持續研究都是枯燥，寂寞的。最重要的是，現在這個社會，大家看重的都是物質。搞物理，多數人都不是那麼富有。等你的同學，朋友都賺大錢了，你是不是還能靜下心來搞研究？
物理，可以搞實驗應用，這個相對來講出路多一點；要不就搞基礎理論研究，或基礎實驗研究，這個出路少一點，錢也少些。但是後者的內容豐富而且抽象。它不僅為實際應用服務，更重要的是搞清楚，人從哪兒來，將要去哪兒。這個世界為什麼是這種存在方式，這種存在方式的原因是什麼？
大一嘛，數學學好，英語學好，有精力，到圖書館找幾篇文獻看看。沒事敲敲老師的辦公室門，跟老師溝通溝通。主要就是基礎要打好

❸ 物理研究什麼

物理學是研究物質世界最基本的結構、最普遍的相互作用、最一般的運動規律及所使用的實驗手段和思維方法的自然科學。

在現代，物理學已經成為自然科學中最基礎的學科之一。經過大量嚴格的實驗驗證的物理學規律被稱為物理學定律。然而如同其他很多自然科學理論一樣，這些定律不能被證明，其正確性只能經過反覆的實驗來檢驗。

「物理」一詞的最先出自希臘文φυσικ，原意是指自然。古時歐洲人稱呼物理學作「自然哲學」。從最廣泛的意義上來說即是研究大自然現象及規律的學問。漢語、日語中「物理」一詞起自於明末清初科學家方以智的網路全書式著作《物理小識》。

在物理學的領域中，研究的是宇宙的基本組成要素：物質、能量、空間、時間及它們的相互作用；藉由被分析的基本定律與法則來完整了解這個系統。物理在經典時代是由與它極相像的自然哲學的研究所組成的，直到十九世紀物理才從哲學中分離出來成為一門實證科學。

學習方法：

著名物理學家費曼說：「科學是一種方法。它教導人們：一些事物是怎樣被了解的，什麼事情是已知的，了解到了什麼程度，如何對待疑問和不確定性，證據服從什麼法則；如何思考事物，做出判斷，如何區別真偽和表面現象？」

著名物理學家愛因斯坦說：「發展獨立思考和獨立判斷的一般能力，應當始終放在首位，而不應當把專業知識放在首位。如果一個人掌握了他的學科的基礎理論，並且學會了獨立思考和工作，他必定會找到自己的道路，而且比起那種主要以獲得細節知識為其培訓內容的人來，他一定會更好地適應進步和變化。」

❹ 現代物理的研究方法是什麼

現代物理研究方向：

相對論
量子理論（包括量子力學，量子場論和量子統計）
粒子物理學
亞原子粒子（內見詳細分類）
天體物理學
核子物理和放射線學
凝聚態物理及相關科目：
半導體
材料科學
計算物理學
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世紀之交談物理學發展的方向

摘要： 回顧了物理學發展的歷史，討論了二十一世紀物理學發展的方向。認為二十一世紀物理學將在三個方向上繼續發展：（1）在微觀方向上深入下去；（2）在宏觀方向上拓展開去；（3）深入探索各層次間的聯系，進一步發展非線性科學。可能應該從兩方面去探尋現代物理學革命的突破口：（1）發現客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過審思相對論和量子力學的理論基礎的不完善性，重新定義時間、空間，建立新的理論。
二十世紀即將結，二十一世紀即將來臨，二十世紀是光輝燦爛的一個世紀，是個類社會發展最迅速的一個世紀，是科學技術發展最迅速的一個世紀，也是物理學發展最迅速的一個世紀。在 這一百年中發生了物理學革命，建立了相對信紙和量子力學，完成了從經典物理學到現代物理學的轉變。在二十世紀二、三十年代以後，現代物理學在深度和廣度上有了進一步的蓬勃發展，產生了一系列的新學科的交叉學科、邊緣學科，人類對物質世界的規律有了更深刻的認識，物理學理論達到了一個新高度，現代物理學達到了成熟的階段。
在此世紀之交的時候，人們自然想展望一下二十一世紀物理學的發展前景，探索今後物理學發展的方向。我想談一談我對這個問題的一些看法和觀點。首先，我們來回顧一下上一個世紀之交物理學發展的情況，把當前的情況與一百年前的情況作比較對於探索二十一世紀物理學發展的方向是很有幫助的。
一、歷史的回顧
十九世紀末二十世紀初，經典物物學的各個分支學科均發展到了完善、成熟的階段，隨著熱力學和統計力學的建立以及麥克斯韋電磁場理論的建立，經典物理學達到了它的頂峰，當時人們以系統的形式描繪出一幅物理世界的清晰、完整的圖畫，幾乎能完美地解釋所有已經觀察到的物理現象。由於經典物理學的巨大成就，當時不少物理學家產生了這樣一種思想：認為物理學的大廈已經建成，物理學的發展基本上已經完成，人們對物理世界的解釋已經達 到了終點。物理學的一些基本的、原則的問題都已經解決，剩下來的只是進一步精確化的問題，即在一些細節上作一些補充和修正，使已知公式中的各個常數測得更精確一些。
然而，在十九世紀末二十世紀初，正當物理學家在慶賀物理學大廈落成之際，科學實驗卻發現了許多經典物理學無法解釋的事實。首先是世紀之交物理學的三大發現：電子、X射線和放射性現象的發現。其次是經典物理學的萬里晴空中出現了兩朵「烏雲」：「以太漂移」的「零結果」和黑體輻射的「紫外災難」。[1]這些實驗結果與經典物理學的基本概念及基本理論有尖銳的矛盾，經典物理學的傳統觀念受到巨大的沖擊，經典物理發生了「嚴重的危機」。由此引起了物理學的一場偉大的革命。愛因斯坦創立了相對論；海林堡、薛定諤等一群科學家創立了量子力學。現代物理學誕生了！
把物理學發展的現狀與上一個世紀之交的情況作比較，可以看到兩者之間有相似之 外，也有不同之處。
在相對論和量子力學建立起來以後，現代物理學經過七十多年的發展，已經達到了成熟的階段。人類對物質世界規律的認識達到了空前的高度，用現有的理論幾乎能夠很好地解釋現在已知的一切物理現象。可以說，現代物理學的大廈已經建成。在這一點上，目前有情況與上一個世紀之交的情況很相似。因此，有少數物理學家認為今後物理學不會有革命性的進展了，物理學的根本性的問題、原則問題都已經解決了，今後能做到的只是在現有理論的基礎上在深度和廣度兩方面發展現代物理學，對現有的理論作一些補充和修正。然而，由於有了一百年前的歷史經驗，多數物理學家並不贊成這種觀點，他們相信物理學遲早會有突破性的發展。 另一方面，雖然在微觀世界和宇宙學領域中有一些物理現象是現代物理學的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾並不是嚴重到了非要徹底改造現有理認紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個世紀之交的情況不同。在上一個世紀之交，經典物理學發生了「嚴重的危機」；而在本世紀之交，現代物理學並無「危機」。因此，我認為目前發生現代物理學革命的條件似乎尚不成熟。
雖然在微觀世界和宇宙學領域中有一些物理現象是現代物理學的理論不能很好地解釋的，但是這些矛盾並不是嚴重到了非要徹底改造現有理認紗可的程度。在這方面，目前的情況與上一個世紀之交的情況不同。在上一個世紀之交，經典物理學發生了「嚴重的危機」；而在本世紀之交，現代物理學並無「危機」。因此，我認為目前發生現代物理學革命的條件似乎尚不成熟。 客觀物質世界是分層次的。一般說來，每個層次中的體系都由大量的小體系（屬於下一個層次）構成。從一定意義上說，宏觀與微觀是相對的，宏觀體系由大量的微觀系統構成。物質世界從微觀到宏觀分成很多層次。物理學研究的目的包括：探索各層次的運動規律和探索各層次間的聯系。
回顧二十世紀物理學的發展，是在三個方向上前進的。在二十一世紀，物理學也將在這三個方向上繼續向前發展。
1） 在微觀方向上深入下去。 在這個方向上，我們已經了解了原子核的結構，發現了大量的基本粒子及其運規律，建立了核物理學和粒子物理學，認識到強子是由誇克構成的。今後可能會有新的進展。但如果要探索更深層次的現象，必須有更強大得多的加速器，而這是非常艱巨的任務，所以我認為近期內在這個方向上難以有突破性的進展。
2） 在宏觀方向上拓展開去。 1948年美國的伽莫夫提出「大爆炸」理論，當時並未引起重視。1965年美國的彭齊亞斯和威爾遜觀測到宇宙背景輻射，再加上其他的觀測結果，為「大爆炸」理論提供了有力的證據，從此「大爆炸」理論得到廣泛的支持，1981年日本的佐藤勝彥和美國的古斯同時提出暴脹理論。八十年代以後，英國的霍金[2,3] 等人開始論述宇宙的創生，認為宇宙從「無」誕生，今後在這個方向上將會繼續有所發展。從根本上來說 ，現代宇宙學的繼續發展有賴於向廣漠的宇宙更遙遠處觀測的新結果，這需要人類製造出比哈勃望遠鏡性能更優越得多的、各個波段的太空天文望遠鏡，這是很艱巨的任務。

我個人對於近年來提出的宇宙創生學說是不太信的，並且認為「大爆炸」理論只是對宇宙的一個近似的描述。因為現在的宇宙學研究的只是我們能觀測到的范圍以內的「宇宙」，而我相信宇宙是無限的，在我們這個「宇宙」以外還有無數個「宇宙」，這些宇宙不是互不相干、各自孤立的，而是互相有影響、有作用的。現代宇宙學只研究我們這個「宇宙」，當然只能得到近似的結果，把他們的延伸到「宇宙」創生了初及遙遠的未來，則失誤更大。

3）深入探索各層次間的聯系。

這正是統計物理學研究的主要內容。二十世紀在這方面取得了巨大的成就，先是非平衡態統計物理學有了得大的發展，然後建立了「耗散結構」理論、協同論和突變論，接著混沌論和分形論相繼發展起來了。近年來把這些分支學科都納入非線性科學的范疇。相信在二十一世紀非線性科學的發展有廣闊的前景。
上述的物理學的發展依然 現代物理學現有的基本理論的框架內。在下個世紀，物理學的基本理論應該怎樣發展呢？有一些物理學家在追求「超統一理論」。在這方面，起初是愛因斯坦、海森堡等天才科學家努力探索「統一場論」；直到1967、1968年，美國的溫伯格和巴基斯坦的薩拉姆提出統一電磁力和弱力的「電弱理論」；目前有一些物理學家正在探索加上強力的「大統一理論」以及再加上引力把四種力都統一起來的「超統一理論」，他們的探索能否成功尚未定論。

愛因斯坦當初探索「統一場論」是基於他的「物理世界統一性」的思想[4] ，但是他努力探索了三十年，最終沒有成功。我對此有不同的觀點，根據辯證唯物主義的基本原理，我認為「物質世界是既統一，又多樣化的」。且莫論追求「超統一理論」能否成功，即便此理論完成了，它也不是物理學發展的終點。因為「在絕對的總的宇宙發展過程中，各個具體過程的發展都是相對的，因而在絕對真理的長河中，人們對於在各個一定發展階段上的具體過程的認識只具有相對的真理性。無數相對的真理之總和，就是絕對的真理。」「人們在實踐中對於真理的認識也就永遠沒有完結。」[5]

現代物理學的革命將怎樣發生呢？我認為可能有兩個方面值得考試：
1） 客觀世界可能不是只有四種力。第五、第六……種力究竟何在呢？現在我們不知道。我的直覺是：將來最早發現的第五種力可能存在於生命現象中。物質構成了生命體之後，其運動和變化實在太奧妙了，我們沒有認識的問題實在太多了，我們今天對於生命科學的認識猶如亞里斯多德時代的人們對於物理學的認識，因此在這方面取得突破性的進展是很可能的。我認為，物理學業與生命科學的交叉點是二十一世紀物理學發展的方向之一，與此有關的最關於復雜性研究的非線性科學的發展。

2） 現代物理學理論也只是相對真理，而不是絕對真理。應該通過審思現代物理學理論基礎的不完善性來探尋現代物理學革命的突破口，在下一節中將介紹我的觀點。

三、現代物理學的理論基礎是完美的嗎？

相對論和量子力學是現代物理學的兩大支柱，這兩大支柱的理論基礎是否十全十美的

呢？我們來審思一下這個問題。

1） 對相對論的審思

當年愛因斯坦就是從關於光速和關於時間要領的思考開始，創立了狹義相對論[1]。我們今天探尋現代物理學革命的突破口，也應該從重新審思時空的概念入手。 愛因勞動保護坦創立狹義相對論是從講座慣性系中不同地點的兩個「事件」的同時性開始的[4]，他規定用光信號校正不同地點的兩個時鍾來定義「同時」，這樣就很自然地導出了洛侖茲變換，進一步導致一個四維時空（x，y，z，ict）（c是光速）。為什麼愛因勞動保護擔提出用光信號來校正時鍾，而不用別的信號呢？在他的論文中沒有說明這個問題，其實這是有深刻含意的。

時間、空間是物質運動的表現形式，不能脫離物理質運動談論時間、空間，在定義時空時應該說明是關於什麼運動的時空。現代物理學認為超距作用是不存在的，A處發生的「事件」影響B處的「事件」必須通過一定的場傳遞過去，傳遞需要一定的時間，時間、空間的定義與這個傳遞速度是密切相關的。如果這種場是電磁場，則電磁相互作用傳遞的速度就是光速。因此，愛因斯坦定義的時空實際上是關於由電磁相互作用引起的物質運動的時空，適用於描述這種運動。

愛因斯坦把他定義的時間應用於所有的 物質運動，實際上就暗含了這樣的假設：引力相互作用的傳遞速度也是光速c.但是引力相互作用是否也是以光速傳遞的呢？令引力相互作用的傳遞速度為c』。至今為止，並無實驗事實證明c』等於c。愛因斯坦因他的「物質世界統一性」的世界觀而在實際上假定了c=c』。我持有「物質世界既統一，又多樣化的」以觀點，再加之電磁力和引力的強度在數量級上相差太多，因此我相相信c』可能不等於c。工樣，關於由電磁力引起的物質運動的四維時空（x，y，z，ict）和關於由引力引起的運動的時空（x』，y』，z』，ic』t』）是不同的。如果研究的問題只涉及一種相互作用，則按照現在的理論建立起來的運動方程的形式不變。例如，愛因斯坦引力場方程的形式不變，只需把常數c改為c』。如果研究的問題涉及兩種相互作用，則需要建立新的理論。不過，首要的事情是由實驗事實來判斷c』和c是否相等；如果不相等，需要導出c』的數值。
我在二十多年前開始形成上述觀點，當時測量引力波是眾所矚目的一個熱點，我曾對那些實驗寄予厚望，希望能從實驗結果推算出c』是否等於c。令人遺憾的是，經過長斯的努力引引力波實驗沒有獲得肯定的結果，隨後這項工作冷下去了。根據愛國斯坦理論預言的引力波是微弱的，如果在現代實驗技術能夠達到的測量靈敏度和准確度之下，這樣弱的引力波應該能夠探測到的話，長期的實驗得不到肯定的結果似乎暗示了害因斯坦理論的缺點。應該從c』可能不等於c這個角度來考慮問題，如果c』和c有較大的差異，則可能導出引力波的強度比根據愛因勞動保護坦理論預言的強度弱得多的結果。

弱力、強力與引力、電磁力有本質的不同，前兩者是短程力，後兩者是長程力。不同的相互作用是通過傳遞不同的媒介粒子而實現的。引力相互作用的傳遞者是引力子；電磁相互作用的傳遞者是光子；弱相互 作用的傳遞者是規范粒子（光子除外）；強相互作 用的傳遞者是介子。引力子和光子的靜質量為零，按照愛因斯坦的理論，引力相互作用和電磁相互作用的傳遞速度都是光速。並且與傳遞粒子的靜質量和能量有關，因而其傳遞速度是多種多樣的。

在研究由弱或強相互作用引起的物質運動時，定義慣性系中不同的地點的兩個「事件」的「同時」，是否應該用弱力或強力信號取代光信號呢？我對核物理學和粒子物理學是外行，不想貿然回答這個問題。如果應該用弱力或強力信號取代光信號，那麼關於由弱力或強力引起的物質運動的時空和關於由電磁力引起的運動的時空（x，y，z，ict）及關於由引力引起的運動的時空（x』，y』，z』，ic』t』）
有很大的不同。設弱或強相互作用的傳遞速度為c』』，c』』不是常數，而是可變的，則關於由弱或強力引起的運動的時空為（x』』，y』』，z』』，Ic』』t』』），時間 t』』和空間（x』』，y』』，z』』）將是c』的函數。然而，很可能應該這樣來考慮問題：關於由弱力引起的運動的時空，在定義中應該以規范粒子的靜質量取作零時的速度c1取代光速c。由於「電弱理論」把弱力和電磁力統一起來了，因此有可能c1=c，則關於由弱力引起的運動的時空和關於由電磁力引起的運動的時空是相同的，同為（x，y，z，ict）。關於由強力引起的運動的時空，在定義中應該以介子的靜質量取作零（在理論上取作零，在實際上沒有靜質量為零的介子）時的速度c』』取代光速 c，c』』可能不等於c。則關於由強力引起的運動的時空（x』』，y』』，z』』，Ic』』t』』）不同於（x，y，z，ict）或（x』，y』，z』，ic』t』）。無論上述兩種考慮中哪一種是對的，整個物質世界的時空將是高於四維的多維時空。對於由短程力（或只是強力）引起的物質運動，如果時空有了新的一義，就需要建立新的理論，也就是說需要建立新的量子場論、新的核物理學和新的粒子物理學等。如果研究的問題既清及長程力，又涉及短程力（尤其是強力），則更需要建立新的理論。

1）對量子力學的審思

從量子力學發展到量子場論的時候，遇到了「發散困難」[6]。1946——1949年間，日本的朝永振一郎、美國的費曼和施溫格提出「重整化」方法，克服了「發散困難」。但是「重整化」理論仍然存在著邏輯上的缺陷，並沒有徹底克服這一困難。「發散困難」的一個基本原因是粒子的「固有」能量（靜止能量）與運動能量、相互作用能量合在一起計算[6]，這與德布羅意波在υ=0時的異性。
現在我陷入一個兩難的處境：如果採用傳統的德布羅意關系，就只得接受不合理的德布羅意波奇異性；如果採納修正的德布羅意關系，就必須面對使新的理論滿足相對論協變性的難題。是否有解決問題的其他途徑呢？我認為這個問題或許還與時間、空間的定義有關。現在的量子力學理論中時寬人的定義實質上依然是決定論的定義，而不確定原理是微觀世界的一條基本規律，所以時間、空間都不是嚴格確定的，決定論的時空要領不再適用。在時間或空間的間隔非常小的時候，描寫事情順序的「前」、「後」概念將失去意義。此外，在重新定義時空時還應考慮相關的物質運動的類別。模糊數學已經發展得相當成熟了，把這個數學工具用到微觀世界時空的定義中去可能是很值得一試的。

1）在二十一世紀物理學將在三個方向上繼續向前發展（1）在微觀方向上深入 下去；（2）在宏觀方向上拓展開去；（3）深入探索各層次間的聯系，進一步發展非線性科學。

2） 可能應該從兩方面去控尋現代物理學革命的突破口。（1）發現客觀世界中已知的四種力以外的其他力；（2）通過審思相對論和量子力學的理論基礎，重新定義時間、空間，建立新的理論

3）由於現代物理學尚未發生「危機」，因此目前發生現代物理學革命的條件也許還不成熟，物理學的發展和物理學革命都有賴於在物理實驗和對客觀物質世界的觀測中獲得新的結果，實驗和觀測是發展物理學的量重要手段，這是我們要關注的首要問題。然而，科學的發展和物理學的發展有本身的邏輯，符合客觀規律的、有真知灼見的思維也是一個關鍵。

我的觀點與眾不同，可能不算什麼真知灼見，也可能被有些人認為是不合常規、有悖常理的。然而我期望這些觀點能起到拋磚引玉的作用，引出大量有真知灼見的「玉」。當不合目前的「常規」和「常理」的思想在物理學花園中百花盛開的時候，我們將迎來物理學更光輝燦爛的明天！

❺ 伽利略運用什麼方法來研究物理

伽利略 (1564～1642)

伽利略是偉大的義大利物理學家和天文學家，科學革命的先驅。歷史上他首先在科學實驗的基礎上融會貫通了數學、物理學和天文學三門知識，擴大、加深並改變了人類對物質運動和宇宙的認識。為了證實和傳播N.哥白尼的日心說，伽利略獻出了畢生精力。由此，他晚年受到教會迫害，並被終身監禁。他以系統的實驗和觀察推翻了以亞里士多德為代表的、純屬思辨的傳統的自然觀，開創了以實驗事實為根據並具有嚴密邏輯體系的近代科學。因此，他被稱為「近代科學之父」。他的工作，為I.牛頓的理論體系的建立奠定了基礎。

生平和學術生涯

早年活動 伽利略1564年2月15日生於比薩,父親芬琴齊奧·伽利萊精通音樂理論和聲學，著有《音樂對話》一書。1574年全家遷往佛羅倫薩。伽利略自幼受父親的影響，對音樂、詩歌、繪畫以及機械興趣極濃；也像他父親一樣，不迷信權威。17歲時遵從父命進比薩大學學醫，可是對醫學他感到枯燥無味，而在課外聽世交、著名學者O.里奇講歐幾里得幾何學和阿基米德靜力學，感到濃厚興趣。1583年，伽利略在比薩教堂里注意到一盞懸燈的擺動，隨後用線懸銅球作模擬(單擺)實驗，確證了微小擺動的等時性以及擺長對周期的影響，由此創制出脈搏計用來測量短時間間隔。1585年因家貧退學，擔任家庭教師，但仍奮力自學。1586年，他發明了浮力天平，並寫出論文《小天平》。

1587年他帶著關於固體重心計演算法的論文到羅馬大學學求見著名數學家和歷法家C.克拉維烏斯教授，大受稱贊和鼓勵。克拉維烏斯回贈他羅馬大學教授P.瓦拉的邏輯學講義與自然哲學講義，這對於他以後的工作大有幫助。

1588年他在佛羅倫薩研究院做了關於A.但丁《神曲》中煉獄圖形構想的學術演講，其文學與數學才華大受人們贊揚。次年發表了關於幾種固體重心計演算法的論文，其中包括若干靜力學新定理。由於有這些成就，當年比薩大學便聘請他任教，講授幾何學與天文學。第二年他發現了擺線。當時比薩大學教材均為亞里士多德學派的學者所撰，書中充斥著神學與形而上學的教條。伽利略經常發表辛辣的反對意見,由此受到校內該學派的歧視和排擠。1591年其父病逝，家庭負擔加重，他便決定離開比薩。帕多瓦時期 1592年伽利略轉到帕多瓦大學任教。帕多瓦屬於威尼斯公國，遠離羅馬，不受教廷直接控制，學術思想比較自由。在此良好氣氛中，他經常參加校內外各種學術文化活動，與具有各種思想觀點的同事論辯。此時他一面吸取前輩如N.F.塔爾塔利亞、G.B.貝內代蒂、F.科門迪諾等人的數學與力學研究成果，一面經常考察工廠、作坊、礦井和各項軍用民用工程，廣泛結交各行業的技術員工，幫他們解決技術難題，從中吸取生產技術知識和各種新經驗，並得到啟發。

在此時期，他深入而系統地研究了落體運動、拋射體運動、靜力學、水力學以及一些土木建築和軍事建築等；發現了慣性原理，研製了溫度計和望遠鏡。

1597年，他收到J.開普勒贈閱的《神秘的宇宙》一書，開始相信日心說，承認地球有公轉和自轉兩種運動。但這時他對柏拉圖的圓運動最自然最完善的思想印象太深，以致對開普勒的行星橢圓軌道理論不感興趣。1604年天空出現超新星，亮光持續18個月之久。他便趁機在威尼斯作幾次科普演講，宣傳哥白尼學說。由於講得精采動聽，聽眾逐次增多，最後達千餘人。

1609年7月,盛傳一荷蘭眼鏡工人發明了供人玩賞的望遠鏡。他未見到實物，思考竟日後，用風琴管和凸凹透鏡各一片製成一具望遠鏡,倍率為3,後又提高到9。他邀請威尼斯參議員到塔樓頂層用望遠鏡觀看遠景，觀者無不驚喜萬分。參議院隨後決定他為帕多瓦大學的終身教授。1610年初，他又將望遠鏡放大率提高到33，用來觀察日月星辰，新發現甚多，如月球表面高低不平，月球與其他行星所發的光都是太陽的反射光,水星有4顆衛星，銀河原是無數發光體的總匯，土星有多變的橢圓外形等等，開辟了天文學的新天地。是年3月,出版了他的《星空信使》一書，震撼全歐。隨後又發現金星盈虧與大小變化，這對日心說是一強有力的支持。伽利略日後回顧在帕多瓦的18年時，認為這是他一生中工作最開展、精神最舒暢的時期。事實上，這也是他一生中學術成就最多的時期。

托斯卡納時期 20年來伽利略在物理學和天文學研究上的豐碩成果，激起了他學術上的更大企求。為了取得充裕時間致力於科學研究，1610年春，他辭去大學教職，接受託斯卡納公國大公聘請，擔任宮廷首席數學家和哲學家的閑職與比薩大學首席數學教授的榮譽職位。

為了使科學免受教會干預，伽利略曾多次去羅馬活動。1611年他第二次去羅馬，目的在於贏得宗教、政治與學術界認可他在天文學上的發現。他在羅馬受到包括教皇保羅五世和若干高級主教在內的上層人物的熱情接待，並被林賽研究院接納為院士。當時耶穌會的神父們承認他的觀測事實，只是不同意他的解釋。這年5月,在羅馬大學的大會上，幾個高職位的神父公開宣布了伽利略的天文學成就。

同年，他觀察到太陽黑子及其運動，對比黑子的運動規律和圓運動的投影原理，論證了太陽黑子是在太陽表面上;他還發現了太陽有自轉。1613年他發表了3篇討論太陽黑子問題的通信稿。另外,1612年他又出版了《水中浮體對話集》一書。

1615年，一詭詐的教士集團和教會中許多與伽利略敵對的人聯合攻擊伽利略為哥白尼學說辯護的論點，控告他違反基督教義。他聞訊後，於是年冬第三次去羅馬，力圖挽回自己的聲譽，企求教廷不因自己保持哥白尼觀點而受到懲處，也不公開壓制他宣傳哥白尼學說，教廷默認了前一要求，但拒絕了後者。教皇保羅五世在1616年下達了著名的「1616年禁令」，禁止他以口頭的或文字的形式保持、傳授或捍衛日心說。

1624年，他第四次去羅馬，希望故友新任教皇烏爾邦八世能夠同情並理解他的意願，以維護新興科學的生機。他先後謁見6次,力圖說明日心說可以與基督教教義相協調，說「聖經是教人如何進天國，而不是教人知道天體是如何運轉的」;並且試圖以此說服一些大主教,但毫無效果。烏爾邦八世堅持「1616年禁令」不變；只允許他寫一部同時介紹日心說和地心說的書，但對兩種學說的態度不得有所偏倚，而且都要寫成數學假設性的。在這辛勤奔波的一年裡，他研製成了一台顯微鏡，「可將蒼蠅放大成母雞一般。」

此後6年間,他撰寫了《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系對話》一書，1630年他第5次到羅馬,取得了此書的「出版許可證」。此書終於在1632年出版了。此書在表面上保持中立，但實際上卻為哥白尼體系辯護，並多處對教皇和主教隱含嘲諷，遠遠超出了僅以數學假設進行討論的范圍。全書筆調詼諧，在義大利文學史上列為文學名著。

教廷的迫害和晚年生活 《對話》出版後6個月,羅馬教廷便勒令停止出售，認為作者公然違背「1616年禁令」，問題嚴重，亟待審查。原來有人在教皇烏爾邦八世面前挑撥說伽利略在《對話》中，借頭腦簡單、思想守舊的辛普利邱之口以教皇慣用辭句，發表了一些可笑的錯誤言論，使他大為震怒。曾支持他當上教皇的集團激烈地主張要嚴懲伽利略，而神聖羅馬帝國和西班牙王國認為如縱容伽利略會對各國國內的異端思想產生重大影響，提出聯合警告。在這些內外壓力和挑撥下，教皇便不顧舊交，於這年秋發出了伽利略到羅馬宗教裁判所受審的指令。

年近七旬而又體弱多病的伽利略被迫在寒冬季節抱病前往羅馬，在嚴刑威脅下被審訊了三次，根本不容申辯。幾經折磨，終於在 1633年6月22日在聖瑪麗亞修女院的大廳上由10名樞機主教聯席宣判，主要罪名是違背「1616年禁令」和聖經教義。伽利略被迫跪在冰冷的石板地上，在教廷已寫好的「悔過書」上簽字。主審官宣布：判處伽利略終身監禁；《對話》必須焚絕，並且禁止出版或重印他的其他著作。此判決書立即通報整個天主教世界，凡是設有大學的城市均須聚眾宣讀，藉此以一儆百。

伽利略既是勤奮的科學家,又是虔誠的天主教徒,深信科學家的任務是探索自然規律，而教會的職能是管理人們的靈魂，不應互相侵犯。所以他受審之前不想逃脫，受審之時也不公開反抗，而是始終服從教廷的處置。他認為教廷在神學范圍之外行使權力極不明智，但只能私下有所不滿。顯然，G.布魯諾的被處火刑和T.康帕內拉的被長期打入死牢，這兩位義大利傑出的哲學家的遭遇，給他精神上投下了可怕的陰影。宗教裁判所的判決隨後又改為在家軟禁，指定由他的學生和故友A.皮柯羅米尼大主教在錫耶納的私宅中看管他，規定禁止會客，每天書寫材料均需上繳等。在皮柯羅米尼的精心護理和鼓勵下,伽利略重行振作起來,接受皮柯羅米尼的建議繼續研究無爭議的物理學問題。於是他仍用《對話》中的三個對話人物，以對話體裁，和較樸素的文筆，將他最成熟的科學思想和科研成果撰寫成《關於兩門新科學的對話與數學證明對話集》。兩門新科學是指材料力學（見彈性力學）和動力學。這部書稿1636年就已完成,由於教會禁止出版他的任何著作,他只好托一位威尼斯友人秘密攜出國境，1638年在荷蘭萊頓出版。

伽利略在皮柯羅米尼家中剛過了5個月,便有人寫匿名信向教廷控告皮柯羅米尼厚待伽利略。教廷乃勒令伽利略於當年12月遷往佛羅倫薩附近的阿切特里他自已的故居，由他的大女兒維姬尼亞照料，禁例依舊。她對父親照料妥貼，但4個月後竟先於父親病故。

伽利略多次要求外出治病，均未獲准。1637年雙目失明。次年才獲准住在其子家中。在這期間探望他的除托斯卡納大公外，還有英國著名詩人、政論家J.彌爾頓和法國科學家、哲學家P.伽桑迪。他的學生和老友B.卡斯泰里還和他討論過利用木衛星計算地面經度的問題。這時教廷對他的限制和監視已明顯放鬆了。

1639年夏，伽利略獲准接受聰慧好學的18歲青年V.維維亞尼為他的最後一名學生，並可在他身邊照料，這位青年使他非常滿意。1641年10月卡斯泰里又介紹自己的學生和過去的秘書E.托里拆利前往陪伴。他們和這位雙目失明的老科學家共同討論如何應用擺的等時性設計機械鍾，還討論過碰撞理論、月球的天平動、大氣壓下礦井水柱高度等問題，因此，直到臨終前他仍在從事科學研究。

伽利略於1642年1月8日病逝，葬儀草率簡陋，直到下一世紀，遺骨才遷到家鄉的大教堂。

學術成就

新的科學思想和科學研究方法 在伽利略的研究成果得到公認之前，物理學以至整個自然科學只不過是哲學的一個分支，沒有取得自己的獨立地位。當時，哲學家們束縛在神學和亞里士多德教條的框框里，他們苦思巧辯，得不出符合實際的客觀規律。伽利略敢於向傳統的權威思想挑戰，不是先臆測事物發生的原因，而是先觀察自然現象，由此發現自然規律。他摒棄神學的宇宙觀，認為世界是一個有秩序地服從簡單規律的整體，要了解大自然，就必須進行系統的實驗定量觀測，找出它的精確的數量關系。

基於這樣的新的科學思想，伽利略倡導了數學與實驗相結合的研究方法；這種研究方法是他在科學上取得偉大成就的源泉，也是他對近代科學的最重要貢獻。用數學方法研究物理問題，原非伽利略首倡，可以追溯到公元前3世紀的阿基米德,14世紀的牛津學派和巴黎學派以及15、16世紀的義大利學術界，在這方面都有一定成就，但他們並未將實驗方法放在首位，因而在思想上未能有所突破。伽利略重視實驗的思想可見於1615年他寫給克利斯廷娜公爵夫人的一封信上的話：「我要請求這些聰明細心的神父們認真考慮一下臆測性的原理和由實驗證實了的原理二者之間的區別。要知道，做實驗工作的教授們的主張並不是只憑主觀願望來決定的。」

伽利略的數學與實驗相結合的研究方法，一般來說，分三個步驟：①先提取出從現象中獲得的直觀認識的主要部分，用最簡單的數學形式表示出來，以建立量的概念；②再由此式用數學方法導出另一易於實驗證實的數量關系；③然後通過實驗證實這種數量關系。他對落體勻加速運動規律的研究便是最好的說明。

從落體的加速運動所能作出的最簡單設想，可能是其瞬時速度□與路程□成正正,此□□也可能與下落時間□成正比。這就是研究方法的步驟①。通過數學論證，不難發現第一種假設對於勻加速運動是不能成立的。於是採取□□□或□=□□的假設，這里□是加速度。

由於□值無法直接測量,所以將此式轉換為可測量路程的形式：□□如此則落體在□1，2，3，……□秒末所通過的路程依次為□由此得知每隔1秒落體下落的一段距離依次為□□ □依等差級數遞增。如此便完成了步驟②。

最後的步驟是用實驗驗證：由於自由落體的加速度□值大,即使在短時間內下落的路程也會很大，難於測量。為了「沖淡」加速度，使其減小，伽利略設計了斜面滾球實驗，測量從斜面上的光滑小槽內往下滾的青銅小球的行程與時間的關系。他採用精密的漏壺,反覆實驗100次。所得結果與步驟②中所設想的□-□數量關系符合,且重復性良好，肯定了落體作勻加速運動設想的正確性。

由此可見，伽利略進行科學實驗的目的主要是為了檢驗一個科學假設是否正確,而不是盲目地收集資料,歸納事實。

物理學概念和原理的創新 慣性原理和力與加速度的新概念 推動重物時需要的力大，而推動輕物時需要的力小，是人們的直覺經驗。亞里士多德據此得出普遍性的結論：一切物體均有保持靜止或所謂尋找其「天然去處」的本性，認為「任何運動著的事物都必然有推動者」，並用比例定律把動力與速度聯系起來。伽利略則得出新的概念，他觀察到一個沿著光滑斜面向上滑動的物體，因斜面的斜角不同而受到不同程度的減速，斜角越小，減速越小。如在無阻力的水平面上滑動，則應保持原速度永遠滑動。因而得出這樣的結論：「一個運動的物體，假如有了某種速度以後，只要沒有增加或減小速度的外部原因，便會始終保持這種速度——這個條件只有在水平的平面上才有可能,因為在斜面的情況下,朝下的斜面提供了加速的起因，而朝上的斜面提供了減速的起因；由此可知，只有在水平面上運動才是不變的」（《兩門新科學的對話》，第三天，問題9,假設23注）。這樣,伽利略便第一次提出了慣性概念,並第一次把外力和「引起加速或減速的外部原因」即運動的改變聯系起來。與前述的勻加速運動實驗結合在一起，伽利略提出了慣性和加速度這個全新的概念，以及在重力作用下物體作勻加速運動的全新的運動規律，為牛頓力學理論體系的建立奠定了基礎。這種新的慣性概念，推翻了1000多年以來亞里士多德學派認為物體運動靠精靈或外界迂迴空氣推動的說法，也澄清了中世紀含糊的「沖力」說。這是人類長期以來研究機械運動的理論成果，並且得到了當時地動說支持者們的擁護。伽利略雖然沒有明確地寫出慣性原理，可是表明了這是屬於物體的本性的客觀規律,在研究其他物理問題時,他熟練地運用了它。然而他未能擺脫柏拉圖關於行星作圓運動的觀點，相信「圓慣性」的存在，因此未能將慣性運動概念推廣到一切物體運動上。完整的慣性原理是在伽利略逝世後兩年由R.笛卡兒表述的。

伽利略把物體速度的大小和方向的改變或加速度的產生歸諸力的作用，這是對力的性質的客觀認識，也是牛頓第二定律的雛形。慣性原理的發現破除了力是運動原因的舊概念，而認為力是改變運動狀態的原因。牛頓在《自然哲學的數學原理》一書中高度評價伽利略對第一、第二兩運動定律所作的開創性工作（見牛頓運動定律）。

運動獨立性原理和運動的合成、分解定律 在彈道的研究中，伽利略發現水平與垂直兩方向的運動各具有獨立性，互不幹涉，但通過平行四邊形法則又可合成實際的運動徑跡。他從垂直於地面的勻加速運動和水平方向的勻速運動，完整地解釋了彈道的拋物線性質，這是運動的合成研究的重大收獲，並具有實用意義。

慣性參照系概念 伽利略用物理學原理為哥白尼地動學說進行辯解時，應用運動獨立性原理通俗地說明了石子從桅桿頂上掉落到桅桿腳下而不向船尾偏移的道路。他又進一步以作勻速直線運動的船艙中物體運動規律不變的著名論述，第一次提出慣性參照系的概念。這一原理被A.愛因斯坦稱為伽利略相對性原理，是狹義相對論的先導。

單擺周期性質的發現 伽利略由觀察到教堂懸燈的擺動對擺進行實驗研究，發現單擺的周期與擺長的平方根成正比，而與振幅大小和擺錘重量無關。這個規律的發現為此後的振動理論和機械計時器件的設計方案建立了基礎。

光速有限及其測量 前人對於光速是否有限從來沒有明確的認識。伽利略觀察了閃電現象，認為光速是有限的，並設計了測量光速的掩燈方案。但限於當時的實驗條件，用這種測量方法實際測到的主要只是實驗者的反應和人手的動作時間,而不是光的行進時間。然而,如果有了明暗變化有規律的光源或高速機械控制的器件代替人手動作，是可以測量到真正的光速的，後來木衛星食法、轉動齒輪法、轉鏡法、克爾盒法、變頻閃光法等光速測量方法都借鑒於掩燈方案。

幾種基本物理實驗儀器的研製 伽利略不但親自設計和演示過許多實驗，而且親自研製出不少實驗儀器。他的工藝知識豐富，製作技術精湛，他所創制的許多實驗儀器在當時及對後世都很有影響，下面舉出幾項：

浮力天平 這是利用浮力原理快速測定金銀器皿首飾中金銀含量比例的直讀儀器。這種儀器當時已用於金銀首飾器皿的交易中。

溫度計 伽利略首創的溫度計是一種開放式的液體溫度計，玻璃管內盛有著色的水和酒精，液面與大氣相通(見彩圖伽利略的溫度計)。這實際上是溫度計與大氣壓力計的混合體，這是由於當時他對大氣壓力的變化還沒有明確的認識。盡管如此，其學術價值仍很大，溫度從此成為客觀的物理量，不再是不確定的主觀感覺。

望遠鏡 伽利略製成的望遠鏡，可以觀察到物體的正像。經過改進後,其倍率由3逐步增大到33；不但指向星空，還可應用於船艦要塞，取得空前豐碩的發現成果。這種望遠鏡結構簡單，而其倍率和分辨本領受球差和色差的限制較大。

徹底推翻亞里士多德的物質觀 歐洲中世紀占絕對統治地位的自然觀，是經過神學改裝了的亞里士多德的自然觀，它成為封建神權統治者統制民眾思想的工具。亞里士多德認為，地球和地上萬物都由氣、火、水、土四種元素所組成，都是醜陋、不潔、不完美的，有變化和有生滅的。火和氣組成向上流動的輕物，水和土組成向下掉落的重物。而天體則是由「以太」所組成的純潔、完美、永恆的物體。又因為「上帝厭惡真空」，所以真空不可能存在。然而伽利略從望遠鏡發現月亮表面有山峰和窪地，高低不平，並不是完美無缺，金星也有盈虧變化；太陽表面還有活動不已的黑子；肉眼就能直接看到超新星的爆發及其漸漸暗淡和消失。這些都打破了亞里士多德天尊地卑，天體和地上物質的性質懸殊的思想。

伽利略通過流體靜力學對浮體的研究，得知所有物體都是重物，沒有絕對的輕物。天體和地球以及地上萬物在物質結構上是統一的。真空也可能存在和產生，而且只有在真空中才能研究物體運動的真正性質。這就徹底推翻了亞里士多德憑借主觀臆測的物質觀，從而也根本動搖了封建神權的思想統治。

科學革命的先驅

伽利略在人類思想解放和文明發展的過程中作出了劃時代的貢獻。在當時的社會條件下，為爭取不受權勢和舊傳統壓制的學術自由，為近代科學的生長，他進行了堅持不懈的斗爭，並向全世界發出了振聾發聵的聲音。因此，他是科學革命的先驅，也可以說是「近代科學之父」。雖然他晚年終於被剝奪了人身自由，但他開創新科學的意志並未動搖。他的追求科學真理的精神和成果，永遠為後代所景仰。

1799年，梵蒂岡教皇J.保羅二世代表羅馬教廷為伽利略公開平反昭雪,認為教廷在300多年前迫害他是嚴重的錯誤。這表明教廷最終承認了伽利略的主

❻ 歷史上那些大名鼎鼎的物理學家，是如何學習的

自物理學誕生以來，愛因斯坦算得上是最為著名的物理學大師之一，並且是20世紀最有名的物理學家，用諾貝爾獎得主維格納的說法來說，今天我們的所有人都生活在愛因斯坦的蔭庇之下。愛因斯坦是天生高智商的天才，但不等於他不需要刻苦讀書，他的成功很大一部分源於其從一而終的勤學苦讀，尤其是自學精神令現在無數人為之汗顏。

中學時代的愛因斯坦結交了兩個志同道合的朋友，他們常常在晚上共同讀讀書，共同探討名人著作、科學和哲學問題，這段共同讀書、探討問題的時光極大促進了愛因斯坦學識的增長和思考的深入。結伴學習、討論學習這種優秀的學習習慣被愛因斯坦帶到了大學。愛因斯坦在中學的時候就很快決定輟學，是因為他實在受不了當時德國死記硬背的教學方式。理解性記憶是掌握知識的最好方式。

❼ 理論物理學發展很快，前沿的物理學家在研究什麼

理論物理學是 探索 宇宙真相的重要學科，現代物理學的兩大支柱理論是相對論和量子力學，然而兩者並不能統一，甚至存在矛盾點。

理論物理學家一直在尋找更高級的理論，從而幫助物理學統一相對論和量子力學，甚至找到宇宙通用的「大一統理論」。

理論物理學家的主要目標，就是利用理論將宇宙中的物理現象統一。

牛頓曾經提出牛頓經典力學，幾乎可以解釋地球上出現的所有物理現象，然而隨著物理學的發展，牛頓經典力學開始出現局限性。

物理學家在利用牛頓經典力學進行各種宇宙驗算時，總會出現微小的誤差，然而沒有人能解釋這些誤差為何存在，直到愛因斯坦提出相對論，科學家才了解到空間可以彎曲，時間流逝速度也可以發生改變。

相對論作為現代物理學的支柱，依舊擁有統治地位，然而隨著微觀世界的發現，相對論開始出現局限性。

為了讓相對論適應微觀世界，物理學家通過相對論延伸出量子力學，兩個理論分別在不同的場合發揮作用，共同解釋這個宇宙的物理法則。

但理論物理學家想得到的，並非是多個物理理論組成的復雜世界，而是一個理論解釋所有基本力的「大一統理論」。

前沿的理論物理學家，一直在尋找可以解釋整個宇宙的統一理論，其中的弦理論，被認為是最有可能成為大一統理論的超前理論。

弦理論將微觀粒子進一步分解為弦，由於弦可以產生不同方向的振動，進而形成我們世界中的不同粒子。但是單一的弦想要形成非常復雜種類的粒子，需要在至少十維空間中振動，因此弦理論也暗示宇宙為十維空間。

弦理論是非常超前的理論，幾乎所有的結論都無法通過現代科學進行驗證，因此很多理論物理學家稱弦理論為投機取巧的理論。

雖然弦理論非常超前，但是從理論上來說，弦理論確實統一了相對論和量子力學，因此弦理論也是目前最接近大一統理論的物理學理論。

除了弦理論，相對論和量子力學也一直在不斷發展，相對論可以利用空間完美解釋的引力，在量子力學理論中卻成為一個瓶頸，科學家一直通過強子撞擊實驗，希望可以發現能夠產生引力的粒子。

理論物理學家不斷尋找的大一統理論，需要的就是對物理學的創新思維，大一統理論或許永遠無法找到，或許會在不久之後統一物理學。

❽ 理論物理學家的研究方法

通過計算萬有引力=GMm/R^2 M很大，R很小的時候，力就很大。咱們知道的宇宙速度就是逃出地球的最低速度。
7.9吧最低。我忘了。如果光速也不能逃出，那麼光也出不來。那就看不到。即黑洞。黑洞的本質是密度極大的球形天體。
以上為猜想。具體證明就是通過天文觀察，觀察到異常現象，結合推論。

比如證明速恆定，即光不屬於慣性系。就把兩束光分別垂直於地表和平行於地表。進行干涉實驗，結果出現穩定的干涉條紋，證明了兩束光速度相同。沒有疊加地球自轉的速度。

❾ 物理學的研究方法有哪些

一、控制變數法：通過固定某幾個因素轉化為多個單因素影響某一量大小的問題.

二、等效法：將一個物理量,一種物理裝置或一個物理狀態（過程）,用另一個相應量來替代,得到同樣的結論的方法.

三、模型法：以理想化的辦法再現原型的本質聯系和內在特性的一種簡化模型.

四、轉換法（間接推斷法）把不能觀察到的效應（現象）通過自身的積累成為可觀測的宏觀物或宏觀效應.

五、類比法：根據兩個對象之間在某些方面的相似或相同,把其中某一對象的有關知識、結論推移到另一個對象中去的一種邏輯方法.

六、比較法：找出研究對象之間的相同點或相異點的一種邏輯方法.

七、歸納法：從一系列個別現象的判斷概括出一般性判斷的邏輯的方法.

(9)物理學家如何研究物理擴展閱讀：

物理學的本質：物理學並不研究自然界現象的機制（或者根本不能研究），我們只能在某些現象中感受自然界的規則，並試圖以這些規則來解釋自然界所發生任何的事情。我們有限的智力總試圖在理解自然，並試圖改變自然，這是物理學，甚至是所有自然科學共同追求的目標。

六大性質

1.真理性：物理學的理論和實驗揭示了自然界的奧秘，反映出物質運動的客觀規律。

2.和諧統一性：神秘的太空中天體的運動，在開普勒三定律的描繪下，顯出多麼的和諧有序。物理學上的幾次大統一，也顯示出美的感覺。

牛頓用三大定律和萬有引力定律把天上和地上所有宏觀物體統一了。麥克斯韋電磁理論的建立，又使電和磁實現了統一。愛因斯坦質能方程又把質量和能量建立了統一。光的波粒二象性理論把粒子性、波動性實現了統一。愛因斯坦的相對論又把時間、空間統一了。

3.簡潔性：物理規律的數學語言，體現了物理的簡潔明快性。如：牛頓第二定律，愛因斯坦的質能方程，法拉第電磁感應定律。

4.對稱性：對稱一般指物體形狀的對稱性，深層次的對稱表現為事物發展變化或客觀規律的對稱性。如：物理學中各種晶體的空間點陣結構具有高度的對稱性。豎直上拋運動、簡諧運動、波動鏡像對稱、磁電對稱、作用力與反作用力對稱、正粒子和反粒子、正物質和反物質、正電和負電等。

5.預測性：正確的物理理論，不僅能解釋當時已發現的物理現象，更能預測當時無法探測到的物理現象。例如麥克斯韋電磁理論預測電磁波存在，盧瑟福預言中子的存在，菲涅爾的衍射理論預言圓盤衍射中央有泊松亮斑，狄拉克預言電子的存在。

6.精巧性：物理實驗具有精巧性，設計方法的巧妙，使得物理現象更加明顯。

對於物理學理論和實驗來說，物理量的定義和測量的假設選擇，理論的數學展開，理論與實驗的比較是與實驗定律一致，是物理學理論的唯一目標。

人們能通過這樣的結合解決問題，就是預言指導科學實踐這不是大唯物主義思想，其實是物理學理論的目的和結構。

在不斷反思形而上學而產生的非經驗主義的客觀原理的基礎上，物理學理論可以用它自身的科學術語來判斷。而不用依賴於它們可能從屬於哲學學派的主張。在著手描述的物理性質中選擇簡單的性質，其它性質則是群聚的想像和組合。

通過恰當的測量方法和數學技巧從而進一步認知事物的本來性質。實驗選擇後的數量存在某種對應關系。一種關系可以有多數實驗與其對應，但一個實驗不能對應多種關系。也就是說，一個規律可以體現在多個實驗中，但多個實驗不一定只反映一個規律。

❿ 面對物理學理論大廈的問題普朗克是如何研究的

對於後一個問題，普朗克也進行了深入的研究。當時的很多物理學家都把注意力放在了輻射強度和溫度之間的宏觀光學上，而普朗克卻另闢蹊徑，他從熵和能量的角度探索黑體輻射微觀方面的原因。1899年5月，他「湊」出了一個經驗公式，使它在短波段和長波段分別接近於兩個經驗的公式：維恩公式和瑞利一金斯公式。